華北科技學院環境工程系
《化工原理》課程設計報告
設計題目列管式換熱器的工藝設計和選用
學生姓名
學號 201101034313
指導老師
專業班級化工b113班
教師評語
設計時間：2023年12月9日至2023年12月20日
設計題目：列管式換熱器的工藝設計和選用
一、 設計條件
某生產過程要求用冷卻迴圈水將有機液體產品從140℃冷卻至40℃，冷卻迴圈水的進口溫度為30℃，出口溫度為45℃。有機液體產品的流量為3.5×100kg/h，設計要求管程壓降均不大於60kpa。
試設計一台列管式換熱器，完成該生產任務。
二、設計說明書的內容
1、目錄；
2、設計題目及原始資料（任務書）；
3、論述換熱器總體結構（換熱器型式、主要結構）的選擇；
4、換熱器加熱過程有關計算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱器型號、殼體直徑等）；
5、設計結果概要（主要裝置尺寸、衡算結果等）；
6、參考文獻
7、圖紙（1張，a3、紙列印）
目錄1、確定設計方案 4
1.1選擇換熱器型別 4
1.2流徑安排 4
1.3 確定物性資料 4
2、估算傳熱面積 5
2.1 熱負荷的計算 5
2.2 平均傳熱溫差 5
2.3 估k值 6
2.4由k值估算傳熱面積 6
2.5冷流體用量 6
2.6初選換熱器型號 6
3、工藝結構尺寸 7
3.1 管徑、管長、管數 7
3.2 確定管子在管板上的排列方法 8
3.3 殼體內徑的計算 8
3.5 計算殼程流通面積及流速 8
3.6 計算實際傳熱面積 9
3.7傳熱溫差報正係數的確定 9
3.8 管程與殼程傳熱系數的確定 9
3.10 傳熱面積校核 11
3.11 附件 11
3.12 熱器流體流動阻力 12
4、結果概要 13
5、總結 15
6、參考文獻 16
兩流體的溫度變化情況：
熱流體進口溫度為140℃，出口溫度為40℃；冷流體進口溫度為30℃，出口溫度為45℃。從兩流體的溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差大於50℃，因此初步確定選用浮頭式換熱器。
該設計任務的熱流體為有機液體，冷流體為水，為使有機液體通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令有機液體走殼程，水走管程。
平均傳熱溫差校正係數：
查閱相關圖表，可得到=0.97>0.80，
參照附錄，取k=
考慮到15%的面積裕度，s=
由於兩流體溫差較大和為了清洗殼程汙垢，採用jb系列的浮頭式列管換熱器，由jb系列標準初選
jb∕t4714-92-800-168.5-25-2i，有關引數列表見下表：
實際換熱面積
採用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數為：
管徑選擇選用傳熱管（碳鋼），管長l=6m
取有機液體流速1.14
計算管數
所需傳熱管長度
如按單管程設計，傳熱管過長，宜用多管程結構，所以換熱器管程數為
所以傳熱管總數 n=1832=366(根)
採用組合排列方法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側採用正方形排列。
計算管心距
橫過管束中心線的管數
3.3 殼體內徑的計算
1 取管板利用率為η=0.7
則殼體內徑
取d取為800mm
3.4 折流檔板
採用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺
高度為)
折流板間距：b=0.3d，b=0.3800mm=240mm,取b為300mm
(1)計算流通面積
(2)計算殼程流體流速
平均傳熱溫差校正係數：
查閱相關圖表，可得到=0.97>0.80
查資料知殼程數
1、殼程對流傳熱系數。對圓缺形折流板，可採用凱恩公式：
當量直徑，由正方形排列得：
殼程流通截面積：
殼程流體流速及其雷諾數：
普蘭特准數：
黏度校正係數：
2、管程對流傳熱系數：
管程流體流速：
普蘭特准數：
3. 汙垢熱阻和管壁熱阻：
管外側汙垢熱阻
管內側汙垢熱阻
管壁熱阻碳鋼在該條件下的熱導率為
則3.9 傳熱系數的確定
所以k取值合適
傳熱面積s
該換熱器的面積裕度為:
1、拉桿數量
查資料表得：
本換熱器殼體內徑為800mm，故其拉桿直徑為，拉桿數量不得少於6個。
2.接管
（1）殼程流體進出口接管
取接管內液體流速=1.43m/s
m)圓整後取管內直徑為100mm.
(2) 管程流體進出口接管
取接管內液體流速=0.42m/s,
圓整後取管內直徑為200 mm
1.管程流動阻力：
2. 對於碳鋼管，取管壁粗糙度
由re=32812，傳熱管相對粗糙度為0.005查關係圖得
流速u=1.14m/s, 993,所以：
管程流動阻力在允許範圍之內。
2.殼程阻力：
流體流經管束的阻力：
f=0.5
流體流過折流板缺口的阻力:
總阻力所以殼程流動阻力也在適宜。
浮頭式換熱器（jb∕t4714-92-800-168.5-25-2i）主要結構尺寸和計算結果見下表4-1和表4-2。
表4-1 浮頭式換熱器主要結構尺寸
表4-2 計算結果
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