煤油冷却器的课程设计1

板式换热器设计任务书

一、 设计题目：

煤油冷却器的设计

二、设计任务

1、处理能力 ：19.8×104 t/年煤油

2、设备型号 ：列管式换热器 3、操作条件 ：

煤油:入口温度140℃ ，出口温度40℃

冷却介质 ：循环水，入口温度30℃，出口温度38℃ 允许压降 ：不大于105Pa 每年按330天计 建厂地址 ：广西

三、设计要求

1、选择适宜的列管式换热器并进行核算 2、要进行工艺计算

3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）

4、编写设计任务书

5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。）

化工原理课程设计说明书

题 目：列管式换热器的设计

系 别：

班 级：

学 号：

姓 名:

指导教师：

日 期：2009 年 1 月 5 日

目 录

一、设计方案................................................................................................................................... 5

⒈ 换热器的选择 ..................................................................................................................... 5 2．流动空间及流速的确定 ..................................................................................................... 5 二、物性数据................................................................................................................................... 5 三、计算总传热系数： ................................................................................................................... 6

1. 热流量 .................................................................................................................................. 6 2. 平均传热温差 ...................................................................................................................... 6 3. 冷却水用量 .......................................................................................................................... 6 4. 总传热系数K ...................................................................................................................... 6 四、计算换热面积 ........................................................................................................................... 7 五、工艺结构尺寸 ........................................................................................................................... 7

1. 管径和管内流速 .................................................................................................................. 7 2. 管程数和传热管数 .............................................................................................................. 7 3. 平均传热温差校正及壳程数 .............................................................................................. 8 4. 传热管排列和分程方法 ...................................................................................................... 8 5. 壳体内径 .............................................................................................................................. 8 6. 折流板 .................................................................................................................................. 8 7. 接管 ...................................................................................................................................... 8 六、换热器核算 ............................................................................................................................... 9

1. 热量核算 .............................................................................................................................. 9 2. 热量重新核算 .................................................................................................................... 10 3. 换热器内流体的流动阻力 ................................................................................................ 11 4. 换热器主要结构尺寸和计算结果 .................................................................................... 13 七、设计的评述 ............................................................................................................................. 14 八、参考文献 ................................................................................................................................. 14 九、主要符号说明 ......................................................................................................................... 15 十、主体设备条件图及生产工艺流程图 ..................................................................................... 15

一、设计方案

1 换热器类型的选择

在本次设计任务中，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(循环水)进口温度30℃，出口温度38℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

2、流动空间及流速的确定

在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择一般可以考虑以下几点： (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。

(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。

(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。

(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=1m/ｓ。

二、确定物性数据

定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为T=(140+40)/2=90 (℃) 管程流体的定性温度为 t=(30+38)/2=34℃)

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=825 kg/m3

定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.140 W/(m·℃) 粘度 μo=0.000715 Pa·s

循环冷却水在34℃下的物性数据： 密度 ρi=994 kg/m3

定压比热容 cpi=4.174 kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.626 W/(m·℃) 粘度 μi=0.000725 Pa·s

三、计算总传热系数

1 热流量

m=198000000kg/330*24*2=12500kg/h

Qo=moCpoΔto=12500×2.22×(140-40)=2.775×106kJ/h=770.8(kW) 2 平均传热温差

△tm'=

t1-t2

tln1

t2

=

(140-38)-(40-30)

=39.6(℃)

140-38ln

40-30

3 冷却水用量

Wi =

Q0 2775000

==83104 (kg/h) CPiti4.174(3830)

4 总传热系数K

管程传热系数 Re=

diu1ρi0.021994

==27421 0.000725μi

4.1741037.25104

==4.83

0.626

Pri=

cpiμiλi

αi=0.023

i0.80.4

RePri de

0.626

(27421)0.8(4.83)0.4=4800.8W/(m2·℃) 0.02

=0.

