前言

热交换器是进行热量之间传递的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,如化工、食品、电力。

换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99 %。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器使用量最大，以其在高温、高压和其他大型的换热设备中性能良好，因此被广泛操作使用。管壳式换热器类型也有多种，如，固定管板式换热器、浮头式换热器及填料函式换热器。

近年来尽管管壳式换热器倍受新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具结效率高、便于清洗拆卸、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器。如何优化改造管壳式换热器，提高其换热效率，便于操作，是现在换热器优化最关注的问题。本说明书目的是对有机物进行冷却，通过对管路进行一系列设计，寻求一种较优的方法。

 

                           目录

一．前言………………………………………………………………………………………………………………………………2

二． 课题及工艺要求………………………………………………………………………….………………5

2.1 课题…………………………………………………………………………………………………………5

2.2 工艺要求…………………………………………………………………………………………………5

三． 选定设计方案……………………………………………………………………………………………5

3.1换热器类型选择………………………………………………………………………………………5

3.2确定流动空间………………………………………………………………………...………………5

3.3流速的确定………………………………………………………………………………….……………5

四． 确定物性数据………………………………………………………………………………………………6

五． 计算总传热系数…………………………………………………………………………………………6

5.1 热流量……………………………………………………………………………………………………6

5.2平均传热温差……………………………………………………………………………………………………6

5.3 冷却水的用量……………………………………………………………………………………………………7

5.4 总传热系数…………………………………………………………………………………………………………7

六．计算传热面积………………………………………………………………………………………………8

七． 工艺结构尺寸………………………………………………………………………………………………8

7.1管径及管内流速…………………………………………………………………………8

7.2管程数和传热管数………………………………………………………………………8

7. 3平均传热温差校正及壳程数………………………………………. ………………9

7.4传热管排列和分程方法………………………………………. ………………………10

7.5壳体内径…………………………………………………………………………………………10

7.6折流板………………………………………………………………. …………………………10

7.7接管……………………………………………………………………………….. …………11

八． 换热器核算……………………………………………………………………………………………….11

8.1热流量核算………………………………………………………………………………………………………11

      8.1.1壳程对流传热系数……………………………………………………………………………11

      8.1.2.管程对流传热系数……………………………………………………………………………12

      8.1.3  污垢热阻………………………………………………………………………………………………13

     8.1.4 传热系数…………………………………………………………………………………………………13

      8.1.5  传热面积………………………………………………………………………………………………13

      8.1.6 换热器内流体的流动阻力……………………………………………………………14

九．换热器主要计算结果汇表………………………………………………………………………15

十．主要符号说明…………………………………………………………………………………………….17

十一.参考文献………………………………………………………………………….……………………20

二． 课题及工艺要求

2.1 课题

管壳式换热器的设计选型

2.2 工艺要求

要求将温度为90℃的某液态有机物冷却到70℃，此有机物的流量为10.5㎏/s。现拟用温度为t₁=30℃的冷水进行冷却。要求管壳式换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MP_a。已知有机物在特征温度下的物性数据如下：

     ρ=997kg/m     μ=0.6mPa.s

c_p=2.22kj/kg.℃   λ=0.16w/m.℃

三． 选定设计方案

3.1 换热器类型的选择

液体有机物温度变化情况：90℃-70℃. 管壳式换热器管壳两侧的压降皆不超过0.1MP_a。因此，估计冷、热两流体的温差不大、压力不高，于是初步选定固定管板式换热器。

3.2 确定流动空间

冷却水为防结垢走管程，液体有机物为便于散热走壳程。选用

Ф25mm×2.5mm的碳钢管。

3.3 流速的确定

初设管程流速u_i=1m/s

四． 确定物性数据

冷却剂：河水，从Δtm>10℃及防止水中盐类析出为原则,选择出口温度：t₂=40℃

循环水的定性温度为

液体有机物的定性温度为T_m=

两流体的温差

两流体在定性温度下的物性数据如下

五．计算总传热系数

5.1 热流量

Q₀=m₀c_p△t_o=10.5×2.22×(90-70)=466.2kw

5.2平均传热温差

并流时，  

逆流时，  

选择逆流传热。

5.3 冷却水的用量

5.4 总传热系数

5.4．1总传热系数的经验值见课本附录，选择时除要考虑流体的物性和操作条件外，还应考虑换热器的类型。

  总传热系数的选择

5.4．2  根据管程走循环水，壳程走有机物，总传热系数K现暂取：

六. 计算传热面积

面积裕度=15%，A=A₀×1.15=21

根据A可以选择下述标准换热器（查附录得）：（排列方式：正三角形）

七.工艺结构尺寸

7.1管径及管内流速

选取Φ=25X2.5mm碳钢管；管内水流速u=1m/S;

7.2管程数和传热管数:

 根

按单管程计算时，所需传热管长为

因此按单程设计，传热管过长，可以采用多管程设计。若换热管长

L=4.5,管程数为N_P=2时，则

每程管数为   60/2=30

管内流速    

7.3 平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

R=

P=

根据如下温差校正系数图表

单壳程

得：Ф=0.98

平均传热温差

=Ф

7.4 传热管排列和分程方法

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。     取管心距 t=1.25do=1.25X25 =31.2532mm

② 横过管束中心线的管数

n_c=1.19=9.22

圆取整n_c=10

7.5 壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率=0.75

壳体内径D=1.05t= =300.5mm

圆整可取 D=400mm

7.6折流挡板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的28%。

则切去的圆缺高度为    h=0.28X400mm=112mm   

折流挡板间距  B=0.6D=0.6X0.4=0.24mm

折流挡板数N_B=传热管长/折流板间距=4500/240-1=18块

采用折流板圆缺面水平装配.

