1、成 績 華北科技學院環境工程系化工原理課程設計報告 設計題目 列管式換熱器的工藝設計和選用 學生姓名 學 號 指導老師 專業班級 化工b113班 教師評語 設計時間：2013年12月9日至2013年12月20日設計題目：列管式換熱器的工藝設計和選用一、 設計條件 某生產過程要求用冷卻循環水將有機液體產品從140冷卻至40，冷卻循環水的進口溫度為30，出口溫度為45。有機液體產品的流量為3.5100kg/h，設計要求管程壓降均不大于60kpa。試設計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。二、設計說明書的內容1、目錄；2、設計題目及原始數據（任務書）；3、論述換熱器總體結構（

　　2、換熱器型式、主要結構）的選擇；4、換熱器加熱過程有關計算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱器型號、殼體直徑等）；5、設計結果概要（主要設備尺寸、衡算結果等）；6、參考文獻7、圖紙（1張，a3、紙打印）目 錄1、確定設計方案41.1選擇換熱器類型41.2流徑安排41.3 確定物性數據42、估算傳熱面積52.1 熱負荷的計算52.2 平均傳熱溫差52.3 估k值62.4由k值估算傳熱面積62.5冷流體用量62.6初選換熱器型號63、工藝結構尺寸73.1 管徑、管長、管數73.2 確定管子在管板上的排列方法83.3 殼體內徑的計算83.5 計算殼程流通面積及流速83.6 計算實際傳熱面積93.7傳

　　3、熱溫差報正系數的確定93.8 管程與殼程傳熱系數的確定93.10 傳熱面積校核113.11 附件113.12 熱器流體流動阻力124、結果概要135、總結156、參考文獻16 1、確定設計方案1.1選擇換熱器類型兩流體的溫度變化情況：熱流體進口溫度為140，出口溫度為40；冷流體進口溫度為30，出口溫度為45。從兩流體的溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差大于50，因此初步確定選用浮頭式換熱器。1.2流徑安排 該設計任務的熱流體為有機液體，冷流體為水，為使有機液體通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令有機液體走殼程，水走管程。1.3 確定物性數據物料密 度kg/m3粘 度pa.s比熱

　　4、容kj/(kg. )導熱系數w/(m. )有機液體9860.5410-34.190.662水9930.6910-34.170.630 2、估算傳熱面積2.1 熱負荷的計算 2.2 平均傳熱溫差 平均傳熱溫差校正系數： 查閱相關圖表，可得到=0.970.80，2.3 估k值 參照附錄，取k=2.4由k值估算傳熱面積 考慮到15%的面積裕度，s=2.5冷流體用量 2.6初選換熱器型號 由于兩流體溫差較大和為了清洗殼程污垢，采用jb系列的浮頭式列管換熱器，由jb系列標準初選 jbt4714-92-800-168.5-25-2i，有關參數列表見下表： 項目 參數 項目 參數 外殼直徑d/mm 800

　　5、管子尺寸/mm 換熱面積 168.5 管長l/mm 6 管程數 2 管數n 366 管子排列方式 正方形 管中心距 t/mm 32實際換熱面積 采用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數為： 3、工藝結構尺寸3.1 管徑、管長、管數 管徑選擇 選用傳熱管（碳鋼），管長l=6m 取有機液體流速1.14 計算管數 所需傳熱管長度 如按單管程設計，傳熱管過長，宜用多管程結構，所以換熱器管程數為 所以傳熱管總數 n=1832=366(根) 3.2 確定管子在管板上的排列方法采用組合排列方法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。計算管心距 橫過管束中心線的管數 3.3 殼體內徑的計算 1

　　6、 取管板利用率為=0.7 則殼體內徑 取d取為800mm3.4 折流檔板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺 高度為) 折流板間距：b=0.3d，b=0.3800mm=240mm,取b為300mm 3.5 計算殼程流通面積及流速(1)計算流通面積 (2) 計算殼程流體流速 3.6 計算實際傳熱面積 3.7傳熱溫差報正系數的確定 平均傳熱溫差校正系數： 查閱相關圖表，可得到=0.970.80 查資料知殼程數3.8 管程與殼程傳熱系數的確定 1、殼程對流傳熱系數。對圓缺形折流板，可采用凱恩公式： 當量直徑，由正方形排列得： 殼程流通截面積： 殼程流體流速及其雷諾數

　　7、： 普蘭特準數： 黏度校正系數： 2、 管程對流傳熱系數： 管程流體流速： 普蘭特準數： 3. 污垢熱阻和管壁熱阻： 管外側污垢熱阻 管內側污垢熱阻 管壁熱阻 碳鋼在該條件下的熱導率為 則 3.9 傳熱系數的確定 所以 k取值合適3.10 傳熱面積校核 傳熱面積s 該換熱器的面積裕度為: 3.11 附件1、 拉桿數量查數據表得：本換熱器殼體內徑為800mm，故其拉桿直徑為，拉桿數量不得少于6個。2.接管（1）殼程流體進出口接管 取接管內液體流速=1.43m/s (m)圓整后取管內直徑為100mm.(2) 管程流體進出口接管 取接管內液體流速=0.42m/s, 圓整后取管內直徑為200 mm3.

　　8、12 熱器流體流動阻力1. 管程流動阻力：2. 對于碳鋼管，取管壁粗糙度 由re=，傳熱管相對粗糙度為0.005查關系圖得 流速u=1.14m/s,993,所以： 管程流動阻力在允許范圍之內。 2. 殼程阻力： 流體流經管束的阻力： f=0.5 流體流過折流板缺口的阻力: 總阻力 所以殼程流動阻力也在適宜。 4、結果概要浮頭式換熱器（jbt4714-92-800-168.5-25-2i）主要結構尺寸和計算結果見下表4-1和表4-2。 表4-1 浮頭式換熱器主要結構尺寸 項目參數項目參數外殼直徑d/mm換熱面積管程數管子排列方式.52正方形管子尺寸/mm管長l/mm管數n管

　　9、中心距 t/mm 表4-2 計算結果參數管程殼程流率(kg/h)進口溫度/出口溫度/4540壓降/pa.34 8523.87物性參數定性溫度/37.590密度/（kg/m3）定壓比熱容/kj/（kg）4.174.19粘度/（pas）0.690.54熱導率（w/m） 0.6300.662普朗特數4.573.42管徑/mm管心距mm32設 備 結 構形式浮頭式殼程數2殼體內徑/mm800臺數1管數/根366折流板數/個19傳熱面積/m2168.5折流板間距mm300管程數2材質碳鋼圓缺高度/mm200拉桿直徑及數量接管/m0.2000.100主

　　10、要計算結果管程殼程流速/（m/s）0.1971.14表面傳熱系數/w/（m2）污垢熱阻/（m2/w）3.4410-41.7210-4管壁熱阻/（m2/w）熱流量/kw4074溫度校正系數0.97傳熱溫差/36.63總傳熱系數ko/w/（m2）789.01 5、總結 （1）估算管內流速 u=1.14m/s，在0.5-3范圍內，符合要求。（2）l=11.87m，取單程管長l=6m，符合要求。（3）換熱器的長度與殼體直徑之比，在610之 間，符合要求。 （5）傳熱溫差校正系數，符合要求。 （6），在1.151.25范圍內，符合要求。 （7）換熱面積裕度，符合要求。 （8）管程流體阻力，符合要求。 （9）殼程流體阻力，符合要求。 6、參考文獻1張斌. 過程原理與設備. 東北大學出版社.20

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