成绩化工原理课程设计设计说明书设计题目：管壳式换热器的设计化工原理课程设计任务书一、设计任务及操作条件某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。

已知有机料液的流量为（2.5－0.01×18）×104=23200kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。

已知:定性温度下流体物性数据有机化合液986 0.54*10-3 4.19 0.662水994 0.728*10-4.174 0.6263注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8二、确定设计方案1.选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。

2.管程安排由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，有机化合液走壳程。

三、确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

故壳程的有机化合液的定性温度为T ℃71240102=+=管程流体的定性温度为 t=℃3523040=+根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。

有机化合液的有关物性数据如下： 密度 3/986m kg =ρ 粘度=μ0.54*10-3 Pa ·s比热容 1Cp =4.19 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.662 W/（m ·℃） 循环水的有关物性数据如下： 密度 3kg/m 994 =ρ粘度=μ0.728*10-3 Pa ·s比热容 2Cp =4.174 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.626 W/（m ·℃）四、估算传热面积 1、热流量Q 1=111t c m p ∆=23200×4.19×(102-40)=6.03×106kj/h =1675.00kw2、平均传热温差先按照纯逆流计算，得℃5.28304040102ln 304040102=-----=∆）（）（）（）（m t3、传热面积由于有机化合液的粘度为=μ0.54*10-3 Pa ·s ，假定总传热系数K=300W/（2m .℃），则传热面积为A=21195.915.283001675000m t K Q m =⨯=∆ 4、冷却水用水量m =ipi t c Q ∆1=4468kg/h 14/ 0.1341010174.416750003==⨯⨯s kg 五、工艺结构尺寸1、管径和管流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管流速1u =1.5m/s 。

2、管程数和传热管数 可依靠传热管径和流速确定单程传热管数 Ns=905.102.0785.0)3.9943600/(144468422≈⨯⨯⨯=ud Vi π按单程管计算，所需的传热管长度为==s o n d A πL 90025.014.3 5.9119⨯⨯=28m 按单程管设计，宜采用多管程结构。

现取传热管长l=7m ，则该换热器的管程数为4782l L p ===N 传热管总根数 Nt=3463、传热温差校平均正及壳程数平均温差校正系数：2.630-4040-102t -t T -T 1221===R139.030-10230-40t -T t -t 1112===P按单壳程，双壳程结构，查得温差修正系数得93.0t =∆ϕ平均传热温差 5.265.2893.0t tm t m =⨯=∆=∆∆ϕ由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

4、传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距t=1.25 o d ，则t=1.25*25=31.35=32mm隔板中心到离其最近一排管中心距离：S=t/2+6=32/2+6=22mm 各程相邻管的管心距为44mm 。

管数的分程方法，每程各有传热管90根。

5、壳体径 采用多管程结构，进行壳体径估算。

取管板利用率η=0.75，则壳体径为：D= mm N T 71575.0/3403205.1/t 05.1=⨯=η 按卷制壳体的进级档，可取D=800mm 筒体直径校核计算：壳体的径i D 应等于或大于管板的直径，所以管板直径的计算可以决定壳体的径，其表达式为：i D =t （e n -1）+2e因为管子安正三角形排列：e n =203401.1N 1.1T == 取e=1.2*20=24mm所以i D =32*（20-1）+2*34=676mm 按壳体直径标准系列尺寸进行圆整：i D =800mm6、折流挡板 采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25*800=200取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3*800=240mm ，可取B 为240mm 。

折流板数目N=传热管长/折流板间距-1=7000/240-1=27 7、其他附件拉杆数量与直径选取，本换热器壳体径为800mm ，故其拉杆直径为12mm 最少拉杆数6。