壳程传热系数

假设壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；

污垢热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W 管壁的导热系数λ=45 W/(m·℃)

1

0.0003440.000172

4800.80.020.02450.0225290

=

=228.7 W/(m·℃)

四、计算传热面积

S’=

770800Q2

==85.1 (m) Ktm228.739.6

考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×85.1=97.9(m2)。

五、工艺结构尺寸

1 管径和管内流速

选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=1m/s。 2 管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

ns=

V



4

=

di2u

83104/(3600994)

=73.96≈74根

0.7850.020.021

按单程管计算，所需的传热管长度为L=

97.9S

==16.85m dons3.140.02574

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=4.5m，则该换热器管程数为NP =

L16.85==4(管程) 4.5l

传热管总根数 N=74×4=296(根) 3 平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数 R=

14040

=12.5

38303830

=0.073

14030

P=

按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得φΔt=0.97 平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.97×39.6=38.4(℃) 4 传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 dO，则t=1.25×25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线的管数nC=1.19N=1.19296=21(根) 5 壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为

D=1.05tN/=1.05296/0.7=690mm 圆整可取D＝700mm

6 折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×700＝175(mm)。

取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×700＝210(mm) 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=4500/210-1=20(块)

折流板圆缺面水平装配。 7 接管

壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u＝1.0 m/s，则接管内径为

d=

4V412500/(3600825)==0.073m u3.141取标准管径为80 mm。

管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径为

d=

4V483104/(3600994)==0.14m 取标准管径为150mm. u3.141.5

六、换热器核算

1 热量核算

① 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式

αo=0.36

ou

Reo0.55Pr1/3(o)0.14 deuw

当量直径，由正三角形排列得

(m)

壳程流通截面积So=BD(1-do0.025

)=0.03216(m) )=0.210.7(1

0.032t

12500/(3600825)

=0.131m/s

0.032160.020.131825Reo==3023

0.000715

壳程流体流速及其雷诺数分别为 uo=

2.221037.15104

普兰特准数 Pr==11.34

0.14

粘度校正

αo=0.36

0.14

30230.5511.341/3=464.7W/(m2·℃) 0.02

② 管程对流传热系数

管程流通截面积Si=0.7850.02

296

=0.0232(m2) 4

管程流体流速

83104/(3600994)Ui==1.001m/s

0.0232

0.021.001994Rei==27448

0.000725

4.1741037.25104

普兰特准数Pr==4.83

0.626

αi=0.023

0.626

(27448)0.8(4.83)0.4=4804.6W/(m2·℃) 0.02

③ 传热系数

K

1

0.0003440.000172

4804.60.020.02450.0225464.7

=

=325.1 W/(m·℃) ④

传热面积 S=

770800Q

==61.7 (m2) Ktm325.138.4

该换热器的实际面积Sp=doL(Nne)=3.14*0.025*4.5*(296-21)=95.7( m2) 该换热器的面积裕度为 H=2 重新核算

由以上算式可看出传热面积裕度过大，所以需要重新取数据计算。考虑 15％的面积裕度，S=61.71.15=71m2

SPS

100%=(95.7-61.7)/61.7=55.1% S

按单程管计算，所需的传热管长度为L=

71S

==12.2m 3.140.02574dons

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，

L12.2

则该换热器管程数为NP ===2(管程)

l6

传热管总根数 N=74×2=148(根)则横过管束中心线的管数nc=1.19N=1.19=14.47=15(根)

取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为

D=1.05tN/=1.0532/0.7=488.6mm 圆整可取D＝500mm 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×500＝125(mm)。

取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×500＝150(mm) 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)

再次进行换热器有关参数核算:S0=0.01641m2 uo=0.256m/s Reo=5907.7 αo=671.8W/m2.oc αi=4804.6 W/m2.oc K=414.5 W/(m2.oc)

传热面积S=

770800Q

==48.4m2 Ktm414.538.4

该换热器的实际传热面Sp=doL(Nne)=3.14*0.025*6*(148-15)=62( m2) 该换热器的面积裕度为 H=

SPS

100%=(62-48.4)/48.4=28.1% 传热面S

积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。 3 换热器内流体的流动阻力 ① 管程流动阻力

∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp

Ns=1, Np=2, F

t=1.5

由Re＝27448，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi＝0.035W/m·℃，流速ui＝1 m/s，ρ＝994 kg/m3，所以

61299412994P10.035=5218.5 Pa P23=1491Pa

0.0222

Pi(5218.51491)1.52=20128.5

∑ΔPo=(ΔP1′+ΔP2′)FtNs Ns＝l，Ft＝l

流体流经管束的阻力 PFfonc(NB1)

'

1

2uo

2

F=0.5 fo55907.70.228=0.6903 nc15 NB=39 uo=0.256

8250.2562P0.50.690315(391)=5599.2Pa

2

'1

2

2Bu0

)流体流过折流板缺口的阻力 PNB(3.5 D2

'2

B=0.15 D=0.5

20.158250.256

=3057.5 Pa P39(3.5)

