化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计指导教师专业班级学生姓名学 号2009 年 1 月 5 日目录1．设计任务书及操作条件2．前言2.1 设计方案简介2.2工艺流程草图及说明3 工艺设计及计算3.1、铺助设备计算及选型3.2、设计结果一览表4.设计的评述5、主要符号说明6、参考文献7.主体设备条件图及生产工艺流程图（附后）1．设计任务书及操作条件（1）处理能力：1×104吨/年正己烷。

（2）设备型式：列管式换热器（3）操作条件1 正己烷（含水蒸汽20%）：入口温度1000C，出口温度350C。

2 冷却介质：循环水，入口温度250C，出口温度350C。

3 允许压降：不大于105Pa。

4 每年按330天计。

5 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、衡算结果等）4.编写任务设计书5.进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张）2．前言2.1 设计方案简介固定管板式换热器换热管束固定在两块管板上，管板又分别焊在外壳的两端，管子、管板和壳体都是刚性连接。

当管壁与壳壁的壁温相差大于50℃时，为减小或消除温差产生的热效应力，必须设有温差补偿装置，如膨胀节。

固定管板式换热器结构比较简单，制造简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广，在生产中广泛应用。

因壳侧不易清洗，故不适宜较脏或有腐蚀性的物流的换热，适用于壳壁与管壁温差小于70℃、壳程压力不高、壳程结垢不严重、并可用化学方法清洗的场合。

本设计任务为正己烷冷却器的设计，两流体在传热过程中无相的变化，且冷、热流体间的温差不是太大或温差较大但壳程压力不高的场合。

当换热器传热面积较大，所需管子数目较多时，为提高管流速，常将换热管平均分为若干组，使流体在管内依次往返多次，即为多管程，从而增大了管内对流传热系数。

固定管板式换热器的优点是结构简单、紧凑。

在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。

2.2工艺流程草图及说明工艺流程草图附后流程图说明：正己烷和循环冷却水经泵以一定的流速（由泵来调控）输入换热器中经换热器进行顺流换热。

正己烷由100℃降到35℃，循环冷水由25℃升到35℃，且35℃的冷水回到水槽后，由于冷水的量多，回槽的水少，且流经管路时也有被冷凝，因此不会引起槽中水温太大的变化从而使水温保持25℃左右。

3 工艺设计及计算(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100℃，出口温度35℃；冷流体（循环水）进口温度25℃，出口温度35℃。

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换热器。

2.流动空间及流速的确定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，油品走壳程。

选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速取u = 0.5 m / S。

(2) 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。

正己烷（g）的定性温度为壳程正己烷（l）的定性温度为管程流体的定性温度为根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

正己烷（g）在84℃下的有关物性数据如下：密度 =192 kg/定压比热容 C p=2.58kJ/kg.℃)导热系数 λ=0.0593W/（m.℃）粘度 μ=0.000183Pa.s正己烷（l）在52℃下的有关物性数据如下：密度 =691.56 kg/定压比热容 C p0=1963.61kJ/kg.℃)导热系数 λo=0.219W/（m.℃）粘度 μo=0.00021Pa.s循环冷却水在30℃下的物性数据：密度 ρi=995.7kg/定压比热容 C pi=4.174kJ/(kg.℃)导热系数 λi=0.618W/（m.℃）粘度 μi=0.000821Pa.s(三) 计算总传热系数1.热流量Qo=+m H+=6.12.平均传热温差3.冷却水用量4.总传热系数K管程传热系数壳程传热系数假设壳程的传热系数污垢热阻管壁的导热系数λ=45=223.4（四）计算传热面积考虑15%的面积裕度，S = 1.15=1.1525.8=29.7（五）工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用φ25×2.5传热管（碳管），取管内流速0.5m/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根按单程管计算，所需的传热管长度为按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

现取传热管长L = 7.5m，则该换热器管程数为管程传热管总根数N = 26×2=52根3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。

平均传热温差4.传热管排列和分程方法采用组合排列，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 ，则t=1.25横过管束中心线的管数根5.壳体内径为采用多管程结构，取管板利用率η=0.7,则壳体内径为圆整可取D=300mm6.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=0.25300=75mm,可取80mm取折流板间距B = 0.3D，则B=0.3300=90mm,可取B为100mm折流板数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 = 1.0m/s，则接管内径为m取标准管径为25mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=2.0m/s，则接管内径为取标准值管径60mm（六）换热器核算1．热量核算（一）壳程对流传热系数对圆缺形折硫板，可采用克恩公式当量直径，有正三角形排列得壳程流通面积壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数Pr粘度校正（2）管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速普兰特准数（3）传热系数K==（4）传热面积S该换热器的实际传热面积S P该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

