化工原理课程设计

题目：固定管板式换热器的设计。

系别：化学化工学院。

班级：化工124

学号：20110915206

姓名：马海翁。

指导教师：乔梅英。

日期：2023年 6 月5日。

任务书。一、设计题目：

固定管板式换热器的设计

二、设计任务

2、设备型号：固定管板式换热器。

3、操作条件：

热空气：入口温度105℃ ，出口温度35℃

冷却介质：循环水，入口温度18℃，出口温度32℃

允许压降：≤105pa

空气流量：8000kg/h

三、设计要求。

1、选择适宜的列管式换热器并进行核算。

2、要进行工艺计算。

3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）

4、编写设计任务书。

5、进行设备结构图的绘制（设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。）

目录。一、设计方案 5

换热器的选择 5

2．流动空间及流速的确定 5

二、物性数据 5

三、计算总传热系数： 6

1. 热流量 6

2. 平均传热温差 6

3. 冷却水用量 6

4. 总传热系数k 6

四、计算换热面积 7

五、工艺结构尺寸 7

1. 管径和管内流速 7

2. 管程数和传热管数 7

3. 平均传热温差校正及壳程数 8

4. 传热管排列和分程方法 8

5. 壳体内径 8

6. 折流板 8

7. 接管 8

六、换热器核算 9

1. 热量核算 9

2. 热量重新核算 10

3. 换热器内流体的流动阻力 11

4. 换热器主要结构尺寸和计算结果 13

七、设计的评述 14

八、参考文献 14

九、主要符号说明 15

十、主体设备条件图及生产工艺流程图 15

1、设计方案。

1、换热器类型的选择。

在本次设计任务中，两流体温度变化情况：热流体进口温度105℃，出口温度35℃；冷流体(循环水)进口温度18℃，出口温度42℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，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

在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择一般可以考虑如下：

冷却水走管程原因有以下几个方面，冷却水常常用江水或井水，比较脏硬度较高，受热容易结垢，在管内便于清理，此外，管内流体易于维持高速，可避免悬浮颗粒的沉积。管程可以采用多管程来增大流速，用以提高对流传热系数。被加热的流体应走管程，以提高热的有效利用，被冷却的流体走壳程，以便于热量散失。

饱和蒸汽由于比较清洁应于壳程流过，易便于冷凝液的排出。综上所述冷却水走管程蒸汽走壳程。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。

二、确定物性数据。

两流体在定性温度下的物性数据如下表。

三、计算总传热系数。

一）计算热负荷（热流量）

按管间热空气计算，即。

二）冷却用水量。

忽略热损失，则水的用量为。

三）计算逆流平均温度差。

逆流温差。四）总传热系数k

1.管程给热系数。

故采用下式计算。

冷却水是被加热的，于是n=0.4

2.壳程给热系数。

假设壳程给热系数。

3.污垢热阻。

4.管壁的导热系数。

碳钢的导热系数。

5.总传热系数。

四、估算传热面积。

考虑15%的面积裕度，

五、工艺结构尺寸。

1.管径和管内流速。

选用的碳钢换热管，管内流速。

2.管程数和传热管数。

根据传热管内径和流速确定单程传热管数。

根）按单管程计算所需换热管的长度。

按单管程设计，传热管过长，现取传热管长，则该换热器的管程数为。

管程）传热管的总根数（根）

3.平均传热温差校正及壳程数。

按单壳程双管程结构，查单壳程图，。于是。

4.传热管排列和分程方法。

采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距，则。

横过管束中心线的管数（根）

5.壳体内径。

采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径。

圆整取。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。取折流板间距为，则，取。

折流板数（块）

折流板圆缺水平面安装。

7.接管。壳程流体（热空气）进出口接管：取接管内循环水流速为则接管内径。

取标准管径为mm。

管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为1.5m/s，则接管内径。

取标准管径为50mm）

六、换热器核算。

一）热量核算。

1.壳程对流给热系数。

对于圆缺形折流板，可采用克恩公式。

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、雷诺数及普兰德数分别为。

2.管程对流给热系数。

管程流通截面积。

管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为。

3.传热系数k

4.传热面积。

该换热器的实际换热面积。

面积裕度为。

换热面积裕度合适，能够满足设计要求。

二）换热器内流体的流动阻力。

1.管程流动阻力。

ft结垢校正系数，np管程数，ns壳程数）

取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则，而，查图得。

对的管子有。

管程阻力在允许的范围之内。

2.壳程流动阻力。

对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有bell法、kern法和esso法等。bell法计算结果与实际数据的一致性较好，但计算比较麻烦，而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用esso法，该法的计算公式如下：

fs为结垢校正系数，对液体fs=1.0，ns为壳程数）

流体流经管束的阻力。

f为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列f=0.5，正方形直列，正方形错列时，。

为壳程流体的摩擦系数，当。

为横过管束中心线的管数，。

折流板间距，折流板数。

流体流经折流板缺口的阻力。

该换热器的管程与壳程压降均满足要求，故所设计的换热器合适。

换热器主要结构尺寸及计算结构。

七、设计的评价。

这次化工原理课程设计是以小组为单位，然后组员进行分工合作来确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。对化工原理设计的有关步骤及相关内容有一定的了解。

通过本次设计熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。通过本次课程设计，我还认识到，组员之间一定要多沟通，多交流意见，要不然，一个人的能力再怎么强，在团体工作中也是不能够出色完成设计任务。

但由于本课程设计属第一次设计，而且时间比较仓促，查阅文献有限，本课程设计还不够完善，不能够进行有效可靠的计算。

最后，非常感谢我的同组人员，正是有他们在一起讨论，有了他们的帮助，才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计。

八、参考文献。

1] 贾绍文，柴诚敬。化工原理课程设计。天津：天津大学出版社，2002.8.

2]谭天恩，窦梅，周明华等。化工原理。北京：化学工业出版社，2006.4

3]中华人民共和国国家标准。gb151-89钢制管壳式换热器。国家技术监督局发布，1989

4] 时均等。化学工程手册(第二版，上卷).化学工业出版社，1996

5]魏崇光，郑晓梅。化工工程制图：化工制图。北京：化学工业出版社，1994.3

九、主要符号说明。

p——压力，paq——传热速率，w；

r——热阻，㎡·wre——雷诺准数；

s——传热面积t——冷流体温度，℃；

t——热流体温度u——流速，m/s;

m——质量流速，㎏/h对流传热系数w导热系数，w/(m校正系数；

—粘度，pa·s密度，㎏/m3;

—实际传热面积pr——普郎特系数。

n——板数，块k——总传热系数，

v——体积流量n——管数。

d——壳体内径d——管径。

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