化工原理课程设计

成绩。设计说明书。

设计题目：列管式换热器的设计

姓名。班级：装控**

学号： 0902***

完成日期： 201***

指导老师：李*

1.设计任务及操作条件 3

2.确定设计方案 4

3.确定物性数据 6

4.工艺结构尺寸 8

5.换热器核算 11

6.设计计算 15

7.参考文献 35

8.设计小结 36

9．cad图 37

一、设计任务及操作条件。

某炼油厂用柴油将**预热。柴油和**的有关参数如下表，两侧的污垢热阻均可取1.72×要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。

推荐总k=45-280 w/m.℃

注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8

二、确定设计方案。

2.1换热器类型的选择。

因为，所以， =

两流体温度变化情况：热流体（柴油）进口温度175℃，出口温度129℃；冷流体（**）进口温度70℃，出口温度110℃。浮头式特点：

结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。

2.2 管程安排。

根据以下原则：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。

(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(5)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。

(6)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低re(re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。综合来看，我们选择柴油走管程，**走壳程。

2.3 流体流速的选择。

增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。

在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速。

2.4管子的规格和排列方法。

选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。

长管不便于清洗，且易弯曲。管长和壳径应相适应，一般取l/d为4～6。在这次设计中，管长选择4m。

管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合，在这里选择正方形错列排列。

管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.

5)d，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25d。

2.5折流挡板。

安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％，一般取20～25％，过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离(板间距)b为外壳内径d的(0.

2～1)倍。系列标准中采用的b值为：固定管板式的有和600mm三种，板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。

板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。这次设计选用圆缺形挡板。

2.6 最后材料选用。

列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。

目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但**高且较稀缺，应尽量少用。这里选用的材料为碳钢。

三、确定物性数据。

3.1 为减少热损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，**走壳程。选用φ25×2.5mm的碳钢管，管内流速取u i=1.0m/s。

3.2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

3.2.1 柴油的有关物性数据如下：

密度。定压比热容）

导热系数。黏度。

3.2.2 **的物性数据：

密度。定压比热容）

导热系数。黏度。

3.3计算总传热系数k

3.3.1 热流量。

3.3.2 平均传热温差。

3.3.3 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

污垢热阻。管壁的导热系数。

四、计算传热面积。

考虑15%的面积裕度，

五、工艺结构尺寸。

5.1 管径和管内流速。

选用传热管(碳钢),取管内流速。

5.2 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，所需的传热管长度为。

按单程管设计，传热管过程，宜采用多管程结构。现取传热管长，则该换热器管程程数为。

传热管总根数。

5.3平均传热温差校正及壳程数。

平均传热温差校正系数。

按单壳程， 4管程结构，温差校正系数应查附图6.11对数平均温度校正系数。

可得。平均传热温差。

5.4 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排列，隔板两恻采用正方形排列。取管心距。

则。横过管束中心线的管数。

5.5 壳体内径。

采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径为。

圆整可取。5.6 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。

取折流板间距，则。

可取b为200mm。

折流板数折流板圆缺面水平装配。

5.7 接管。

壳程流体进出口接管：取接管内流速为，则接管内径为。

取标准管径为150mm。

管程流体进出口接管：取接管内循环水流速，则接管内径为。

取标准管径为150mm。

六、换热器核算。

6.1 热量核算。

6.1.1 壳程对流传热系数。

对圆缺形折流板，可采用克恩公式。

当量直径，由正方形排列得。

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。6.1.2 管程对流传热系数。

管程流通截面积。

管程流体流速及其雷诺数分别为。

普兰特准数。

6.1.3 传热系数 k

6.1.4 传热面积 s

该换热器的实际传热面积。

该换热器的面积裕度为。

传热面积裕度大，该换热器能够完成生产任务。

6.2 换热器内流体的流动阻力。

6.2.1 管程流动阻力。

由，传热管相对粗糙度，查图——摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系得，流速，所以。

管程流动阻力在允许范围之内。

6.2.2 壳程阻力。

流体流经管束的阻力，

流体流过折流板缺口的阻力，

总阻力壳程流动阻力也比较适宜。

七、设计计算。

7.1 筒体的计算。

计算压力 pc=2.25 mpa

设计温度 t=60℃

内径 di=500 mm

选用的材料 16mnr

钢板负偏差 c1=0

钢板的腐蚀裕量 c2=3 mm

操作温度下的许用应力 170 mpa

设计温度下的许用应力 t=170 mpa

试验温度下的屈服点=345 mpa

焊接系数 φ=0.85

计算厚度 =

3.9 mm

设计厚度 =3.9+3=6.9mm

名义厚度 =6.9+0.1=7mm

有钢材标准规格，可取δn=8 mm

有效厚度 =8-0-3=5mm

计算压力 pc=2.1 mpa

设计温度 t=60℃

内径 di=500 mm

选用的材料 16mnr

钢板负偏差 c1=0

钢板的腐蚀裕量 c2=3 mm

操作温度下的许用应力 170 mpa

设计温度下的许用应力 t=170 mpa

试验温度下的屈服点=345 mpa

焊接系数 φ=0.85

计算厚度 =

3.7 mm

设计厚度 =3.3+3=6.7mm

名义厚度 =6.7+0.3=7mm

有钢材标准规格，可取δn=8 mm

有效厚度 =8-0-3=5mm

7.3 外头盖短节计算。

计算压力 pc=2.25 mpa

设计温度 t=60℃

内径 di=600 mm

选用的材料 16mnr

钢板负偏差 c1=0

钢板的腐蚀裕量 c2=3 mm

操作温度下的许用应力 170 mpa

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