目录设计目录 (1)一设计任务书 (3)二物性参数的确定 (4)三设计方案的确定 (4)1选择换热器的类型 (4)2流程安排 (5)四估算传热面积 (5)1换热器的热负荷 (5)2平均传热温差 (6)3传热面积 (6)五工程结构尺寸 (7)1管径和管内的流速 (7)2管程数和传热管数 (7)3平均传热温差校正及壳程数 (7)4传热管排列和分程方法 (8)5管体内径 (8)6折流板 (8)7其它附件 (9)8接管 (9)六换热器的核算 (9)1传热能力的核算 (9)①管程传热膜系数 (9)②污垢热住和关闭热阻 (10)③壳程对流传热膜系数α (10)④总传热系数K (11)⑤传热面积裕度 (11)2换热器内流体的流动阻力 (12)校核①管程流体的阻力②壳程流体的阻力七换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 (13)八设备参数的计算 (14)1壳体壁厚 (14)2接管法兰 (15)3设备法兰 (15)4封头管箱 (15)5设备法兰用垫片 (15)6管法兰用垫片 (16)7管板 (16)8支垫 (16)9设备参数总表 (16)九参考文献 (17)十学习体会与收获 (18)十一重要符号说明 (20)一.设计任务书化工原理课程设计任务书专业过程装备与控制工程班级姓名设计题目循环水冷却器设计设计条件1设备处理量74T/h2循环水入口温度55 摄氏度出口温度40摄氏度3冷却水入口温度20 摄氏度出口温度40摄氏度4常压冷却热损失5%5两侧污垢的热阻0.00017(m2℃)/W6初设k= 900W/(m℃)设计要求1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明2根据所选换热器患处设备装配图指导教师二计算物性参数1、定性温度下两流体的物性参数（1）循环水定性温度t m=47.5℃密度ρh=989.1kg/m3；比热容C ph=4.174kJ/(kg.℃导热系数λh=0.6443W/(m℃)粘度μh=0.0005Pa.s(2) 冷却水定性温度t m=25℃密度ρi=996.9kg/m3比热容C pi=4.179kJ/(kg.℃)导热系数λi=0.6083W/(m.℃)粘度μi=0.0009025Pa.s三设计方案的确立1.选择换热器类型：固定管板式换热器固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间温差太大而产生不用的膨胀时，常会使管子与管板的借口脱开，从而发生介质的泄露。
为此常在外壳上焊一膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。
由此可见，固定管板式换热器比较适合用于温度不大或较大但壳程压力不高的场合，所以此设计易选用固定管板式换热器。
固定管板式换热器2.流程安排:由于是常温冷却，并且循环水相对比较洁净，所以选择循环水走管间,冷却水走管内，既有利于冷却水冷却效率，也可借助于外界温度加速循环水冷却。
四．估算传热面积1.换热器的热负荷：t c m Q pi i ∆==74000×4.174×（55-40）×95％=4.401×610kg/h=1222.5kw 2.平均传热温差（对流传热）：冷却水用量：h kg t c Q w i pi i /3.105312)2030(179.410401.46=-⨯⨯=∆=3.传热面积：2359.6042.22900105.1222m t K QS m =⨯⨯='∆= 考虑15%的面积裕度：28.6915.159.60m S =⨯=五. 工程结构尺寸C t t t m. 22.5 2 1 '= 2 ∆ + ∆ = ∆1.管径和管程流速：s m u i /2.15.225=⨯传热管，取管内流速选用φ2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程管传热管数按单管程计算，传热总管长度为：m n d s 46.1178025.014.38.69S L =⨯⨯== π现在取传热管长m l 6=，则该换热器的管程数为：（管程）2646.11≈==l L N p传热管总跟数：N=78⨯2=156（根）3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数0.420-5520-30P 1.520-3040-55R ====按单壳程双管程结构，查表得：) ( 78 102 . 0 875 . 0 3600 9 . 996 / 3. 4 2 2 根 = ⨯ ⨯ ⨯ = u d V n i s π82.0t =∆ϕ平均传热温差：Cm m 38.1842.2282.0t t 't =⨯=∆=∆∆ϕ4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列，取管心距 1.25dt = 则t=1.25×25=31.25≈32（mm ）隔板两侧相邻管心距为：)(44mm a c =通过管束中心线的管数：)(1515619.119.1根===N n c5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率7.0=η，则壳体内径为： )(6.5017.0/1563205.1N1.05t D mm =⨯==η圆整可取：D=600（mm ）6.折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%，则切去的圆缺高度为：h=0.25×600=150（mm ）取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3×600=180（mm ）取B=200（mm ） 折流板数：（块）折流板间距传热管长2912006001=-=-=B N7.附件：选取拉杆直径为12mm ，拉杆数量为4根，壳程入口应设置防冲挡板。
8.接管管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s则接管内径：m u V d 137.0214.336009.996/3.10531244=⨯⨯⨯==π 壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s则接管内径；m u V d 115.0214.336001.989/7400044=⨯⨯⨯==π 所以取标准管：壳程接管：5.4127⨯φ，管程接管：5.4146⨯φ。
