化工原理课程设计(多壳程换热器)

南京工程学院

课程设计说明书（论文）题目多壳程列管式换热器的设计

课程名称化工原理

院(系、部、中心)康尼学院

专业环境工程

班级K环境091

学生姓名单超凡

学号240094435

设计地点文理楼A404

指导教师李乾军张东平

目录

一．符号说明

1.1物理量（英文字母） (1)

1.2物理量（希腊字母） (1)

二．设计目的 (1)

三．参数与条件设置 (2)

3.1已知参数 (2)

3.2设计条件 (2)

四．设计计算 (2)

4.1确定设计方案 (2)

流动空间及流速的确定 (2)

4.1.1选择换热器的类型 (3)

4.1.2确定物性数据... (3)

4.1.3计算总传热系数

4.1.4设计传热面积 (5)

五．工艺结构尺寸 (5)

5.1.1 管径和管内流速 (5)

5.1.2 壳程数和传热壳数 (6)

5.1.3 平均传热温差校正及壳程数 (6)

5.1.4 传热管排列和分程方法 (6)

5.1.5 壳体内径 (8)

5.1.6 折流板 (8)

5.1.7 接管 (8)

六.换热器核算 (9)

6.1.1 热量核算 (9)

6.1.2换热器内流体的流动阻力 (11)

前言

在工业、石油、动力、制冷、食品等行业中广范使用各种换热器，且他们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求也不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计。制造、结构改造及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

列管换热器的应用已有很悠久的历史。现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门大量使用，尤其化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，大量地应用于工业中。为此对多壳换热器进行设计。

一、符号说明：

1.1物理量（英文字母）

B 折流板间间距，m n 指数

C p 定压比热容，kJ/(kg·℃）N 管数

d 管径，m S 传热面积，m2

D 换热器内径，m t 管心距，m

f 摩擦因数u 流速，m/s

F 系数

G 重力加速度，m/s2

P 压力，pa；

1.2 物理量（希腊字母）

ɑ对流传热系数，W/(m2·℃）ρ密度，Kg/m3

λ导热系数，W/(m2·℃）Δ有限差值

μ粘度 Pa·s

下标

О管外 m 平均

二、设计目的

通过课题设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资

料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。 1

三、参数与条件设置

3.1.1已知参数

（1）热流体（柴油）：T1=180℃，T2=130℃，Wh=36000kg/h；（2）冷流体（油品）：t1=60℃，t2=110℃，压力0.4MPa；

3.1.2设计条件：

壳程数：2；

压力降△p<10~100kPa（液体）；1~10kPa（气体）；雷诺数Re<5000~20000（液体）；10000~100000（气体）；

流动空间管材尺寸：Φ25mm×2.5mm；

管内流速，0.75m/s；

传热管排列方式：正三角形排列、正方形排列、正方形错列；

传热面积裕量S：20%；

传热管长L，3；

折流挡板切口高度与直径之比：0.20、0.30；

管壁内外污垢热阻，自选；

四、设计计算

4.1 确定设计方案:

4.1、1选择换热器的类型;

两流体温度变化情况：热流体进口温度180℃，出口温度130℃；冷

流体（油品）进口温度60℃，出口温度40℃。该换热器用循环油冷却，冬季操作时进口温度会减低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温和壳体之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

2、流动空间及流速的确定

柴油走壳程，油品走管程。选Φ25mm ×2.5mm 的碳钢管，管内流速取0.75m/s 。

4.1、2确定物性数据

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程柴油的定性温度为

T=2

130180+=155(℃） 管程油的定性温度为

T=2

11060+=85(℃） 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 柴油在155℃下的有关物性数据如下：

密度 ρo = 715 kg/m 3

定压比热容 C ρo = 2.48 kJ/(kg ·℃）

导热系数 λo = 0.113 W/(m ·℃）

粘度 μo =310640-⨯. Pa ·s

煤油品在85℃下的物性数据：

密度 ρi =815 kg/m 3

定压比热容 C ρi = 2.22 kJ/(kg ·℃）

导热系数 λi = 0.128 W/(m ·℃）

粘度 μi =31003-⨯. Pa ·s

4.1、3计算总传热系数

1.热流量

Q o =o po o t c m =36000()=-⨯⨯130180482.4464000(h KJ )

2.平均传热温差

m t '∆=2121t t t t ∆∆∆+∆ln =502

60110130180=-+-)()((℃） 3.冷却水用量

=∆=i pi o i t c Q w ()⎪⎭⎫ ⎝⎛=-⨯h kg 4058260110224464000.

4.总传热系数K

管程传热系数

i i i i u d μρ=

Re ==⨯⨯0030815750020 (4075)

i α=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛i i p i i i i i i c u d d λμμρλ800230..()73412800030222020128002304080....Re .....=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯=w/(m 2·℃）

壳程传热系数

假设壳程的传热系o a =w/(m 2·℃）

污垢热阻