理
教 研 室
Qms1r
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2、平均温度差Δtm
山东轻工业学院
➢ 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·℃）
上海科
研 室
学技术出版社，编写组，1980年。
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十、对一些问题的说明
列管式换热器是目前化工生产中应用最
广泛的一种换热器，它的结构简单、坚
固、容易制造、材料范围广泛，处理能
化
力可以很大，适应性强。但在传热效率、
工 原 理
设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗 量等方面还稍次于其他板式换热器。此
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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（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
2.
t1 、t2 、tm 、ρ２ 、CP2 、μ2 、
化
λ2
工 原
2.
水蒸汽的物性数据
理 教
3.
Ts 、ρ１ 、γ１
研 4.
室
同温度下水的物性
5.
ρ 、μ 、λ
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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
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8. 管程进出口接管直径：选用无缝热 轧钢管（YB231-64）Φ152×4.5mm 长200mm。
9. 支座的公称直径Dg600mm，每个支
化
座承受的载荷为36.8吨，材料采用
工 原 理
A3F碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸 见讲义P117图4－28b，表4－28）
化 工
➢
Re du
原
理
教
➢查图可知λ
研
室
（化工原理上册P43图1－28）
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八、换热器尺寸及附属部件
1. 管间距： t＝32.5mm
2. 壳体直径：Φ600×10mm，内径D＝
580mm
化 工 原 理
3. 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 4. 管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m，
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研
理管内污垢，法兰尺寸见讲义P111－
室
115图4－63及表4－27。
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（5）管板与分程隔板的连接:采用单层隔板，隔 板材料与封头材料一致，厚度s＝10mm。（见 讲义P77表4－19）
化 工 原 理 教 研 室
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隔板 S 管板
S＋ 2
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工 原
➢ 不需要加折流挡板
理
教
研
室
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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
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
Q 1A T T W
化 工 原 理
TW
T
Q
1A
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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1、确定管程结构尺寸
➢管子规格
化
➢实际提供面积 Ad0Ln
工
原
理 教
➢余度
AA' 20%
研
A
室
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六、进出口管径
➢苯进口管、出口管
化 工
➢水蒸汽进口管径
原 理
➢冷凝水排出口
教
研
室
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1、苯进口管、出口管
➢ 取进口流速u1＝1m/s ➢ 进口直径
化 工 原 理
d 4V
u
教
研 室
➢选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ150×4.5mm，长200mm）
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2、水蒸汽进口管径
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➢ 蒸汽用量
GQ10.03 —富裕量3％
r
➢蒸汽体积流量 V＝Gν
化 工
➢取蒸汽流速u’＝20 m/s
原
理 教 研
D1
4V
u '
室 ➢选用无缝热轧钢管（YB231-64）
（Φ219×6mm，长200mm）
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3、冷凝水排出口
➢选用水煤气管 1 1 "
化
2
工
原 理
Φ42.25×3.25mm，长100mm
教
研
室
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七、校核流体压力降
➢ 管程总压力降
化
➢ 壳程压力降
工 原
壳程是饱和水蒸汽冷凝，
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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
➢n为水平管束垂直列上的管数
教 研
次设计所采用的固定管板式换热器是其
室
中最简单的一种。
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由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧
的对流传热系数大得多，根据壁温
总是趋近于对流传热系数较大的一
侧流体的温度实际情况，壁温与流
化 工
体温度相差无几，因此本次设计不
原 理
采用热补偿装置。
教
研
室
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➢参数说明
d i —— 管内径;
l —— 管长
化
Ft
—— 管程结垢校正系数， 三角形为1.5，
工 原
正方形为1.4；
理 教
N s —— 壳程数，1；
研 室
N p —— 一壳程的管程数，2 。
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λ 计算
➢取ε＝0.2mm，ε/d=0.01
教 研
10. 整个换热器采用卧式安装，安装图
室
见图纸2－1。
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九、参考资料
1. 《列管式换热器及其设计》（讲义）
山东轻工业学院，《化工原理教研
室》编，1987年。
化 工
2. 《化工原理》上册
化学工
原
业出版社，谭天恩主编，1990年。
理
教 3. 《基础化学工程》
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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