目录。．化工原理课程设计任务 2
．确定物理性质 2
．确定换热器基本要素 2
3.1换热器类型和材质 2
3.2管程安排 2
3.3设计主要构件 2
．估算传热面积 3
4.1.**的传热量 3
4.2.**的传热速率 3
4.3.水的传热量 3
4.4.平均温度差△tm和估算传热面积 3
先按逆流计算对数平均温度差： 3
. 工艺结构尺寸 4
5.1.管径和管内流速 4
5.2.管程数和传热管数 4
5.3.壳程数 4
5.4.传热管排列方式 4
5.5.壳体外径 4
5.6.折流挡板 5
5.7.接管 5
.换热器的核算 5
6.1.壳程对流传热系数 5
6.2.管程传热系数 6
6.3.污垢热阻和管壁热阻 6
6.4.传热系数k 7
6.5.传热面积裕度 7
6.6. 流体通过换热器的流动阻力 7
管程压强降 7
壳程压强降 7
. 确定设计结果 8
．绘制换热器基本图形 8
某工厂生产过程需要将0.4mpa,6000kg/h的**从175℃冷却到130℃，用压力为0.3mpa循环冷却水做冷却介质，进出口温度分别为25℃,55℃.
设计一台列管式换热器完成该生产任务。
**：175℃→130℃ △t1=152.5℃
水：25℃ →55℃ △t2=40℃ 在定性温度下，**和水的物理性质查得如下：
类型由于要求中的热温差与冷流体温差较大（>70℃）,易引起管子变形发生泄漏；由于流体为**，易结垢，此选择浮头式换热器。
材质碳素钢。
**在流动过程中容易结垢，则应走易于清洗的一侧；因为热流体（**)的压力高于冷流体（水），且管子的直径较小，耐压程度较高，可以使压力较高的流体(**)安排在管程。
管子规格：选取φ25mm×2.5mm
管板：对管程和壳程起隔离作用；承受加热板与外壳热膨胀产生的轴向力。
一般浮头式换热器手里较小，厚度只要求满足密封性即可。因此板厚∮=0.7×0.025=17.5mm
管间距：查表得t=32mm
排列方式：选取正三角形排列。
mi=6000/3600=1.67kg/s
q=micph(t1-t2)=1.67 *2.20(175-130)=165 kw
tm′==112.3℃
p=(t2-t1)/(t1-t2) =55-25)/(175-25)=0.20
r=(t1-t2)/(t2-t1)=40/30=1.33
由图表查得温度差校正系数∮=0.98，由于平均传热温差校正系数大于0.8，因此选用单壳程即可。
tm=∮△tm′=0.98*112.3=110.0℃
由于壳程压力较高，故可以选取较大的k值。假设k取300(w/（m2·℃）则估算传热面积为：
a估=q/k估△tm=165×103/300*110.0=5m2
选用φ25mm×2.5mm不锈钢板卷焊而成的管子，管内流速取ui=0.5m/s。
选定管子规格后，可先求出单管程所需的管子数目：
n s=4v/diui=1.32/992.2/（0.785*0.022*0.5）=8.79根。
按单程管计算，所需传热管长度为：
l=a/dono=5/（3.14*0.025*9）=7.07m
为了保证流体在管内有一定的流速，可考虑将管束分程，根据要求，可以取换热长度为l=2.0m，则该换热器的管程数为：
no=l/l=7.07/2.0=3.54
传热管总管数：n=nsno=4*9=36根。
由上知道温度差校正系数∮=0.98，由于平均传热温差校正系数大于0.8，因此选用单壳程即可。
因为壳程流体为水，易清洗因此可选择正三角形排列，可使管子间的距离都相等，易加工。
由表查得外径25mm对应的管心距为32mm。
中心线管数nc=1.19√n=1.19√36=7.18根。
采用多管程结构进行壳体内径估算，管板利用率c取0.7，则壳体内径为：
d=1.05t√n/c=1.05*32√36/0.7=240.96mm.按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：d=400mm。
壳体直径核算换热器壳体内径应等于或略大于（对浮头式换热器而言）管板的直径。可用下式计算壳体内径：
dp=t（nc-1）+2e=32*（8-1）+2*1.2*25=284mm
其中， nc—横过管束中心线的管数（4.中得nc=8）
t—管心距，m
e—管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离(此处取e=1.2do)
经过圆整后dp=400mm。同时l/d的值为5，满足工艺条件。
选择合适的挡板有利于加大壳程流体流速和湍动程度，从而提高壳程对流传热系数。查表得，壳体内径为800mm时对应的折流板与壳体间间隙为4.0mm。折流挡板数量可由下式计算：
nb=（l-0.1）/b-1
其中，l—传热管长（取2.0）
b—折流板间距。采用圆缺形折流板，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*400=100mm，取折流挡板间距b=0.
