换热器课程设计PPT

0.228 0.228 fo 5.0 Re o 5.0 5290 .9 0.71
uo
2
0.025 0.08 814.8 5290 .9 3 0.308 10
2 814 . 8 0 . 08 p1' Ffonc( NB 1) 0.5 0.7113 (13 1) 168.5Pa 2 2 2 2 2 h u o 2 0 . 15 814 . 8 0 . 08 p 2 ' NB (3.5 ) 13 (3.5 ) 96Pa D 2 0.45 2
L 2 NB 1 1 13 h 0.15 m2 壳程流通面积为 Ao h( D ncdo) 0.15 (0.45 13 0.025) 0.0188
Wc 4419 .2 uo 0.08m / s 3600Ao 3600 814.8 0.0188 Re o douo
所以：
po (p1' p2 ' ) FsNs (168.5 96) 1.101 291 Pa 40kPa
故壳程压强降能满足题设的要求
4、核算总传热系数及传热面积
4.1管程对流传热系数
Re i 14659 .1 10000
P ri Cpc 4.174103 0.0008015 5.4 0.618
1、流体流径的确定
由于饱和蒸气宜走管间，易结垢流体宜 走管内，故选择苯和甲苯蒸气走管间，冷却 水走管内。
2、初选换热器型号
2.1定性温度 苯和甲苯： Tm=(85+83)/2=84℃ 冷却水： tm=(25+35)/2=30℃
2.2由定性温度，查出各物性参数如下：
2.3计算热负荷
Q
冷却水流量
2
2
995.7 0.592 3 519.9 Pa 2
则
pi (p1 p 2) FtNpNs (623.9 519.9) 1.4 4 1 3202 .64Pa 40kPa
故管程压强降能满足题设要求。
3.2壳程压强降
po (p1 p 2 ) FsNs

所以
ai 0.023 Re i 0.8 P r i 0.4 di 0.4 0.618 0.8 0.023 14659 .1 5.4 0.02 3003 W /(m 2 C )

4.2壳程对流传热系数
对于圆缺形折流板，可采用克恩公式
ao 0.36

de
Re o
0.55
0.14 Pr o ( ) w
固定管板式（带膨胀节） 450
Ф25× 2.5 2000 126 18.8 2
壳程数 台数
管心距 /mm 管子排列 折流板数/个 折流板间距/mm 材质
1 1
32 正三角形 13 150 碳钢
主要计算结果
流速 /(m/s) 对流传热系数 /[W/(m2· ° C)] 污垢热阻/(m2· ° C/W) 阻力 /Pa 热流量 /W 传热温差/°C 总传热系数 [W/(m· ° C)] 面积裕度/%
讲解人：孙锦龙 组员：付雅婷、闫华颖、罗冰、尤涛、韩民泽、拜颖琪
1 2 3 4
换热器知识
设计计算
核算过程 总结分析
类型
固定管板 式 刚性结构 带膨胀节
特点
用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 密封性能差，只能用于压差较小的场合 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 只用于管内流体的冷却或冷凝
1 3
取换热器列管的中心距 t 1.25do 1.25 25 32 mm 。 则流体通过管间最大截面积为
do 0.025 A hD (1 ) 0.15 0.45(1 ) 0.0148 m 2 t 0.032
Wc 4419 .2 uo 0.10m / s 3600A 3600 814.8 0.0148
0.14 ) 1.0 ，所以 w
0.020 0.10 814.8 5291 3 0.308 10
壳程中热流体为气体，取 (
ao 0.36

de
Re o
0.55
0.14 0.1253 0.55 P r o ( ) 0.36 5291 4.67 1.0 w 0.020
所以：
K
1 d0 d bdo 1 Rsi 0 Rso i di d i dm 0

1 575 W /(m 2 C ) 0.025 0.025 0.0025 0.025 1 0.000344 0.000172 3003 0.02 0.02 45 0.022 392
Q 490000 A 16.14 m 2 Kotm 575 52.8
换热器的面积裕度为
A 18.79 1 .1 7 A 16.14
即实际传热面积比计算面积大17%，符合生产要求。
5、换热器主要结构尺寸和计算结果
型式 壳体内径/mm
管径 /mm 设备结构参数 管长 /mm 管子总数/根 实际传热面积 /m2 管程数
由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总 传热系数为 493 .9W /(m 2 C ) ，在规定的流动条件下， 计算出的 Ko为 575W /(m 2 C ) ，安全系数为
575 493 .9 0.16 493 .9
符合要求，故所选的换热器是合适的。
4.5核算传热面积
所需的传热面积为
管程流通面积
n 3.14 126 0.022 0.020m 2 4 np 4 2 Wh 42200 ui 0.59m / s 3600Ai 3600 995.7 0.020 Ai di 2