0.52

'

2

2

总阻力∑ΔPo＝5599.2＋3057.5＝8656.7(Pa)＜105 kPa 壳程流动阻力也比较适宜。 4

第 11 页 共 14 页

换热器主要结构尺寸和计算结果 (见表格一)

选用2个12.5t/h生产能力且并联在一起的换热器以满足生产任务。

表格一

换热器主要结构尺寸和计算结果

第 12 页 共 14 页

七、设计的评价

这次化工原理课程设计是以小组为单位，然后组员进行分工合作来确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。对化工原理设计的有关步骤及相关内容有一定的了解。通过本次设计熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。通过本次课程设计，我还认识到，组员之间一定要多沟通，多交流意见，要不然，一个人的能力再怎么强，在团体工作中也是不能够出色完成设计任务。但由于本课程设计属第一次设计，而且时间比较仓促，查阅文献有限，本课程设计还不够完善，不能够进行有效可靠的计算。

最后，非常感谢我的同组人员，正是有他们在一起讨论，有了他们的帮助，才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计。

八、参考文献

[1] 贾绍文，柴诚敬. 化工原理课程设计.天津:天津大学出版社,2002.8. [2]谭天恩,窦梅,周明华等.化工原理.北京:化学工业出版社,2006.4

[3]中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布，1989 [4] 时均等.化学工程手册(第二版，上卷).化学工业出版社，1996

第 13 页 共 14 页

[5]魏崇光,郑晓梅.化工工程制图:化工制图.北京:化学工业出版社,1994.3

九、主要符号说明

P——压力，Pa ; Q——传热速率，W； R——热阻，㎡·℃/W； Re——雷诺准数； S——传热面积，㎡； t——冷流体温度，℃； T——热流体温度，℃； u——流速，m/s;

m——质量流速，㎏/h; ——对流传热系数W/(㎡·℃);

——导热系数，W/(m·℃) ——校正系数;

——粘度，Pa·s;  ——密度，㎏/m3;

Sp——实际传热面积，m2 Pr——普郎特系数

n——板数，块 K——总传热系数，W/m℃

2

V——体积流量 N——管数

D——壳体内径 d——管径

十、主体设备条件图及生产工艺流程图（附图）

第 14 页 共 14 页

板式换热器设计任务书

一、 设计题目：

煤油冷却器的设计

二、设计任务

1、处理能力 ：19.8×104 t/年煤油

2、设备型号 ：列管式换热器 3、操作条件 ：

煤油:入口温度140℃ ，出口温度40℃

冷却介质 ：循环水，入口温度30℃，出口温度38℃ 允许压降 ：不大于105Pa 每年按330天计 建厂地址 ：广西

三、设计要求

1、选择适宜的列管式换热器并进行核算 2、要进行工艺计算

3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）

4、编写设计任务书

5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。）

化工原理课程设计说明书

题 目：列管式换热器的设计

系 别：

班 级：

学 号：

姓 名:

指导教师：

日 期：2009 年 1 月 5 日

目 录

一、设计方案................................................................................................................................... 5

⒈ 换热器的选择 ..................................................................................................................... 5 2．流动空间及流速的确定 ..................................................................................................... 5 二、物性数据................................................................................................................................... 5 三、计算总传热系数： ................................................................................................................... 6

1. 热流量 .................................................................................................................................. 6 2. 平均传热温差 ...................................................................................................................... 6 3. 冷却水用量 .......................................................................................................................... 6 4. 总传热系数K ...................................................................................................................... 6 四、计算换热面积 ........................................................................................................................... 7 五、工艺结构尺寸 ........................................................................................................................... 7

1. 管径和管内流速 .................................................................................................................. 7 2. 管程数和传热管数 .............................................................................................................. 7 3. 平均传热温差校正及壳程数 .............................................................................................. 8 4. 传热管排列和分程方法 ...................................................................................................... 8 5. 壳体内径 .............................................................................................................................. 8 6. 折流板 .................................................................................................................................. 8 7. 接管 ...................................................................................................................................... 8 六、换热器核算 ............................................................................................................................... 9

1. 热量核算 .............................................................................................................................. 9 2. 热量重新核算 .................................................................................................................... 10 3. 换热器内流体的流动阻力 ................................................................................................ 11 4. 换热器主要结构尺寸和计算结果 .................................................................................... 13 七、设计的评述 ............................................................................................................................. 14 八、参考文献 ................................................................................................................................. 14 九、主要符号说明 ......................................................................................................................... 15 十、主体设备条件图及生产工艺流程图 ..................................................................................... 15