六. 换热器的核算1.传热能力核算①管程传热膜系数：4.08.0Pr Re 23.0i i i d λα= 管程流速截面积：222295.0215602.0075.04m N N d S p t i i =⨯⨯=∙∙=π管程流体速度：s m u i /995.00295.09.99636003.105312=⨯=2196910903.09.996995.002.03=⨯⨯⨯=-e R2.66083.010903.010179.433=⨯⨯⨯=-r PC m W i ⋅=⨯⨯⨯=24.08.0/1.43172.62196902.06083.0023.0α②污垢热阻和管壁热阻污垢热阻：R si =0.00017 ( m 2℃)/WR so =0.00017 (m 2℃)/W管壁导热系数：C m W ⋅=/50λW C m R /00005.0500025.0 ⋅==ω③壳程对流传热膜系数：14.03155.000)(Pr Re 36.0wed μμλα=md e 020.0025.014.3)025.0785.0032.023(422=⨯⨯-⨯=m S 02625.0)032.0025.01(60.020.0=-⨯=sm u /792.002625.01.989360074000=⨯= 24178000648.01.989792.0020.0Re 0=⨯⨯=20.46443.010648.010174.4Pr 33=⨯⨯⨯=-粘度校正1)/(14.0≈w μμ)℃W /(m 3.481912.42417802.06443.036.023155.00=⨯⨯⨯⨯=α④总传热系数K ：C m W R d bd d d R d d K s i i si i i⋅=++÷⨯++⨯=++++=2/4.10693.4819100017.00225.050025.00025.0020.0025.000017.0020.01.4317025.0111αλα ⑤传热面积：2320.6238.184.1069105.1222m t K Q S m =⨯⨯=∆=实际传热面积：248.731566025.014.3mLN d S t p =⨯⨯⨯== π面积裕度：%14.18%10020.6220.6248.73%100=⨯-=⨯-=SS S H p2换热器内流动的流动阻力 ①管程流动阻力：pstiNN F P P P )(21∆+∆=∆∑1=s N 2=p N 5.1=t F2,22221u P u d l P i ρξρλ=∆⋅=∆由Re=21982,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄 图得λi =0.033w/m ·o c μi =0.995m/s ρ=996.9kg/m 3, 所以△P 1=0.033×（6/0.02）×（0.9952×996.9/2)=4885.43Pa △P 2=ξρμ2/2=3×996.9×0.9952/2=1480.43PaPa P i58.1909725.1)43.148043.4885(=⨯⨯+=∆∑管程流动阻力在允许范围之内 。
②壳程阻力：Σ△P 0=（△P 1'+△P 2'）F t N s F t =1 N s =1流体经管束的阻力：△P1'=Fƒ0n c(N B+1)ρμ2/2F=0.5 ƒ0=5×24178-0.228=0.5007n c=15N B=29 μ0=0.792m/s△P0=0.5×0.5007×15×(29+1)×0.7922×989.1/2=34947.2Pa 流体经过折流板缺口的阻力损失：△P2=N B(3.5-2B/D)μ2ρ/2 B=0.20 D=0.60 △P2=29(3.5-2×0.2/0.6)×0.7922×989.1/2=25459.2Pa 总阻力损失：△P总=34947.9+25459.2=60407.1Pa壳程流动阻力在允许范围内。
七.换热器主要结构尺寸和计算结果表管程壳程流率kg/h 74000 1108680.6温度℃进/出20/30 55/40压力MPa <1.6 <1.6物性定性温度℃25℃47.5℃密度kg/m3996.9 989.1热容kJ/(kg.℃)40719 4.174 粘容Pa.s90.25×10-564.8×10-5导热系数60.83×10-564.43×10-5八.设备参数计算1. 壳体壁厚S ，c =PD i /2[&]tΦ-P=1.6×600/2×113×0.9-1.6=4.76mm C=1.24mm S c=S c ，+C=6mm2. 接管法兰W/(m ℃)普兰特数 6.32 3.74设 备 结构参数 型式固定管板式台数 1 壳体内径mm 600壳层数 1 管径 Φ25×2.5 管心距 32 管长 6000 管子排列 △ 管数目（根） 156折流板数 29 传热面积m 2 62.20 折流板距 200 管程数 2材质碳钢 接管壳程内径Φ127×4.5接管管程内径Φ146×4.5主要计算结果 管程 壳程 流速m/s 0.995 0.792 传热膜系数w/m 2·℃ 4317.1 4819.3 污垢热阻m 2·℃/w0.00017 0.00017 阻力损失 0.0190.025热负荷kw 1222.5 传热温差℃ 18.38传热系数w/m 2·℃1069.4 裕度18.14％Dg管子 平焊法兰 螺栓焊缝 d HSDD 1D 2fb d 重量（kg ） 数量 直径K H 125 133 4 235 200 178 3 10 18 1.98 8 M16 56 150 159 4.5 260 225 202 31218 2.62 8 M16562. 设备法兰Dg D D D D D b a a d 规格 数量 法兰重量 600 730 690 655 645 643 40 151323M202835.14.封头管箱封头：以外径为公称直径的椭圆形封头公称直径Dg 曲面高度h 1 直边高度h 2 内表面积F（m 2） 容积v （m 3） 600 150400.464 0.3965.设备法兰垫片（橡胶石棉板）公称直径Dg垫片内径d 公称压力F(m 2) 垫片外径D 600 615166556.管法兰用垫片法兰公称压力Mpa 介质温度密封面型式 垫片名称 材料 冷却水 ≤1.6 ≤60 光滑橡胶垫片 橡胶板 循环水≤1.6 ≤60光滑橡胶垫片橡胶板7. 管板管板厚度30，长度666，材料为16MnR。