目录一、方案简介 (1)二、方案设计 (2)1、确定设计方案 (2)2、确定物性数据 (2)3、计算总传热系数 (3)4、计算传热面积 (3)5、工艺结构尺寸 (4)6、换热器核算 (5)三、设计结果一览表 (8)四、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸） (8)五、参考文献 (9)六、主要符号说明 (9)七、心得体会 (10)附图··········································································本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。
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。
某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从100℃冷却到45℃。
处理能力为1.5×105吨/年。
冷却介质采用自来水，入口温度30℃，出口温度40℃。
要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa 。
试设计能完成上述任务的列管式换热器。
（每年按330天，每天24小时连续运行）1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度100℃，出口温度45℃冷流体。
冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。
（2）流动空间及流速的确定由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。
另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。
同时，在此选择逆流。
选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。
2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程硝基苯的定性温度为：℃＝＋＝5.72245100T 管程流体的定性温度为： ℃＝＋＝3524030t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
硝基苯在72.5℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo =1153 kg/m 3定压比热容 c po =1.559kJ/(kg ·℃) 导热系数 λo ＝0.129 W/(m ·℃) 粘度 μo =0.000979 Pa ·s冷却水在35℃下的物性数据： 密度 ρi =994.3kg/m 3 定压比热容 c pi =4.24 kJ/(kg ·℃) 导热系数 λi =0.618 W/(m ·℃) 粘度 μi =0.000818 Pa ·s3．计算总传热系数（1）热流量热流体的流量 W o =1.5×105×1000÷330÷24≈18939kg/h热流量 Q o =W o c po Δt o =18939×1.559×(100-45)=1623925 kJ/h=451kW（2）平均传热温差逆流操作硝基苯： 100℃→45℃水： 40℃←30℃℃5.32304540100ln )3040()45-100(ln 't 2121≈----=∆∆∆-∆=∆t t t t m （3）冷却水用量h g Q W O /k 38300304024.41623925t c i pi i =-⨯=∆=）（ （4）总传热系数K管程传热系数12155000818.03.9945.002.0p u d iii i e =⨯⨯==μR4.0ii pi 8.0i i i i i i i c p u d d 023.0）（）（λμμλα=4.038.0618.0000818.0104.241215502.0618.0023.0）（⨯⨯⨯⨯⨯=℃）（⋅=m /1.2625W4、计算传热面积 壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=398 W/(m 2·℃)；23m ''87.345.320.39810451t m K Q S =⨯⨯=∆=考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S''=1.15×34.87=40.1m 25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s ，选用管长为3m （2）管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数根实1703025.014.31.40l d o s =⨯⨯==πA N按单程管计算其流速为s m W /2.0417002.014.3)3.9943600/(383004n d 3.9943600/u 2s 2i i =⨯⨯⨯=⨯=π）（ 按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。
则该换热器管程数为22.05.0u u i p ≈==N (管程)传热管总根数 N=340 (根)（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数5.5304045100=--=R14.0301003040=--=P按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。
可得95.0t =∆φ 平均传热温差℃9.305.3295.0t 't m =⨯=∆⋅=∆∆m t φ（4）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，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25 d 0，则t=1.25×25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线的管数根213.203401.1≈==C N（5）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为mm 5.7407.03403205.1t05.1=⨯==ηND 圆整可取D ＝740mm （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径的25％，则切去的圆缺高度为h ＝0.25×740＝185mm ，故可取h ＝185mm 。
取折流板间距B ＝0.3D ，则B ＝0.3×740＝222mm ，可取B 为222。
折流板数 N B =传热管长/折流板间距-1=3000/222-1=12块 折流板圆缺面水平装配。
（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u ＝1.0 m/s ，则接管内径为m 076.00.114.311533600/189394u 4d 1≈⨯⨯⨯=⋅=）（πV取标准管径为76mm ×2.5mm 。
管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u ＝1.5 m/s ，则接管内径为m 095.05.114.33.9943600/383004d 2=⨯⨯⨯=）（取ф108mm ×5mm 无缝钢管。
6．换热器核算 （1）热量核算①壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式14.0w3/155.0oeo r e d 36.0）（μμλαP R = 当量直径，由正三角形排列得m 020.0025.014.3)025.04032.023(4)423(42222=⨯-⨯=-=πππo o e d d t d 壳程流通截面积 m 0359.0032.0025.01740.0222.0t d 1o o =-⨯⨯=-=）（）（BD S壳程流体流速及其雷诺数分别为2991000979.01153127.002.0e /m 127.00359.011533600/18939u o o =⨯⨯==⨯=R s）（普兰特准数8.11129.0000979.010559.1r 3=⨯⨯=P粘度校正 114.0w≈）（μμ ℃）（⋅=⨯⨯⨯⨯=23/155.0o m /43118.11299102.0129.036.0W α ②管程对流传热系数4.08.0iii r e d 023.0P R λα=管程流通截面积22i m 0543.02/34002.0)4/14.3(=⨯⨯=S 管程流体流速1.4862000818.03.9942.002.0Re s/m 2.00543.03.9943600/38300u i i =⨯⨯==⨯=）（普兰特准数℃）⋅=⨯⨯⨯==⨯⨯=24.08.0i 3/(1.12606.51.486202.0618.0023.06.5618.0000818.01024.4r m W P α ③传热系数K污垢热阻Rsi=0.000344 m 2·℃/W , Rso=0.000172 m 2·℃/W 管壁的导热系数λ=45 W/(m ·℃)℃）（＋＋＋＋＋＋＋＋⋅=⨯⨯⨯⨯==2oso m o i o i i i o m /5.2514311000172.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.01.1260025.011d bd d d d d 1W R R K αλα④传热面积S23m ''2.555.3225110451t m K Q S =⨯⨯=∆=该换热器的实际传热面积Sp2o p m 5.78340)06.03(025.014.3l d ≈⨯-⨯⨯==N S π 该换热器的面积裕度为%422.552.555.78%100''p =-=⨯-=SS S H传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
（2）换热器内流体的压力降①管程流动阻力∑ΔPi=(ΔP 1+ΔP 2)FtNsNp Ns=1, Np=2, Ft=1.52u 2u d l 222i1⋅=∆⋅=∆ρξρλP P ， 由Re ＝4862.1，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi ＝0.031W/m ·℃，流速u i ＝0.2m/s ，ρ＝994 .3kg/m3，所以a k 10a 6.45625.17.595.92a7.5922.03.9943a 5.9222.03.99402.03031.0i 2221P P P P P P P ＜）（=⨯⨯+=∆=⨯⨯=∆=⨯⨯⨯=∆∑ 管程压力降在允许范围之内。