一、设计方案

1 换热器类型的选择

在本次设计任务中，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(循环水)进口温度30℃，出口温度38℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

2、流动空间及流速的确定

在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择一般可以考虑以下几点： (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。

(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。

(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。

(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=1m/ｓ。

二、确定物性数据

定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程煤油的定性温度为T=(140+40)/2=90 (℃) 管程流体的定性温度为 t=(30+38)/2=34℃)

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=825 kg/m3

定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.140 W/(m·℃) 粘度 μo=0.000715 Pa·s

循环冷却水在34℃下的物性数据： 密度 ρi=994 kg/m3

定压比热容 cpi=4.174 kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.626 W/(m·℃) 粘度 μi=0.000725 Pa·s

三、计算总传热系数

1 热流量

m=198000000kg/330*24*2=12500kg/h

Qo=moCpoΔto=12500×2.22×(140-40)=2.775×106kJ/h=770.8(kW) 2 平均传热温差

△tm'=

t1-t2

tln1

t2

=

(140-38)-(40-30)

=39.6(℃)

140-38ln

40-30

3 冷却水用量

Wi =

Q0 2775000

==83104 (kg/h) CPiti4.174(3830)

4 总传热系数K

管程传热系数 Re=

diu1ρi0.021994

==27421 0.000725μi

4.1741037.25104

==4.83

0.626

Pri=

cpiμiλi

αi=0.023

i0.80.4

RePri de

0.626

(27421)0.8(4.83)0.4=4800.8W/(m2·℃) 0.02

=0.

壳程传热系数

假设壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；

污垢热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W 管壁的导热系数λ=45 W/(m·℃)

1

0.0003440.000172

4800.80.020.02450.0225290

=

=228.7 W/(m·℃)

四、计算传热面积

S’=

770800Q2

==85.1 (m) Ktm228.739.6

考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×85.1=97.9(m2)。

五、工艺结构尺寸

1 管径和管内流速

选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=1m/s。 2 管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

ns=

V



4

=

di2u

83104/(3600994)

=73.96≈74根

0.7850.020.021

按单程管计算，所需的传热管长度为L=

97.9S

==16.85m dons3.140.02574

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=4.5m，则该换热器管程数为NP =

L16.85==4(管程) 4.5l

传热管总根数 N=74×4=296(根) 3 平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数 R=

14040

=12.5

38303830

=0.073

14030

P=

按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得φΔt=0.97 平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.97×39.6=38.4(℃) 4 传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 dO，则t=1.25×25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线的管数nC=1.19N=1.19296=21(根) 5 壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为

D=1.05tN/=1.05296/0.7=690mm 圆整可取D＝700mm

6 折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×700＝175(mm)。

取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×700＝210(mm) 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=4500/210-1=20(块)

折流板圆缺面水平装配。 7 接管

壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u＝1.0 m/s，则接管内径为

d=

4V412500/(3600825)==0.073m u3.141取标准管径为80 mm。

管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径为

d=

4V483104/(3600994)==0.14m 取标准管径为150mm. u3.141.5

六、换热器核算

1 热量核算

① 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式

αo=0.36

ou

Reo0.55Pr1/3(o)0.14 deuw

当量直径，由正三角形排列得

(m)

壳程流通截面积So=BD(1-do0.025

)=0.03216(m) )=0.210.7(1

0.032t

12500/(3600825)

=0.131m/s

0.032160.020.131825Reo==3023

0.000715

壳程流体流速及其雷诺数分别为 uo=

2.221037.15104

普兰特准数 Pr==11.34

0.14

粘度校正

αo=0.36

0.14

30230.5511.341/3=464.7W/(m2·℃) 0.02

② 管程对流传热系数

管程流通截面积Si=0.7850.02

296

=0.0232(m2) 4

管程流体流速

83104/(3600994)Ui==1.001m/s

0.0232

0.021.001994Rei==27448

0.000725

4.1741037.25104

普兰特准数Pr==4.83

0.626

αi=0.023

0.626

(27448)0.8(4.83)0.4=4804.6W/(m2·℃) 0.02

③ 传热系数

K

1

0.0003440.000172

4804.60.020.02450.0225464.7

=

=325.1 W/(m·℃) ④

传热面积 S=

770800Q

==61.7 (m2) Ktm325.138.4

该换热器的实际面积Sp=doL(Nne)=3.14*0.025*4.5*(296-21)=95.7( m2) 该换热器的面积裕度为 H=2 重新核算

由以上算式可看出传热面积裕度过大，所以需要重新取数据计算。考虑 15％的面积裕度，S=61.71.15=71m2

SPS

100%=(95.7-61.7)/61.7=55.1% S

按单程管计算，所需的传热管长度为L=

71S

==12.2m 3.140.02574dons

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，

L12.2

则该换热器管程数为NP ===2(管程)