Re i
diui


0.02 0.59 995.7 14659 .1 0.0008015
正三角形排列时，当量直径为：
3 2 2 3 3.14 2 4( t do ) 4 ( 0.032 0.0252 ) 2 4 2 4 de 0.020m do 3.14 0.025
Re o
deuo
Cpc 1.9 103 0.308103 P ri 4.67 0.1253
2.4.计算平均温度差
暂按单壳程、多管程计算，逆流时，平均温差为：
t1 t2 t m t ln 1 t 2
壳径D/mm
450
管子尺寸/mm Ф25mm×2.5mm
公称压强/MPa
公称面积/m2 管程数
2.5
18.8 2
管长/m
管子总数
2
126
管子排列方式 正三角形
3、核算压强降
0.1 设管壁粗糙度 0.1m m, 0.005,由化工原理第一章 di 20 中 Re关系图中查得： 0.036 ，所以

L ui 2 2 995.7 0.592 p1 0.036 623.9Pa di 2 0.02 2
p 2 3
ui
管程
0.59 3003 3.44 ×10来自百度文库4 3202.64 490000 52.8 575 1.17
壳程
0.08 392 1.72 ×10-4 291
安全系数
16%
在设计过程中需要我们自己做出决策，即自己确定方案，选 择工艺参数和条件，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自 己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选择最理 想的方案和最合理的设计。所以这对培养我们独立工作的能力有 很大帮助。在“列管换热器的工艺设计和选用”的设计过程中， 感觉到理论和实践能力都有一定的提升。主要有以下几点： （1）查找资料，选用公式和收集数据的能力。设计任务数给出后， 有许多数据需要由我们自己取收集，有些物性参数要查去或估算， 计算公式也要求我们自己选择，这就要求我们运用各方面的知识， 通过详细全面的考虑才能选定。 （2）准确、迅速地进行工程计算的能力。设计计算是一个反复试 算的过程，计算工作量大，这就要求我们需要有准确迅速的能力。 （3）综合分析问题的能力。课程设计不仅要求计算正确，还要求 从各方面考虑各种因素，分析设计方案的可行性、合理性、从总 体上得到最佳结果。
' '
Fs 1.10, Ns 1, p1' Ff onc ( NB 1)
管子为正三角形排列，压力降校正因数F=0.5
uo
2
2
nc 1.1 n 1.1 126 13
采用圆缺型挡板，取圆缺型挡板切去弓形高度为壳体内径的25%， 则切去的弓形高度约取 ，取折流挡板 间距h=0.15m。
Ⅰ换热器的实际换热面积要比计算的面积大，那出来的流体 温度可能要比要求的低，这会有影响吗 Ⅱ如果换热管和折流档板之间有空隙，流体流动会使档板上 的孔越来越大，这样流体流动会变得非常复杂，如果没有的 话，换热管膨胀时，会不会对折流板造成变形？
谢谢大家！
1 3
1 3
392 W /(m 2 C )
4.3污垢热阻
管内、外侧污垢热阻分别取为
Rsi 0.000344 m2 C / m, Rso 0.000172 m2 C / m
4.4核算总传热系数
dm d 0 d i 0.025 0.02 0.022m d0 0.025 ln ln 0.02 di
浮头式
列 管 管 填料函式 式
U型管式
外填料函 内填料函 釜式 双套管式
壳
式 套管式
螺旋管式
喷淋式
固定管板式换热器
操作条件 ： ①苯和甲苯：由饱和蒸汽冷凝 ②冷却介质：水，入口温度25℃，出口温度35 ℃ ③允许压强降：不大于40KPa ④每年按330天计，每天24小时连续运作 处理能力：3.5万吨/年 设备型式：管壳式换热器 由苯和甲苯二组分气液相图，查得热流体进出口温 度分别为85℃和83℃