课程设计设计题目：列管式换热器专业班级：应化1301班*名：**学号： U*********指导老师：***时间： 2016年8月目录1.课程设计任务书 (5)1.1 设计题目 (5)1.2 设计任务及操作条件 (5)1.3 技术参数 (5)2.设计方案简介 (5)3.课程设计说明书 (6)3．1确定设计方案 (6)3.1.1确定自来水进出口温度 (6)3.1.2确定换热器类型 (6)3.1.3流程安排 (7)3.2确定物性数据 (7)3．3计算传热系数 (8)3.3.1热流量 (8)3.3.2 平均传热温度差 (8)3.3.3 传热面积 (8)3.3.4 冷却水用量 (8)4.工艺结构尺寸 (9)4.1 管径和管内流速 (9)4.2 管程数和传热管数 (9)4.3 传热管排列和分程方法 (9)4.4 壳体内径 (10)4.5 折流板 (10)4.6 接管 (11)4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11)4.6.2 管程流体进出管时接管 (11)4.7 壁厚的确定和封头 (12)4.7.1 壁厚 (12)4.7.2 椭圆形封头 (12)4.8 管板 (12)4.8.1 管板的结构尺寸 (13)4.8.2 管板尺寸 (13)5.换热器核算 (13)5.1热流量衡算 (13)5.1.1壳程表面传热系数 (13)5.1.2 管程对流传热系数 (14)5.1.3 传热系数K (15)5.1.4 传热面积裕度 (16)5.2 壁温衡算 (16)5.3 流动阻力衡算 (17)5.3.1 管程流动阻力衡算 (17)5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)6.设计结果汇总 (19)7．设计评述 (20)8.致谢 (21)9.工艺流程图 (22)10.符号说明 (22)11.参考资料 (24)§ 1.《化工原理课程设计》任务书1.1设计题目煤油冷却器设计1.2设计任务及操作条件设备型式：列管式换热器处理能力：15+0.1*1*89=23.9 万吨/年煤油操作条件：（1）煤油：入口温度140℃，出口40℃；（2）冷却介质：自来水，入口和出口温度由条件衡算；（3）允许压降：不大于105Pa（4）每年按360天算，每天运行24小时。
1.3技术参数煤油定性下的物性数据：密度：825Kg/m3；粘度： 7.15*10-4Pa.s；比热容：2.22KJ/(Kg.℃)；导热系数：0.14W/（m.℃）。
§2.设计方案简介本设计任务是利用自来水给煤油降温。
利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器。
选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。
换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
所以首选列管式换热器作为设计基础。
§3.课程设计说明书3. 1 确定设计方案（1）确定自来水进出口温度自来水的进口温度一般为室温，设计进口温度为25℃。
在设计出口温度是参考一下标准：冷却水出口温度不超过60℃，以避免换热器严重结垢，冷却水的出口温度不应高于工作物流的出口温度。
因此设计冷却剂出口温度为35℃。
（2）确定换热器类型两流体温度变化情况如下：煤油：入口温度140℃，出口温度40℃；自来水：入口温度25℃，出口温度35℃。
该换热器用自来水进行冷却，由于T m-t m=(140+40)/2-（35+25）/2=60℃>50℃，所需换热器的管壁温度与壳体温度相差较大，故从安全、经济、方便的角度考虑采用带有补偿圈的管板式换热器。
（3）流程安排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。
另外，这样的选择可以使煤油通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。
3.2 确定物性数据定性温度：对于一般的气体及低粘度流体，其定性温度可取其进出口温度平均值。
煤油定性温度：（140+40）/2=90℃，自来水定性温度：（35+25）/2=30℃在定性温度下，分别查取煤油和自来水的物性参数如下：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c p,o=2.22kJ/(kg·℃)导热系数λo=0.14 W/(m·℃)粘度μo=0.000715Pa·s冷却水在30℃下的物性数据：密度 ρi =995.7kg/m 3定压比热容 c p,i =4.174kJ/(kg ·℃)导热系数 λi =0.6176 W/(m ·℃)粘度 μi =0.000801 Pa ·s3.3 计算传热系数1.热流量：以煤油为计算标准算他所需要被提走的热量：Q=qc Δt=2.39×108330×24x2.22x （140-35）=7.034x106KJ/h=1953.8KW2.平均传热温差：计算两流体的平均传热温差，暂按单壳程、多管程计算。
逆流时：煤 油：140℃→40℃，自来水：35℃←25℃，从而，Δt m ‘=105−15ln(10515)=46.25℃, 此时，P=40−25140−25=0.13， R=140−,3540−25=7.00，由公式易算得ψ=0.84>0.8,符合要求。