l6

传热管总根数 N=74×2=148(根)则横过管束中心线的管数nc=1.19N=1.19=14.47=15(根)

取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为

D=1.05tN/=1.0532/0.7=488.6mm 圆整可取D＝500mm 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×500＝125(mm)。

取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×500＝150(mm) 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)

再次进行换热器有关参数核算:S0=0.01641m2 uo=0.256m/s Reo=5907.7 αo=671.8W/m2.oc αi=4804.6 W/m2.oc K=414.5 W/(m2.oc)

传热面积S=

770800Q

==48.4m2 Ktm414.538.4

该换热器的实际传热面Sp=doL(Nne)=3.14*0.025*6*(148-15)=62( m2) 该换热器的面积裕度为 H=

SPS

100%=(62-48.4)/48.4=28.1% 传热面S

积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。 3 换热器内流体的流动阻力 ① 管程流动阻力

∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp

Ns=1, Np=2, F

t=1.5

由Re＝27448，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi＝0.035W/m·℃，流速ui＝1 m/s，ρ＝994 kg/m3，所以

61299412994P10.035=5218.5 Pa P23=1491Pa

0.0222

Pi(5218.51491)1.52=20128.5

∑ΔPo=(ΔP1′+ΔP2′)FtNs Ns＝l，Ft＝l

流体流经管束的阻力 PFfonc(NB1)

'

1

2uo

2

F=0.5 fo55907.70.228=0.6903 nc15 NB=39 uo=0.256

8250.2562P0.50.690315(391)=5599.2Pa

2

'1

2

2Bu0

)流体流过折流板缺口的阻力 PNB(3.5 D2

'2

B=0.15 D=0.5

20.158250.256

=3057.5 Pa P39(3.5)

0.52

'

2

2

总阻力∑ΔPo＝5599.2＋3057.5＝8656.7(Pa)＜105 kPa 壳程流动阻力也比较适宜。 4

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换热器主要结构尺寸和计算结果 (见表格一)

选用2个12.5t/h生产能力且并联在一起的换热器以满足生产任务。

表格一

换热器主要结构尺寸和计算结果

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七、设计的评价

这次化工原理课程设计是以小组为单位，然后组员进行分工合作来确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。对化工原理设计的有关步骤及相关内容有一定的了解。通过本次设计熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。通过本次课程设计，我还认识到，组员之间一定要多沟通，多交流意见，要不然，一个人的能力再怎么强，在团体工作中也是不能够出色完成设计任务。但由于本课程设计属第一次设计，而且时间比较仓促，查阅文献有限，本课程设计还不够完善，不能够进行有效可靠的计算。

最后，非常感谢我的同组人员，正是有他们在一起讨论，有了他们的帮助，才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计。

八、参考文献

[1] 贾绍文，柴诚敬. 化工原理课程设计.天津:天津大学出版社,2002.8. [2]谭天恩,窦梅,周明华等.化工原理.北京:化学工业出版社,2006.4

[3]中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布，1989 [4] 时均等.化学工程手册(第二版，上卷).化学工业出版社，1996

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[5]魏崇光,郑晓梅.化工工程制图:化工制图.北京:化学工业出版社,1994.3

九、主要符号说明

P——压力，Pa ; Q——传热速率，W； R——热阻，㎡·℃/W； Re——雷诺准数； S——传热面积，㎡； t——冷流体温度，℃； T——热流体温度，℃； u——流速，m/s;

m——质量流速，㎏/h; ——对流传热系数W/(㎡·℃);

——导热系数，W/(m·℃) ——校正系数;

——粘度，Pa·s;  ——密度，㎏/m3;

Sp——实际传热面积，m2 Pr——普郎特系数

n——板数，块 K——总传热系数，W/m℃

2

V——体积流量 N——管数

D——壳体内径 d——管径

十、主体设备条件图及生产工艺流程图（附图）

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