列管式换热器设计说明书

课程设计说明书

列管式换热器

班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 日 期 ： 指导教师 ：

目录

设计任务书··································································3

一、方案设计································································4

1、确定设计方案·····························································4

2、确定物性数据·····························································4

3、工艺流程图·······························································4

二、工艺过程设计计算························································5

三、设计结果一览表··························································8

四、设计评述及问题的讨论····················································9

五、主体设备设计图（详情参见图纸）···········································10

六、参考文献································································10

七、主要符号说明····························································10

附图··········································································

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设计任务书

姓名： 专业：生物工程 班级：

一：设计题目：列管式换热器设计

二：设计任务：浮头式列管换热器设计 处 理 量 项 目 定性温度下物料物性 煤油 水 操作条件 密度／(kg/m3) 810 994 1.08×10吨／年 5比热容／(kJ/(kg·℃)) 2.3 4.187 黏度／Pa·s 0.91×10 0.727×10-3 -3导热系数／(W/(m·℃)) 0.13 0.626 换热器管程和壳程压强降≤30kPa 煤油 进 140℃ 出 40℃ 进 30℃ 水 出 40℃ 物料进出口温度 三：设计内容： 1. 根据生产任务的要求确定设计方案 (1) 换热器类型的选择

(2) 换热器内流体流入空间的选择 2. 化工计算

(1) 传热面积的计算

(2) 管数、管程数及管子排列，管间距的确定 (3) 壳体直径及壳体厚度的确定

3. 换热器尺寸的确定及有关构件的选择

4. 换热器流体阻力的计算及其输送机械的选择 5. 编写设计书明书

包括目录、任务书、设计方案说明、工艺过程设计计算、主要设备和辅助设备的设计计算、工艺计算和设备计算结果汇总表、设计评述与对某些问题的讨论、参考资料、符号一览表。 四：制图要求：

画出简单的工艺流程图、换热器装配结构图（包括：技术要求及特性、设备规格、具体尺寸、内部剖面结构等）A2以上一张。 五：设计要求：

1. 在确定设计方案时既要考虑到工艺，操作的要求又要兼顾经济和安全上的要求。 2. 在化工计算时要求掌握传热的基本理论，有关公式，要知道查那些资料，怎样使用算图以及怎样选择经验公式。

3. 要求根据国家有关标准来选择换热器的构件。

4. 要求必须掌握固定管板式或浮头式列管换热器的设计。

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一、方案设计

欲用井水将15000kg/h的煤油从140℃冷却到40℃，冷水进、出口温度分别为30℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程的压强降不大于30kPa，试选择合适的管壳式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。

1．确定设计方案

（1）选择换热器的类型

两流体温度变化情况：

热流体进口温度140℃，出口温度40℃。

冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。

从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差很大，因此初步确定选用浮头式列管换热器，而且这种型式换热器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体约束。 （2）流动空间及流速的确定

由于煤油的粘度比水的大，井水硬度较高，受热后易结垢，因此冷却水走管程，煤油走壳程。另外，这样的选择可以使煤油通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.75m/ｓ。

2、确定物性数据

定性温度：可取流体进、出口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为： T=(140+40)/2=90℃ 管程冷却水的定性温度为：t=(30+40)/2=35℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 煤油在90℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo= 810kg/m3 定压比热容 cpo=2.3kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.13W/(m·℃) 粘度 μo=0.00091 Pa·s

冷却水在32℃下的物性数据： 密度 ρi=994kg/m3 定压比热容 cpi=4.187kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.626 W/(m·℃) 粘度 μi=0.000727 Pa·s

3．工艺流程图

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二、工艺过程设计计算

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三、设计结果一览表 换热器形式：浮头式 换热面积（m）:82.48 工艺参数 名称 物料名称 操作压力，kPa 操作温度，℃ 流量，kg/h 流体密度，kg/m3 流速，m/s 传热量，kW 总传热系数，W/m2·K 传热系数，W/（m·℃） 污垢系数，m2·K/W 阻力降，kPa 程数 推荐使用材料 管子规格 管间距，mm 折流板型式

22管程 冷却水 ≤30 30/40 82400 994 0.74 958.3 327 3774 0.000344 10.06 2 碳钢 ф25×2.5 44 上下 管数198 排列方式 间距，mm 150 保温层厚度，mm 壳程 煤油 140/40 15000 810 0.262 484.05 0.000172 9.94 1 碳钢 管长mm:6000 斜正方形 切口高度25% 10 壳体内径，mm 600

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四、设计评述及问题的讨论

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五、主体设备设计图

详情请见图纸。

六、参考文献

《化工原理》，王志魁 编，化学工业出版社，2006.

《化工设备机械基础》，潘永亮 主编，科学出版社，2006.

《化工原理课程设计指导》，任晓光等 编著，化学工业出版社，2009. 《化工原理课程设计》，贾绍义，柴诚敬主编，天津大学出版社，2002. 《生物工程专业课程设计》，尹亮，黄儒强 编. 《石油化工基础数据手册 》《化学化工工具书》等.

七、主要符号说明

煤油的定性温度 煤油密度 煤油定压比热容 煤油导热系数 煤油粘度 热流量 热负荷 总传热系数 温差校正系数 初算初始传热面积 初算实际传热面积 壳体内径 折流板间距 折流板数 管程压力降 壳程压力降

T ρo cpo λo μo Wo Qo K 冷却水定性温度 冷却水密度 冷却水定压比热容 冷却水导热系数 冷却水粘度 冷却水流量 平均传热温差 管程雷诺数 管程、壳程传热系数 传热管数 管程数 横过中心线管数 管心距 接管内径 当量直径 面积裕度 t ρi cpi λi μi Wi ?t'm Re ??t S ''?i ?o Ns Np S D B NB NC t d1 d2 de ???Pi ?Po H - 10 -

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