3.传热面积：取传热系数为450 W/(m 2·℃)，则由公式可得传热面积为 A p =1953.8×103450×46.25=93.88m 24.冷却水用量：忽略热损失，由公式易得，冷却水用量为：Q=1953.84.174×（35−25）=46.81Kg/s=168516Kg/h 。
§4.工艺结构尺寸已知两流体允许压降均不大于35KPa ，与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。
由于循环冷却水易结垢，会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应该让循环自来水走管程，煤油走壳程。
4.1 管径和管内流速列管式换热器内的适宜流速范围则初步选择φ25×2.5mm 的碳钢管，管内径d i =25-2.5x2=20mm ，管内流速取u i =1.2m/s 。
4.2管程数和传热管数n s =q v π4d i 2u i = 46.81/995.70.785×0.022×1.2 =124.8≈125 根按单管程计算，所需的传热管长度为L= A pπd o n s = 93.883.14×0.025×125=9.58m 。
若按照单管程设计，则管长过长，不宜使用，故采用多管程设计。
取传热管长为5m ，则换热器管程数应为N p =2，传热管总数为N t =125x2=250根。
4.3传热管排列和分程方法管子在管板上的排列方式最常用的如下图（a）（b）（c）（d）所示，包括正三角形排列（排列角为300）、同心圆排列、正方形排列（排列角为900）、转角正方形排列（排列角为450）。
当管程为多程时，则需采取组合排列，如下右图。
采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
换热管中心距查表如下（mm）：则横过管束中心线的管束为n=1.1√N T=1.1√250=17.39≈18。
4.4 壳体内径采用多管程设计，取管板利用率为η=0.7，则壳体内径为D=1.05t√N Tη=1.05×32×√2500.7=634.9mm按卷制壳体的进级档可取D=700mm。
4.5折流板折流板间距多为100mm，150mm，200 mm，300mm，450 mm，600 mm，800 mm，1000 mm。
折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，如下表（mm）：支承板厚度一般不应小于上表数据，支承板不允许的最大间距参考下表：经选择，采用弓形折流板，取弓形折流圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=25%×700mm=175mm。
取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×700mm=210mm，可取B=200mm，因而查表可得，折流板厚度为5mm，支承板厚度为8mm，支承板允许不支承最大间距为1800mm。
折流板数为N b=5000200-1=24块。
折流板圆缺面水平装配。
4.6 接管4.6.1壳程流体进出管时接管：取接管内煤油流速为u=1m/s，则接管内径为D1=√4Vπu1= √4×30176.8/（3600×825）3.14×1= 0.1138m=113.8mm。
4.6.2管程流体进出口时接管：取接管内冷却水流速 u2＝1.5m/s，则接管内径为= 。
D2 = √4Vπu24.7壁厚的确定和封头4.7.1壁厚查资料易知，圆筒厚度为8mm，椭圆形封头与圆筒厚度相等，亦为8mm。
4.7.2 椭圆形封头示意图如下：查表易得其尺寸数据如下表：4.8 管板管板除了和管子和壳体等连接外，还是换热器重一个重要的受压器件。
4.8.1管板的结构尺寸查相关资料得，固定管板式换热器的管板主要尺寸如下表：4.8.2管板厚度考虑到腐蚀裕量，以及有足够的厚度能防止接头的松脱、泄露和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm 。
管板最小厚度如下表：换热管外径为25mm ，因而管板厚度取为3d 0/4=18.75mm ，则综上取为20mm 。
§5.换热器核算5.1热流量核算（1）壳程表面传热系数：对圆缺形的折流板，可采用克恩公式：000.36e e d u a d μρλμμλμ=0.14p wc （）（）（）计算壳程当量直径，由正三角形排列可得：42e d ππ=200（-d ）4d =025.014.3)025.0785.0032.023(422⨯⨯-=0.020m壳程流通截面积： S o =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=032.0025.010.70.2)t d -BD(1o =0.03062m 壳程流体最小流速为：00000140010000.53/243600624.890.0489v m q q u m s A A ρ⨯====⨯⨯⨯=0306.0)8253600/(8.30176⨯=0.33m/s 。
雷诺准数为： Re o =7384000715.082532.002.0=⨯⨯=o o o o u d μρ 普兰特准数为： Pr o =34.1114.0000718.02220=⨯=o o c λμ Nu=0.360.551/3Re Pr μμ0.14w （）。