化工原理課程設計
題目：列管式換熱器的設計
系別：班級：
學號：姓名:
指導教師：
日期：2013 年 6 月日
任務書一、 設計題目：
煤油冷卻器的設計
二、設計任務
1、處理能力 ： t/年煤油
2、裝置型號 ：列管式換熱器
3、操作條件 ：
煤油:入口溫度140℃ ，出口溫度40℃
冷卻介質 ：迴圈水，入口溫度30℃，出口溫度40℃
允許壓降 ：不大於105pa
每年按330天計
建廠位址 ：新鄉
三、設計要求
1、選擇適宜的列管式換熱器並進行核算
2、要進行工藝計算
3、要進行主體裝置的設計（主要裝置尺寸、橫算結果等）
4、編寫設計任務書
5、進行裝置結構圖的繪製（裝置技術要求、主要引數、接管表、部件明細表、標題欄。）
目錄一、設計方案 5
⒈ 換熱器的選擇 5
2．流動空間及流速的確定 5
二、物性資料 5
三、計算總傳熱系數： 6
1. 熱流量 6
2. 平均傳熱溫差 6
3. 冷卻水用量 6
4. 總傳熱系數k 6
四、計算換熱面積 7
五、工藝結構尺寸 7
1. 管徑和管內流速 7
2. 管程數和傳熱管數 7
3. 平均傳熱溫差校正及殼程數 8
4. 傳熱管排列和分程方法 8
5. 殼體內徑 8
6. 折流板 8
7. 接管 8
六、換熱器核算 9
1. 熱量核算 9
2. 熱量重新核算 10
3. 換熱器內流體的流動阻力 11
4. 換熱器主要結構尺寸和計算結果 13
七、設計的評述 14
八、參考文獻 14
九、主要符號說明 15
十、主體裝置條件圖及生產工藝流程圖 15
一、設計方案
1 換熱器型別的選擇
在本次設計任務中，兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140℃，出口溫度40℃；冷流體(迴圈水)進口溫度30℃，出口溫度38℃。該換熱器用迴圈冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節的固定管板式式換熱器。
2、流動空間及流速的確定
在固定管板式式換熱器中，對於流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點：
(1)不潔淨和易結垢的流體宜走管內，以便於清洗管子。
(2)腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便於清洗和檢修。
(3)壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓。
(4)飽和蒸氣宜走管間，以便於及時排除冷凝液，且蒸氣較潔淨，冷凝傳熱系數與流速關係不大。
(5)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。
(6)需要提高流速以增大其對流傳熱系數的流體宜走管內，因管程流通面積常小於殼程，且可採用多管程以增大流速。
(7)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由於流速和流向的不斷改變，在低re(re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數。
由於迴圈冷卻水較易結垢，為便於水垢清洗，應使迴圈水走管程，煤油走殼程。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/ｓ。
二、確定物性資料
兩流體在定性溫度下的物性資料如下表
三、計算總傳熱系數
（一）計算熱負荷（熱流量）
按管間煤油計算，即
（二）冷卻用水量
忽略熱損失，則水的用量為
（三）計算逆流平均溫度差
逆流溫差
（四）總傳熱系數k
1.管程給熱係數
，故採用下式計算
2.殼程給熱係數
假設殼程給熱係數
3.汙垢熱阻
4.管壁的導熱係數
碳鋼的導熱係數。
5.總傳熱系數
四、估算傳熱面積
考慮15%的面積裕度，
五、工藝結構尺寸
1.管徑和管內流速
選用的碳鋼換熱管，管內流速
2.管程數和傳熱管數
根據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數
（根）按單管程計算所需換熱管的長度
按單管程設計，傳熱管過長，現取傳熱管長，則該換熱器的管程數為
（管程）
傳熱管的總根數（根）
3.平均傳熱溫差校正及殼程數
按單殼程雙管程結構，查單殼程圖，因在圖上難以讀取，因而相應以代替r，pr代替p，查同一圖線得。於是。
單殼程雙管程屬於1-2折流，現用1-2折流的公式計算平均溫度差
℃現對上述查圖方法進行說明。對於1-2折流有：
令，，則，。將r、p以代入上式得
顯然，用對作圖應為同一圖線。本設計取有效對數平均溫度差為℃。
4.傳熱管排列和分程方法
採用組合排列，即每層內按正三角形排列，隔板兩側按正方形排列。取管心距，則
橫過管束中心線的管數（根）
5.殼體內徑
採用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑
圓整取。
6.折流板
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
，取。取摺流板間距為，則，取。
折流板數（塊）
折流板圓缺水平面安裝。
7.接管
