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华北科技学院
课程设计报告
题 目 列管式换热器的工艺设计
课 程 名 称 化工原理课程设计
专 业 化学工程与工艺
班 级
学 生 姓 名
学 号
设 计 地 点
指 导 教 师
设计起止时间：2011 年5月2日至20##年 5月13日
课程设计任务书
设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用
设计题目
4、炼油厂用原油将柴油从175℃冷却至130℃，柴油流量为12500 kg/h；原油初温为70℃，经换热后升温到110℃。换热器的热损失可忽略。60kPa。
管、壳程阻力压降均不大于30kPa。污垢热阻均取0.0003㎡.℃/W
一、确定设计方案
1、选择换热器类型
俩流体温度变化情况：
柴油进口温度175℃，出口温度110℃。原油进口温度70℃，出口温度110℃
从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。
2、流程安排
该任务的热流体为柴油，冷流体为原油，由于原油的黏度大，因此使原油走壳程，柴油走管程。
二、工艺结构设计
（一）估算传热面积
1.换热器的热流量（忽略热损失）
2.冷却剂原油用量（忽略热损失）
2.平均传热温差
3.估K值
4.由K值估算传热面积
=
（二）工艺结构尺寸
1.管径、管长、管数
1管径选择 选用
传热管（碳钢）
2估算管内流速 取管内流速
3计算管数 
4计算管长 
5确定管程 按单管程设计，传热管稍长，宜采用多管程结构。现取传热管长
=2.5m，则该传唤器管程数为：
，则传热管总根数N=46×4=184（根）
2.管子的排列方法
1采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列，管子和管板采用焊接结构
2计算管心距 
3隔板中心到离其最近一排管中心距离
S=t/2+6=24/2+6=18mm
各程相邻管心距为36mm
各程各有传热管46根
3.壳体内径的计算
采用多管程结构，取管板利用率η=0.7
1计算 
2圆整 
4.折流板
1圆缺高度的计算 
2折流板间距 
3折流板数量 
η
5.计算壳程流通面积及流速
1计算流通面积
2计算壳程流体流速 
6.计算实际传热面积
7.传热温差报正系数的确定
查表：
8.管程与壳程传热系数的确定
1壳程表面传热系数 
当量直径，由正方形排列得：
壳程流通截面积：
壳程流体流速：
雷诺数：
普兰特准数：
粘度校正
2管程表面传热系数
管程流体流速：
雷诺数：
普兰特准数：
9.传热系数
的确定
1
的查取
管外侧污垢热阻 
=1.7197
管内侧污垢热阻 
管壁热阻 碳钢在该条件下的热导率为45
，
则
2的计算
3
的确定
10、传热面积
11、附件
1拉杆数量
本换热器壳体内径为325mm，故其拉杆直径为
，拉杆数量不得少于4个。
2壳程流体接管直径：取接管内液体流速为
，
则接管内径为
3管程流体接管直径：取接管内液体流速为
，
则接管内径为
12、换热器流体流动阻力
1管程流体阻力
由
，传热管对粗糙度
，查莫狄图得 
每程直管压降 
每程回弯压降 
总压降
2壳程流体阻力
管速压降
折流板缺口压降
总压降
（五）结果概要
换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：
（六）总结
1、结果
1估算管内流速 
，在0.5~3范围内，符合要求。
2由计算得管长
，取单程管长
，符合要求。
3换热器的长度与壳体直径之比
，在6~10之间，符合要求。
4壳程流体流速 
，在0.2~1.5范围内，符合要求。
5传热温差校正系数
，符合要求。
6
，在1.15~1.25范围内，符合要求。
7
，在1.15~1.25范围内，符合要求。
8管程流体阻力
，符合要求。
9壳程流体阻力
，符合要求。
（七）参考文献
【1】《化工原理课程设计》 贾绍义 柴诚敬 主编 天津大学出版社
【2】《化工原理（上）》 夏青 陈常贵 主编 天津大学出版社
【3】《化工原理课程设计指导》 任晓光 主编 化学工艺出版社
【4】《化工设备机械基础》 董大勤 主编 化学工艺出版社
（八）附录
ChemCAD运行结果
TABULATED ANALYSIS
------------------
Overall Data:
Area Total m2 10.05 % Excess 83.74
Area Required m2 5.16 U Calc. W/m2-K 590.49
Area Effective m2 9.48 U Service W/m2-K 321.37
Area Per Shell m2 9.48 Heat Duty MJ/h 1.03E+003
Weight LMTD C 94.91 LMTD CORR Factor 0.9888 CORR LMTD C 93.85
Shellside Data:
Crossflow Vel. m/sec 9.2E-002 EndZone Vel. 8.0E-002 Window Vel. 1.6E-001
Film Coef. W/m2-K 2158.05 Reynold's No. 2669
Allow Press. Drop MPa 0.03 Calc. Press. Drop MPa -0.01
Inlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/In Nozzle MPa 0.00
Outlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/Out Nozzle MPa 0.00
Mean Temperature C 30.00
Rho V2 IN kg/m-sec2 35.16 Press. Drop (Dirty) MPa -0.01
Stream Analysis:
SA Factors: A 7.74 B 70.23 C 16.27 E 5.76 F 0.00
Ideal Cross Vel. m/sec 0.13 Ideal Window Vel. m/sec 0.19
Tubeside Data:
Film Coef. W/m2-K 1603.99 Reynold's No. 38686
Allow Press. Drop MPa 0.03 Calc. Press. Drop MPa 0.01
Inlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/In Nozzle MPa 0.00
Outlet Nozzle Size m 0.15 Press. Drop/Out Nozzle MPa 0.00
Interm. Nozzle Size m 0.00 Mean Temperature C 125.00
Velocity m/sec 1.01 Mean Metal Temperature C 67.47
Clearance Data:
Baffle m 0.0032 Outer Tube Limit m 0.2900
Tube Hole m 0.0008 Outer Tube Clear. m 0.0350
Bundle Top Space m 0.0000 Pass Part Clear. m 0.0000
Bundle Btm Space m 0.0000
Baffle Parameters:
Number of Baffles 5
Baffle Type Single Segmental
Inlet Space m 0.342
Center Space m 0.300
Outlet Space m 0.342
Baffle Cut percent 25.000
Baffle Overlap m 0.050
Baffle Cut Direction Horizontal
Baffle Cut Basis Diameter
Number of Int. Baffles 0
Baffle Thickness m 0.003
Shell:
Shell O.D. m 0.35 Orientation H
Shell I.D. m 0.33 Shell in Series 1
Bonnet I.D. m 0.33 Shell in Parallel 1
Type AEW Max. Heat Flux Btu/ft2-hr 0.00
Imping. Plate Impingement Plate Sealing Strip 5
Tubes:
Number 64 Tube Type Bare
Length m 2.00 Free Int. Fl Area m2 0.00
Tube O.D. m 0.025 Fin Efficiency 0.000
Tube I.D. m 0.020 Tube Pattern SQUAR
Tube Wall Thk. m 0.003 Tube Pitch m 0.032
No. Tube Pass 4
Inner Roughness m 0.0000560
Resistances:
Shellside Film m2-K/W 0.00046
Shellside Fouling m2-K/W 0.00018
Tube Wall m2-K/W 0.00005
Tubeside Fouling m2-K/W 0.00018
Tubeside Film m2-K/W 0.00062
Reference Factor (Total outside area/inside area based on tube ID) 1.250
Pressure Drop Distribution:
Tube Side Shell Side
Inlet Nozzle MPa 0.0000 Inlet Nozzle MPa 0.0000
Tube Entrance MPa 0.0008 Impingement MPa 0.0000
Tube MPa 0.0065 Bundle MPa 0.0002
Tube Exit MPa 0.0022 Outlet Nozzle MPa 0.0000
End MPa 0.0020 Total Fric. MPa 0.0003
Outlet Nozzle MPa 0.0000 Total Grav. MPa -0.0061
Total Fric. MPa 0.0115 Total Mome. MPa 0.0000
Total Grav. MPa 0.0000 Total MPa -0.0059
Total Mome. MPa -0.0000
Total MPa 0.0115