相邻两折流板间距D=400mm      管心距 t=32mm

查表得得折流板厚度为5mm

折流板厚度与壳体内径及折流板间距有关见表5.5.1所列数据。

表5.5.1.  折流板厚度/ mm

7.7 接管

管程流体出口接管：取接管内流速u=1m/s则接管内径为

=0.121m  圆整取130mm

壳程流体出口接管：取接管内流速u2=1.5m/s则接管内径为

 圆取整100mm

八．换热器核算

8.1 热量核算

8.1.1壳程对流传热系数

采用弓形折流板，壳程表面传热系数的计算式

由三角形排列得当量直径

壳程流通截面积

0.021m²

壳程流体流速及雷诺数：

=

黏度校正

8.1.2.管程对流传热系数

管程流通面积

管程流体流速

普兰特数

8.1.3   污垢热阻      

         ；

        

热导率

8.1.4   传热系数

8.1.5  传热面积

m²

该换热器的实际传热面积为

=3.14×0.025×(4.5-0.06)(60-10)=17.427 m²

换热器的面积裕度

所以该换热器可行。

8.1.6 换热器内流体的流动阻力

1）管程流体阻力计算公式

 

 ，由

本换热器设计中    

          

取钢的管壁粗糙度为0.1mm

，传热管相对粗糙度=，查莫迪图得，u_i=1.46m/s， Kg/

所以

管程流体阻力在允许范围之内。

2）.壳程流体阻力

 

正三角形排列时，F=0.5

n_c=10,   N_B=18 ,u₀=0.502m/s

流体流过折流缺口的阻力

B=0.24m  D=0.4m

总阻力  =6445+4045=10409Pa

九． 换热器主要计算结果汇总

八．主要符号说明

十一．参考文献

《化工单元操作课程设计》贾绍义 柴诚敬 主编   天津大学出版社

《化工原理》上册 第二版 夏清 贾绍义 主编 天津大学出版社

第二篇：化工原理课程设计任务书

《化工原理》课程设计任务书

学院： 专业： 年级： 班级：

姓名： 学号： 指导教师： 设计日期：20xx年12月20日至20xx年01月02日

一、设计题目

正戊烷冷凝器的设计

二、设计条件

1. 处理量能力： 2.5×104t/a

2. 设计型式：立式列管式换热器

3．操作条件：

（1）正戊烷：冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器；

（2）冷却介质：地下水，流量为7000kg/h，入口温度：30℃

（3）允许压强降：不大于105Pa

（4）每年按330天计，每天24h连续进行。

三、设计任务

1. 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器形式进行简要论述；

2. 换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积；

3. 换热器的主要结构尺寸设计；

4. 主要辅助设备选型；

5. 绘制换热器总装配图

四、设计说明书内容

1. 目录

2. 设计题目及原始数据

3. 论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择；

4. 换热器计算（物料衡算、热量衡算、传热面积等）；

5. 设计结果概要或设计一览表；

6. 主体设备设计计算及说明；

7. 对本设计的评述；

8. 参考文献。

主要参考书参考书

1. 天津大学，《化工原理》，天津，天津科学技术出版社，19xx年。

2. 华南理工大学，《化工过程及设备设计》，广州，华南理工大学出版社，19xx年。

3. 魏崇关，郑晓梅，《化工工程制图》，北京，化学工业出版社，19xx年。

4. 刁玉玮，王立业 编，《化工设备机械基础》，大连，大连理工大学出版社，19xx年。

5. 章克昌，吴佩琮，《酒精工业手册》，北京，轻工业出版社，19xx年。

6. 《化工设备结构图册》编写组，《化工设备结构图册》，上海，上海科学技术出版社，19xx年。

7. 柴诚敬，刘国维，李阿娜，《化工原理课程设计》，天津，天津科学技术出版社，19xx年。

8.《化工单元过程及设备课程设计》 匡国柱、史启才主编，化学工业出版社，20xx年。

9.《化学化工物性数据手册》（有机卷），刘光启、马连湘、刘杰主编，化学工业出版社，20xx年。

10.《化工物性算图手册》，刘光启、马连湘、刘杰主编，化学工业出版社，20xx年。

11.《石油化工基础数据手册》，卢焕章，刘光启、马连湘、刘杰主编，化学工业出版社，19xx年。

12.《石油化工基础数据手册》（续篇），马沛生，化学工业出版社，19xx年。

13.《石油化工设计手册》，王松汉，化学工业出版社，20xx年。