3d，则b=120mm，所以b可取150mm。
代入上式得：nb=1.9/0.3-1=5.36块，且挡板水平装配。
管程流体进出口接管：取接管内**流速ui=0.5m/s，则接管内径为。
di=√(4v/ui)=√4*1.67/820/(3.14*0.5))=0.071m
壳程流体进出口接管：取接管内**流速uo=0.2m/s，则接管内径为。
do=0.092m
对圆缺形折流板可采用kern公式。
αo=0.36(λo/de)*reo0.55pr1/3(o/w)0.14
当量直径de由正三角形排列得：
de=4（√3/2*t2-/4do）/do=0.02m
壳程流通截面积：
se=bd（1-do/t）=0.15*0.4(1-25/32)=0.013m2
壳程流体流速、雷诺数和普朗特数：
uo=mo/ρ/a=1.32/992.2/0.013=0.102m/s
reo=douoρo/o=0.02*0.102*992.2/0.656×10-3=1548
pro=couo/λo=4.174*656×10-3/0.634=4.32
粘度校正：o/w)0.141
o=0.36×0.634/0.02×15480.55×4.321/3=1055.75 w/m2·k
i=0.23（λi/di）re0.8pr0.3
管程流体流通截面积：
si=/4×0.022×36/2=0.0057m2
管程流体流速、雷诺数和普朗特数：
ui=1.67/820/0.0057=0.357m/s
rei=0.02*0.357*820/0.665×10-3=8804.2
pri=2.2*665×10-3/0.128=11.43
i=0.23×0. 128/0.02×8804.20.8×11.430.3=4375.96w/m2·k
由查表得：管外侧污垢热阻 ro=3.44×10-4m2·k/w
管内侧污垢热阻 ri=1.72×10-4 m2·k/w
该温度下对应的碳素钢的热导率λ为50.2w/(m·k)，管壁热阻为rw=bdo/λdm 其中，b—传热管的壁厚；
dm—传热管内外径的算术平均值(dm=0.0225)
代入数据得rw=0.00017 m2·℃/w
1/k=do/idi+rido/di+rwdo/dm+ro+1/o代入数据得1/k=0.00305,即k=327.56w/m2·k
计算传热面积 ac=q/k·△tm=165×103/(327.56×110.0)=4.58 m2
实际传热面积 ap=doln=3.14×0.025×2.0×36=5.65m2
则面积裕度为：
h=(ap-ac)/ac=(5.65-4.58)/5.65=23.4%
①管程压强降。
pi=（△p1+△p2）ftnsnp
其中，ns—串联的壳程数（ns=1）；
np—管程数（已知为4）；
ft—结垢校正系数（此规格管子值为1.4）；
p1=ilρui2/2di（其中i=0.4513rei-0.2653=0.04）
(0.04*2.0*820*0.3572)/2*0.02=209.02pa
p2=3ρui2/2 =3*820*0.3572/2=156.76pa
所以，△pi=(209.02+156.76)*1.4*1*4=2048.38pa.在允许范围内。
壳程压强降。
po=（△p3+△p4）fsns
其中， △p3=fonc(nb+1)ρuo2/2
△p4=nb(3.5-2b/d)ρuo2/2
fs—壳程压强降的结垢校正系数（液体取1.15）
列管式换热器课程设计
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...
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...