2.换热器内流体的流动阻力（1）管程流动阻力, ,,由Re = 12679，传热管相对粗糙度，查狄图得，流速=0.51m/s , ρ=995.7kg/ , 所以管程流动阻力在允许的范围内。

（2）壳程阻力,流体流经管束的阻力F=0.5,流体流过折流板缺口的阻力B =0.1m , D=0.3m总阻力壳程流动阻力也比较适宜。

3.1、铺助设备计算及选型（1）、泵的选择：=1262.63*1.1=1388.9Kg/h可得===2.00()考虑经济因数，选用IS50-32-125型的泵：r=1450 n/(r/min)=3.75()（便于调节）H=5.4（m）（可以将换热器安装在高处）=2.0(m)同理：==16.86()选用IS65-50-125型泵：r=2900 n/(r/min)=25()（便于调节）H=20（m）=2.5(m)2、垫片的选择：由于冷、热流的温度在25-100℃之间，且根据板片的性能参数，可以选择246氟橡胶。

其使用温度范围：-50-200℃，拉断强度：>=10.00MPa, 拉断伸长率：150~350%，硬度：90~95，永久压缩变形：<=15%3.2、设计结果一览表换热器主要结构尺寸的计算结果见下表换热器型式：固定管板式管口表换热面积（m2）：24.47符号尺寸用途连接型式平面工艺参数a D N60循环水入口平面名称管程壳程b D N60循环水出口凹凸面物料名称循环水正己烷c D N25正己烷入口凹凸面操作压力，MPa0.40.3d D N25正己烷出口操作温度，℃25/35100/35e D N20排气口凹凸面流量，kg/h146001262.63f D N20放净口凹凸面995.7691.56流体密度，kg/m3流速，m/s0.510.08传热量，KW169.4337.8总传热系数，w/m2.K2675.7542.1对流传热系数，w/m2.K0.0003440.000172污垢系数，m2.k/w阻力降， Pa5827.2993.2程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格φ25×2.5管数 52管长mm7500管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度25%壳程内径，,mm 300保温层厚度，mm4.设计的评述本次化工课程设计是对列管式换热器的设计，通过翻阅文献资料、上网搜索以及组员间反复讨论与计算，这个列管式换热器的设计差强人意。

下面就是对本次设计的一些评述：本设计所需要的换热器用循环冷却水冷却，由操作条件可估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，故本次设计确定选用固定管板式换热器。

易于析出结晶、沉淀、淤泥及其他沉淀物的流体，最好通乳比较更容易进行机械清洗的空间。

对于固定管板式换热器，一般易在管内空间进行清洗。

所以本次选择了冷却水走管程，正己烷走壳程。

由于本次所要冷却的正己烷的流量较小，故所需的换热器为一壳程、二管程，这样选择虽然可以达到了实验的要求，但相对的耗能量可能会较大。

至于在实践中这样的设计能否用于生产，或者生产的效率会不会很低，这些只有在实践中才能具体的说明。

通过本次设计，我学会如何的分工与协作，更懂得了团队意识的重要性。

从中学会如何根据工艺过程的条件查找相关重要的资料资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，及计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。

通过课程设计书上的参考例题我了解到工艺设计计算过程中要进行的相关工艺参数的计算，同时也巩固了我对主体设备图的了解，还学习到了工艺流程图的画法。

通过本次设计不但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，而且学会了更深入的利用图书馆及网上资源，对前面所学课程有了更深入的了解和认识。

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，本课程设计尚有些不足之处，在此，希望老师能悉心指导。

5、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;——质量流速，㎏/h; ——对流传热系数，W/(㎡·℃);——有限差值； ——导热系数，W/(m·℃);——粘度，Pa·s; ——密度，㎏/m3;——校正系数。

r——转速，n/(r/min)H——扬程，m ——必须汽蚀余量，m——实际传热面积， Pr——普郎特系数n——板数，块 K——总传热系数，——体积流量 N——管数6、参考文献1. 朱聘冠.换热器原理及计算.北京:清华大学出版社,19872. 贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，2002.3. 时均等.化学工程手册(第二版,上卷).北京:化学工业出版社,19964. 钱颂文.换热器设计手册.北京：化学工业出版社5. 李克永.化工机械手册. 天津：天津大学出版社，1991.6. 柴诚敬、张国量等.化工流体流动与传热。