一、方案简介 1
二、方案设计 2
1．确定设计方案 2
2、确定物性数据 2
3．初选换热器规格 3
4、计算传热面积 4
5、工艺结构尺寸 4
6．换热器核算 6
三、设计结果一览表 8
1 .参考资料 9
2. 主要符号说明 9
本设计任务是利用循环水给热水降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器。
选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。
需将热水液体从80℃冷却到60℃。处理能力为2×105吨/年。冷却介质采用循环水，入口温度25℃，出口温度35℃。
要求换热器的管程和壳程的压降不大于105pa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。（每年按300天，每天24小时连续运行）
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80℃，出口温度60℃冷流体。
冷流体进口温度25℃，出口温度35℃。
从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。
2）流动空间及流速的确定
由于循环冷却水较易结水垢，应使循环水走管程，热水走壳程。选用φ25×2.0 的不锈钢管。
定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程热水的定性温度为：
管程循环水的定性温度为：
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
水在定性温度70℃下的有关物性数据如下：
密度 ρh=997.8 kg/m3
定压比热容 cph=4.187kj/(kg·℃)
导热系数 λh=0.6676 w/(m·℃)
粘度 μh=4.061×10-4 pa·s
水在定性温度30℃下的物性数据：
密度 ρc=995.7kg/m3
定压比热容 cpc=4.147 kj/(kg·℃)
导热系数 λc=0.6176 w/(m·℃)
粘度 μc=8.007×10-4 pa·s
按照壳层热水计算热负荷。
1）热流量
wh=2×105×1000÷300÷24≈27777.78kg/h
qh=whcphδth=27777.78×4.187×(80-60)=2326111.297 kj/h=646.1 kw
1 kw=1000w×3600s=3600kj)
2）计算两流体的平均温度差，暂按单壳程，双管程进行计算。逆流时平均温度为
p=(t2 – t1) /t1-t1)≈0.182 r=(t2 – t1) /t2-t1)=2
采用外推法得知φ=0.95>0.8故选择单程。
3）冷却水用量
初选换热管为规格换热器，具体参数如下：
4）总传热系数k
管程传热系数
壳程传热系数
假设壳程的传热系数α=2000 w/(m2·℃)
污垢热阻rsc=0.000344 m2·℃/w , rsh=0.000172 m2·℃/w
管壁的导热系数λ=17 w/(m·℃)
考虑 15％的面积裕度，s=1.15×s''=1.15×29.1=33.5m2
1）管径和管内流速及管长
选用ф25×2.0传热管(不锈钢)，取管内流速uh=0.5m/s，选用管长为3m
2）管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
按单程管计算其流速为。
按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。则该换热器管程数为2
传热管总根数 n=142(根)
4）传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，则
t=1.25×25=31.25≈32(mm)
横过管束中心线的管数。
得到各程之间可排列13支管，即正六边形可排6层。则实际排管数设为126根，其中6根拉杆则实际排管数设为142根，5）壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为
圆整可取d＝500mm
6）折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×500＝125mm，故可取h＝125 mm。
取折流板间距b＝0.5d，则b＝0.5×500＝250mm，可取b为250.
折流板数 nb=传热管长/折流板间距-1=3000/250-1=11(块)
折流板圆缺面水平装配。
7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内热水流速为 u＝1..0 m/s，则接管内径为
取标准管径为108 mm×11mm。
管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u＝0.5 m/s，则接管内径为
取ф76mm×6.5mm无缝钢管。
1）热量核算
壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式
当量直径，由正三角形排列得
壳程流通截面积
壳程流体流速及其雷诺数分别为
普兰特准数
粘度校正。管程对流传热系数
管程流通截面积。
管程流体流速
普兰特准数。
传热系数k传热面积s
该换热器的实际传热面积sp
该换热器的面积裕度为
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
2）换热器内流体的压力降
管程流动阻力
δpi=(δp1+δp2)ftnsnp
ns=1, np=2, ft=1.5
由re＝5886.2，传热管相对粗糙度0.1/21＝0.005，查莫狄图得λi＝0.042 w/m·℃，
流速uc＝0.17m/s，ρ＝995 .7kg/m3，所以
管程压力降在允许范围之内。
壳程压力降。
流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力
壳程压力降也比较适宜。
1 贾绍义等化工原理课程设计天津大学出版社 2002
2 柴诚敬等化工原理课程设计天津科学技术出版社 2002
3 陈敏恒等化工原理上下册化学工业出版社 2002
4 邝生鲁等化学工程师技术全书上下册化学工业出版社 2002
5 匡国柱等化工原理课程设计化学工业出版社 2002
英文字母。b——折流板间距，m；
c——系数，无量纲；
d——管径，m；
d——换热器外壳内径，m；
f——摩擦系数；
f——系数；
h——圆缺高度，m；
k——总传热系数，w/(m2·℃)
l——管长，m；
m——程数；
n——指数；
管数；程数；
n——管数；
程数；nb——折流板数；
nu——努塞尔特准数；
p——压力，pa；
因数；pr——普兰特准数；
q——热通量，w/m2；
q——传热速率，w；
r——半径，m；
气化潜热，kj/kg；
r——热阻，m2·℃/w；
因数；e——雷诺准数；
s——传热面积，m2；
t——冷流体温度，℃；
管心距，m；
t——热流体温度，℃；
u——流速，m/s；
w——质量流量，kg/s，v——体积流量，m3/s。
希腊字母。——对流传热系数，w/(m2·℃)
——有限差值；
——导热系数，w/(m·℃)
——粘度，pa·s；
——密度，kg/m3；
——校正系数。
列管式换热器课程设计
课程设计说明书。学院 机电工程学院。专业 自动化。班级 1 班。题目 列管式换热器的设计 指导教师 职称 一 设计的目的 要求及任务2 1.1 设计目的2 1.2 设计要求2 1.3 设计任务2 1.3.1 列管式换热器的简介2 1.3.2 设计的工艺流程3 1.3.3 有关数据和已知条件4 二 控...
列管式换热器课程设计
目录。符号说明 1 第1章概述 2 1.1间壁式换热器的种类 2 1.2列管式换热器 2 1.2.1 固定管板式换热器 2 1.2.2 浮头式换热器 2 1.2.3 u形管式换热器 2 第2章设计方案简介 3 2.1换热器类型选择 3 2.2换热器材质的选择 3 2.3管程安排 3 第3章物性数据的...
列管式换热器课程设计
大学。化工原理 列管式换热器。课程设计说明书。学院 班级 学号 姓名 指导教师 时间 年月日。目录。一 化工原理课程设计任务书2 二 确定设计方案3 1.选择换热器的类型。2.管程安排。3 确定物性数据4 4 估算传热面积5 1.热流量。2.平均传热温差。3.传热面积。4.冷却水用量。5 工艺结构尺...