8、接管壳程流体进出口接管：取接管液体流速为u=0.2m/s ，则接管径为203.02.014.39863600/002234u41=⨯⨯⨯==）（πVD圆整后可取管径为210mm管程流体进出口接管：取接管液体流体u=1 m/s ，则接管径为226.0114.39943600/4468144u 42=⨯⨯⨯==）（πVD圆整后可取管径为220mm 六、换热器核算 1、热流量核算（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算14.0r 55.0e 033.0P R 36.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=w e d μμλα当量直径m 02.0025.0025.04032.02344t 234220022=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ππππd d d e 壳程流通截面积：2o m 0420.032251800240t 1=⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=d BD S c壳程立体流速及其雷诺数分别为sm /20.00322.0)9863600/(00223u o =⨯=7.73031054.09862.002.0Re 30=⨯⨯⨯==-μρo e u d 普朗特数42.3662.01054.01019.4c Pr 33p =⨯⨯⨯==-λμ粘度校正1)(14.0≈wμμK m w o ⋅=⨯⨯⨯=23155.0/3.304642.37.1132002.0662.036.0α4.08.0Pr Re 023.0iii d λα=管程流体流通截面积：0267.0234002.0393.02=⨯⨯=i S管程流体流速： s m u i /5.10267.0)9943600/(446814=⨯=雷诺数： 40961)10728.0/(9945.102.0Re 3≈⨯⨯⨯=-普朗特数：85.4626.010728.010174.4Pr 3-3=⨯⨯⨯=K /662985.44096102.0626.0023.024.08.0⋅=⨯⨯⨯=m w i α（3）污垢热阻和管壁热阻：管外侧污垢热阻w k m R o /0004.02⋅= 管侧污垢热阻w k m R i /0006.02⋅= 管壁热按查得碳钢在该条件下的热导率为50w/(m ·K)。

所以w k m R w /00005.0500025.02⋅== （4） 传热系数e K 有：K/400304610004.05.222500005.020250006.020*******)1(12⋅≈⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯+⨯+⨯=++++=m w R d d R d d R d d K oo m o w i o i i i o e αα计算传热面积Ac ：2315.1455.28400101675.00m t K Q A m e c =⨯⨯=∆=该换热器的实际传热面积为：283.1863407025.014.3m lN d A T o p =⨯⨯⨯==π该换热器的面积裕度为%285.1455.14583.186=-=-=ccp A A A H传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

2.壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式ncnmc ww t T t αααα11++=计算。

由于该式中液体的平均温度m t 和气体的平均温度分别计算为 =m t 0.4×40+0.6×30=34℃ =m T (102+40)/2=71℃ ==i c αα6629w/㎡·K ==o h αα3046w/㎡·K 传热管平均壁温46=w t ℃壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=71℃。

壳体壁温和传热管壁温之差为 254671=-=∆t ℃。

因此，需选用固定板式换热器较为适宜。

3．换热器流体的流动阻力 （1）管程流体阻力 sp s r i t F N N p p p )(∆+∆=∆1=s N , 4=Np , 22u d l p i i i ρλ=∆由Re=40691，传热管对粗糙度0.01，查图得04.0=i λ，流速=1.5m/s,3/994m kg =ρ, 所以：Pap i 5.1565529945.102.0704.02=⨯⨯⨯=∆Pa u p r 75.335425.19943222=⨯⨯==∆ρζPa p 75.570305.12)75.33545.15655(1=⨯⨯+=∆管程流体阻力在允许围之。

（2）壳程阻力： 按式计算ss i o s N F p p p )(∆+∆=∆ ,1=s N ,1=s F流体流经管束的阻力2)1(2o B TC o o u N N Ff p ρ+=∆F=0.52419.05880005228.0=⨯=-o f203401.11.15.05.0=⨯==TTC N N29=B N sm /0.31u 0==∆o p 0.5×0.2419×39×(29+1)×231.09862⨯=6188.7Pa流体流过折流板缺口的阻力2)25.3(2oB i u D B N p ρ-=∆ , B=0.21m , D=0.7m pa p i 4.3984231.0986)7.021.025.3(292=⨯⨯⨯-⨯=∆总阻力=∆s p 6188.7+3984.4=10173.1Pa所以壳程流体的阻力适宜。