R 6.25 P 0.129
[2]P257 式 5-27 ， P258 图 5-18a
t 0.89
平均传热温差
/ tm t tm 0.89 69.81 62.82 C
t 0.89
tm 62.82 C
（4）传热管排列 每程内均按正三角形排列，取 t 32 mm ，横过管束中心线的管数：
2 工艺流程草图及说明
图 1 工艺流程草图
如上图，液体经泵抽上来，再经管道从接管 C 进入换热壳程；冷却水则
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（3）冷却水用量
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ms 2
Q 787.5 9.43kg / s tc p 2 4.174 40 20
（6）折流板
[2]
D=500mm
见课件
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任务书 浮头列管式换热器设计
一、 设计题目
水 冷 却 液 体 设 备 设 计
二、 设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件
1、某种液体处理量 4.5 kg/s； 2、进换热器液体的进口温度 175 ℃ ，出口温度为 50 ℃； 3、冷却水进口水温 20 ℃，出口温度自己选定 40 ℃； 4、管子外径 d1 =25mm，内径 d2 =20mm，t =32mm，等边三角形排列； 5、液体污垢热阻 Rs2 =0.15 m2· ℃/kW，水侧污垢热阻 Rs1 =0.3 m2· ℃/kW，管 壁导热系数λ w =0.045 kW/(m· ℃)； 6、水的物性按定性温度计算，液体的物性数据如下： ρ =1100kg/m3，μ =2.0mPa· s，λ =0.15 W/(m· K)，Cp=1.40kJ/(kg· K) 7、流体的流径自己选定，设备的壳程、管程数根据需要情况进行设计。

0.025 0.0003 0.025 0.0025 0.025 1 0.00015 4585.4 0.02 0.02 45 0.0225 250 2 o 205.8W m C
3.1.4 计算传热面积 用纯逆流按计算公式[2]初估传热面积： [2] P249（5-9）
d u c 2 0.023 2 2 2 2 p 2 2 d 2 2 2
0.023
0.618 4174 0.000801 24861.40.8 0.02 0.618
0.4
0.7107 3284.1311.9646
三、 设计任务
完成浮头式列管换热器的工艺设计（设计方案、流程简图与叙述，物料、热 量计算及特性尺寸计算）及有关附属设备（泵、接管等）的设计和选用，编写设 计说明书，于 2014 年 7 月 4 日前完成并上交。
设计人: 指导教师: 诸 爱 士
2014 年 6 月 10 日
1
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1 设计方案简介
列管式换热器是生产中常用的热交换设备，它涉及冷、热两种流体，这 需要根据物性确定流道，同时需要考虑流体输送机械与管路等。 换热器的设计步骤[1、2]： [1] 1.1 试算并初选设备规格 [2]P273 （1）根据流体物性及工艺要求，确定流体通入的空间； （2）确定流体在换 热器两端的温度，选择列管换热器的型式； （3）计算流体的定性温度，以确 定流体的物性数据； （4）根据传热任务计算热负荷； （5）计算平均温差，并 根据温度差校正系数不应小于 0.8 的原则，决定壳程数； （6）依据总传热系 数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数 K 选值； （7）由总传 热速率方程 Q＝KAΔ tm 初步算出传热面积 A，并按系列标准选择设备规格。 1.2 核算总传热系数 计算管程、壳程对流传热系数 α2 和 α1，确定污垢热阻 Rs1 和 Rs2 ，再计 算总传热系数 K 计。 比较 K 选和 K 计， 若[(K 计－K 选)/ K 选]× 100%＝10~25%((对 面积[(S 选－S 需)/S 需]× 100%＝10~25%)，则初选的设备合格，否则需另设 K 选 值，重复以上计算步骤。实际计算时控制裕度在 10%左右，不能低于 5%。 1.3 计算管、壳程压强降 计算初选设备的管、壳程流体的压强降，如超过工艺允许的范围，要调 整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算 压强降直至满足要求为止。 1.4 辅助设备的计算及选型 根据已设计的换热器的管程压降和壳程压降， 以及局部阻力和直管摩擦 损失配备合适型号的离心泵，并进行参数核算，以保证扬程和流量有适当的 裕度为原则进行泵的选型。
2 4585.4
W (m 2 C )
4585.4W (m 2 o C )
壳程传热系数：假设壳程的传热系数[2] 污垢热阻：
R s 2 0.0003 m 2 o C W R s1 0.00015 m C W
2 o
1 250W m2 o C
[2] P186
[2]P248
[2]
[2]P271
见任务书
[2] P311
Q0=787.5kW
[2]P255
/ t m = 69.81 C
tm
t1 t2 T1 t2 T2 t1 175 40 50 20 69.81o C t T t 175 40 ln ln 1 ln 1 2 50 20 t2 T2 t1
L S 54.8 23.27m n d1 30 3.14 0.025
[2]P271 表 5-5 n=30
L=23.27m
管长 4.5m
取加热管长 4.5m，则管程数为：
Np 22.56 5.17 4.5
则管程数取 4
N p 4管程
N=120 根
传热管总根数 N 30 4 120 根 。 （3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正数 175 50 R 6.25 40 20 40 20 P 0.129 175 20 按单壳程，四管程结构，采用计算公式[2]或查图估计，可得：
见课件 nc=12
nc 1.1 N 1.1 120 12.05 12 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 1.05t N 1.05 32 120 0.7 439.9 mm 圆整可取D 500mm。
或
D t (nc 1) 2b t (nc 1) 2 1.5d0 32 (12 1) 3 25 427 mm 圆整可取D 500mm。
ms2 9.43kg/s
（4）总传热系数 K 管程传热系数[2]：选管内流速[2] ui 1.0 m s
Re d 2 u2 2 0.02 1.0 995.7 24861.4 0.000801
0.8 0.4
[2] P55 或 P271
2
Re=24861.4
[2] P195(4-73)
1 250W m2 o C
（可能是油类的强制对 流）
管程的导热系数： 45 W m 2 C ，按公式[2]计算总传热系数：
K 1 d1 d1 bd1 1 Rs 2 Rs1 2d2 d2 dm 1 1
[2]P251（5-19）
K 205.8 W m2 o C
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（2）传热管数、管长和管程数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数： Vs 2 9.43 995.7 n 30.2 根 , 取30根 2 2 3.14 / 4 0.02 1.0 d 2 u2 4 按单程管计算，所需的传热管长度为：
化工原理课程设计
浙江科技学院
化工原理课程设计
设计名称：
浮头列管式换热器设计
学
院：
生物与化学工程学院
专 业 班：
姓
名：
学
号：
完成时间:
年
月
日
指导教师：
诸
爱
士
化工原理课程设计
目
录
任务书……………………………………………………… ……… 1 1. 设计方案简介……………………………………………………… 2 2. 工艺流程草图及说明……………………………………………… 2 3. 工艺计算及主体设备设计………………………………………… 3 3.1 试算并初选设备规格………………………………………… 3 3.2 换热器核算…………………………………………………… 6 4. 辅助设备的计算及选型…………………………………………… 9 4.1 管程流体水的接管与所需泵的选择……………………… 9 4.2 壳程液体接管与所需泵的选择………………………………10 5.设计结果一览表……………………………………………………12 6. 课程设计心得…………………………………………………… 12 7. 参考文献………………………………………………………… 12