殼程流體（煤油）進出口接管：取接管內煤油流速為1.0m/s，則接管內徑
取標準管徑為100mm。
管程流體（迴圈水）進出口接管，取接管內迴圈水的流速為1.5m/s，則接管內徑
（取標準管徑為200mm）
六、換熱器核算
（一）熱量核算
1.殼程對流給熱係數
對於圓缺形折流板，可採用克恩公式
當量直徑由正三角形排列得
殼程流通截面積
殼程流體流速、雷諾數及普蘭德數分別為
2.管程對流給熱係數
管程流通截面積
管程流體流速、雷諾數及普蘭德數分別為
3.傳熱系數k
4.傳熱面積
該換熱器的實際換熱面積
面積裕度為
換熱面積裕度合適，能夠滿足設計要求。
（二）換熱器內流體的流動阻力
1.管程流動阻力
（ft結垢校正係數，np管程數，ns殼程數）
取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則，而，查圖得
對的管子有
管程阻力在允許的範圍之內。
2.殼程流動阻力
對殼程有折流擋板時，計算殼程阻力的方法有bell法、kern法和esso法等。bell法計算結果與實際資料的一致性較好，但計算比較麻煩，而且對換熱器的結構尺寸要求較詳細。工程計算中常採用esso法，該法的計算公式如下：
（fs為結垢校正係數，對液體fs=1.15，ns為殼程數）
流體流經管束的阻力
f為管子排列方式對壓強降的校正係數，正三角形排列f=0.5，正方形直列，正方形錯列時，。
為殼程流體的摩擦係數，當
為橫過管束中心線的管數，。
折流板間距，折流板數
流體流經折流板缺口的阻力
該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設計的換熱器合適。
換熱器主要結構尺寸及計算結構
七、設計的評價
這次化工原理課程設計是以小組為單位，然後組員進行分工合作來確定實驗方案、選擇流程、查取資料、進行過程和裝置的計算，並要對自己的選擇做出論證和核算，經過反覆的分析比較，擇優選定最理想的方案和合理的設計。
通過本次設計，我學會了根據工藝過程的條件查詢相關資料，並從各種資料中篩選出較適合的資料，根據資料確定主要工藝流程，主要裝置，以及如何計算出主要裝置及輔助裝置的各項引數及資料。通過課程設計可以鞏固對主體裝置圖的了解，以及學習到工藝流程圖的制法。對化工原理設計的有關步驟及相關內容有一定的了解。
通過本次設計熟悉了化工原理課程設計的流程，加深了對冷卻器裝置的了解。在設計的過程培養了大膽假設，小心求證的學習態度。通過本次課程設計，我還認識到，組員之間一定要多溝通，多交流意見，要不然，乙個人的能力再怎麼強，在團體工作中也是不能夠出色完成設計任務。
但由於本課程設計屬第一次設計，而且時間比較倉促，查閱文獻有限，本課程設計還不夠完善，不能夠進行有效可靠的計算。
最後，非常感謝我的同組人員，正是有他們在一起討論，有了他們的幫助，才使我更快更順利地在較短時間內完成本設計。
八、參考文獻
[1] 賈紹文，柴誠敬. 化工原理課程設計.天津:天津大學出版社,2002.8.
[2]譚天恩,竇梅,周明華等.化工原理.北京:化學工業出版社,2006.4
[3]中華人民共和國國家標準.gb151-89鋼製管殼式換熱器.國家技術監督局發布，1989
[4] 時均等.化學工程手冊(第二版，上捲).化學工業出版社，1996
[5]魏崇光,鄭曉梅.化工工程製圖:化工製圖.北京:化學工業出版社,1994.3
九、主要符號說明
p——壓力，paq——傳熱速率，w；
r——熱阻，㎡·℃/wre——雷諾準數；
s——傳熱面積t——冷流體溫度，℃；
t——熱流體溫度u——流速，m/s;
m——質量流速，㎏/h對流傳熱系數w導熱係數，w/(m校正係數;
——粘度，pa·s密度，㎏/m3;
——實際傳熱面積pr——普郎特係數
n——板數，塊k——總傳熱系數，
v——體積流量n——管數
d——殼體內徑d——管徑
十、主體裝置條件圖及生產工藝流程圖（附圖）
化工原理課程設計 換熱器
課程設計說明書 海水換熱器 冷凝器 的設計 院 系 輕工與食品學院 專業食品質量與安全 班級 2012級 指導老師馬四朋 學生姓名付根迪 2015年 7 月 16日 課程設計評語 課程設計總評成績 課程設計答辯老師簽字 年月日第一章化工原理課程設計任務書 4 一 題目 海水換熱器 冷凝器 的設計 5...
換熱器種類及原理
換熱器種類及原理？各種換熱器優缺點 原理圖及適用場合 一 換熱器種類及原理 1 表面式換熱器 表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間裡流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。表面式換熱器有管殼式 套管式和其他型式的換熱器。2 蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質構...
螺旋換熱器工作原理
原理與結構 型別i 液體 液體 其將液體轉變為逆流。熱的液體進入位於換熱器中間的入口後從中心流出。詳細介紹 原理與結構 型別i 液體 液體 其將液體轉變為逆流。熱的液體進入位於換熱器中間的入口後從中心流出。冷的液體進入位於換熱器旁邊的入口後流出。由於逆流的緣故，換熱器中兩股流體可以達到幾乎相同的溫度...