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山东轻工业学院
三、工艺计算
1、热负荷即传热速率Q
化
2、平均温度差Δtm
工 原 理
3、选K值，估算传热面积A初
教
研
室
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1、热负荷即传热速率Q
QKAtm
化
工 原
Q m S 2 c P 2 t 2 t 1 m S 1 c P 1 T 1 T 2
山东轻工业学院
五、校核计算
1、校核总传热系数K值
化 工 原 理
2、校核壁温TW 3、校核传热面积A
教
研
室
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1、校核总传热系数K值
化
K 1d 2d 12RS2d d1 2bdm 1dRS111
工
原 理
➢ 管内对流传热系数α2
教 研
➢ 管外对流传热系数α1
室
➢ 污垢热阻及管壁热阻
化
工➢
原 理
A' Q K初tm
教 研
➢选用安全系数Φ＝1.15～1.25
室 ➢A初＝ΦA’
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四、换热器尺寸的初步确定
➢ 确定管程结构尺寸
化
➢ 壳程设计数据
工 原
➢ 换热器长径比
理
教
研
室
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山东轻工业学院
1、确定管程结构尺寸
➢管子规格
教
研 室
➢假设管外壁温TW（115.6℃）
t TS TW
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a
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山东轻工业学院
（3）污垢热阻及管壁热阻
➢ 苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4m2·℃/W
化 ➢ 蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，
工 原
水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计，
理 教
➢ 碳钢钢管的导热系数λ＝45 W/m2·℃
➢ 壳体内径
D＝t（NTb－1）+ 2 b’
t －管间距
化 工 原 理
NTb －最外层六角形对角线上管数 b’ －六角形最外层管中心到壳体
教 研
内
室
壁距离，取b’＝（1～1.5）d0
➢ 壳体内径标准圆整到ΦD×δmm
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➢ 中心拉杆n3根 直径Φ12mm
双管程隔板少排NTb根
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设计内容
➢设计说明书
化 工
➢布管图
187
原 理
➢装配图
187
教
研
室
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a
山东轻工业学院
169 114 169
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设计说明书
山东轻工业学院
➢ 封面
➢ 目录
➢ 设计任务书
化
➢ 前言
工 原
➢ 设计计算过程
理 教
➢ 附表及相关机械元件尺寸
研 室
➢ 设计说明
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化
λ2
工 原
2.
水蒸汽的物性数据
理 教
3.
Ts 、ρ１ 、γ１
研 4.
室
5.
同温度下水的物性 ρ 、μ 、λ
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山东轻工业学院
二、换热器的类型及流体走向
➢ 卧式固定管板式换热器
➢ 水蒸汽走壳程，苯走管程
化
➢ 不需要进行热补偿
工 原
➢ 不需要加折流挡板
理
教
研
室
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化工原理课程设计
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列管式换热器设计
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设计题目
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拟用200Kpa的饱和水蒸气将常压下 20℃的苯加热到80℃，
①苯的质量流量为50t/h—单号
②苯的质量流量为40t/h－双号
试设计一列管式换热器。
已知仓库中现有Φ25×2.5mm，长6m 的碳钢钢管
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化
➢初步设计总管数
工 原
➢校核流速、确定管程
理 教
➢管间距及排列方式
研
室
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（1）管子规格
➢ 库存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳钢
化
钢管
工 原
➢ 取管内苯的流速为u0 （0.60 m/s）
理 教
——苯系易燃易爆物
研 室
流速一般低于1 m/s
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（2）初步设计总管数
n ' A初 圆整n”
化
dL
工
原
理 教
n” 根———三角形排列管数，
研 室
3a2+3a+1
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（3）校核流速、确定管程
化 工
u'
ms2
n"
4
d
2 i
原
理 教 研 室
管程 m u 0 （一般双管程） u'
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研
室
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（4）校核K值 以外表面计算：
化 工
K 1d 2d 12bdm 1 dRSd d1 211
原
理
教 研
➢计算K值与原设值K初比较
室
使相对误差<5%
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2、校核壁温TW
设计步骤
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➢ 一、确定定性温度、物性数据➢ 二、换热器的类型来自流体走向➢ 三、工艺计算
化
➢ 四、换热器尺寸的初步确定
工 原
➢ 五、校核计算
理 教
➢ 六、进出口管径
研 室
➢ 七、校核流体压力降
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一、确定定性温度、物性数据
1. 苯的物性数据
2.
t1 、t2 、tm 、ρ２ 、CP2 、μ2 、
理
教 研 室
Qms1r
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2、平均温度差Δtm
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➢ 由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把 两流体的平均温度差看作是逆流来计算
（双管程）
化
工
原 理 教 研
tm
t1 ln
t2 t1
室
t2
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3、选K值，估算传热面积A初
➢ 根据条件K值在580～1160 W/m2·℃ （K＝ 680W/m2·℃）
➢ 实际管数n＝NT－NTb－n3
➢ 双管程，每程n/2根排列管子
化 工
➢ 实际流速u ，与初设苯流速u0 校核
原
理 教 研 室
u
ms2
n 2
4
d
2 0
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3、换热器长径比
➢ 确定长径比的取值范围
化
工 原 理 教 研
L 4~6 D
室
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（1）管内对流传热系数α2
20.02d3R0.e8P0.r4 被加热
化 工 原 理
Re du
教
研 室
Pr CP
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（2）管外对流传热系数α1
1 0.725
r2g3
2
0.25
n3d0 t
化
工 原 理
➢n为水平管束垂直列上的管数 弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7
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（4）管间距及排列方式
➢ 管间距t＝（1.25～1.3）d0 ➢ 采用三角型排列
➢ 根据总管数n”确定层数a，
化 工 原
➢ 是否弓形排管，确定NT ➢ 最外层六角形对角线上管数
理 教
NTb＝2a+1
研 室
➢ 采用胀管法排列
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2、壳程设计数据