课程设计说明书。
课程名称： 化工原理课程设计。
设计题目： 列管式换热器设计。
院系： 化学与环境工程学院。
学生姓名。学号。
专业班级：
指导教师。2011 年 11 月19日。
课程设计任务书。
目录。一、方案简介3
2、方案设计3
1、确定设计方案3
2、确定物性数据4
3、计算总传热系数4
4、计算传热面积4
5、工艺结构尺寸5
6、换热器核算8
3、设计结果一览表11
4、对设计的评述11
5、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）
6、主要符号说明12
七、参考文献13
一、方案简介。
本设计任务是利用冷流体（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。
二、方案设计。
某厂在生产过程中，需将热水从80℃冷却到60℃。处理能力为1×105吨/年。冷却介质采用自来水，入口温度32℃，出口温度40℃。
要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kpa。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、确定设计方案。
1）选择换热器的类型。
两流体温度的变化情况：热水的进口温度80oc，出口温度60 oc；冷流体（循环水）的进口温度32 oc，出口温度40 oc。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，该换热器的管壁温和壳体壁温之差最大，初步确定选用带膨胀节的列管式换热器。
2）流动空间和流速的确定。
由于循环冷却水易结垢，为便于水垢的清洗，应使循环水走管程，热水走壳程。选用25×2.5的碳钢管，管内流速取ui =1.6m/s。
2、确定物性参数。
热水的定性温度：
密度。定压比热容 cp0＝4.187kj/kg℃
热导率 λ0＝0.668w/m℃
粘度 μ0＝0.000406pa﹒s
冷水的定性温度：
密度 ρi＝993.6kg/m3
定压比热容 cpi＝4.174kj/kg℃
热导率 λi＝0.626w/ m℃
粘度 μi＝0.000712pa﹒s
3、计算总传热系数。
（1）热流量。
wo=1×105×1000÷300÷24≈13889kg/h
qo=mocpoto=13889×4.187（80-60）kj/h = 1163055 kj/h=323.1kw
（2）平均传热温差。
tm1=(△t1-△t2)/㏑t1/△t2)=(40-28)/㏑40/28)
式中：℃ 求得℃
（3）冷却水用量。
(kg/h)
（4）总传热系数k
管程传热系数。
re=壳程传热系数。
假设壳程传热系数
污垢热阻。管壁的导热系数
4、计算传热面积。
考虑15%的面积裕度：
5、工艺结构尺寸。
（1）管径和管内流速及管长
选用ф25×2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速。
（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
（根）按单管程计算，所需传热管长度为。
采用多管程结构，现取传热管长度l=3m，则该换热器的管程数为。
(管程)传热管总根数 n=80 (根)
（3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
r=按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差。
（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
（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＝400mm
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＝0.25×400mm＝100mm。
取折流板间距b＝0.3d，则b＝0.3×400＝120mm，可取b为150。
折流板数 nb=传热管长/折流板间距-1=3000/150-1=19(块)
折流板圆缺面水平装配。
7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u＝1..0 m/s，则接管内径为
圆整后可取管内径为65mm
管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u＝2 m/s，则接管内径为。
圆整后可取管内径为80mm
6、换热器核算
1）热量核算
①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。②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。
③传热系数k
④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=4, ft=1.4
由re＝43275，传热管相对粗糙度0.1/20＝0.005，查莫狄图得。
流速ui＝1.55m/s，，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。
三、设计结果一览表。
** 14、对设计的评述。
初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是根据书上提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了，裕度75％，超出了合理范围。
我决定重新来，重新分析计算的过程中也出现的数据，检查才发现部分数据出现了错误，然而更改过后还是不行，只好静下来认真地理解和消化原有的一些公式，然后修改了使裕度偏大的数据，这样又一次重新算过，结果还是不行，好好分析之后，决定从新开始制定数据，最后终于成功了。那么接下来就是画图了，由于以前学过制图，以为画图比较简单，5个小时左右可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。最终，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。
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