1、一、設計題目： 列管式換熱器設計 目錄任務書3 1.設計題目3 2.設計條件3 3.設計任務3設計方案簡介3設計原則3 1.滿足工藝和操作要求3 2.滿足經濟上的要求3 3.保證安全生產4工藝計算及主體設備設計計算及選型4 1.流體定性溫度的確定4 2.估算傳熱面積4 3.選定換熱器的概略尺寸5 4.折流板5 5.總傳熱系數的計算6 （1）管側傳熱系數6 （2）殼側傳熱系數7 （3）污垢系數7 （4）總傳熱系數8管壁溫度8壓力損失的計算8 1.殼程的壓力損失8 2.管程的壓力損失9換熱器的結構設計9 1.管束及管殼分程9 2.傳熱管10 3.管子布置10 4.管板11 5.管子與管板的連接11

2、 6.管板與殼體的連接11 7.折流板11 8.殼體直徑及厚度12 9.管子在管板上的固定方法13 10.主要附件13 11.材料選用13設計結果一覽表14單殼程兩管程的浮頭式換熱器圖14對設計的評述15任務書二、設計任務及操作條件 1、設計任務 處理能力： 17噸/小時 設備型式： 固定管板式換熱器 2、操作條件（1）煤 油：入口溫度 160 出口溫度 60 （2）冷卻介質：循環水入口溫度 15 出口溫度 28 （3）允許壓降：管程不大于0.1MPa 殼程不大于30KPa三、設計內容（一）、概述目前板式換熱器產品達到了一個成熟階段,憑借其高效、節能、環保的優勢,在各行業領域中被頻繁使用,并被

3、用以替換原有管殼式和翅片式換熱器,取得了很好的效果。板式換熱器的優點(1)換熱效率高,熱損失小在最好的工況條件下,換熱系數可以達到6000W/m2K,在一般的工況條件下,換熱系數也可以在30004000W/m2K左右,是管殼式換熱器的35倍。設備本身不存在旁路,所有通過設備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進行充分的換熱。完成同一項換熱過程,板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/31/4。(2)占地面積小重量輕除設備本身體積外,不需要預留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0.60.8mm。同樣的換熱效果,板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3)污垢系數低流體在板

4、片間劇烈翻騰形成湍流,優秀的板片設計避免了死區的存在,使得雜質不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4)檢修、清洗方便換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當檢修、清洗時,僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進行沖刷清洗。(5)產品適用面廣設備最高耐溫可達180,耐壓2.0MPa,特別適應各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設備食品消毒等方面,在低品位熱能回收方面,具有明顯的經濟效益。各類材料的換熱板片也可適應工況對腐蝕性的要求。當然板式換熱器也存在一定的缺點,比如工作壓力和工作溫度不是很高,限制了其在較為復雜工況中的使用。同時由于板片通道較小,也不適宜用于雜質較多,顆粒較大的介

5、質。板式換熱器的類型及工作原理板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式;按照密封墊可以分為粘結式和搭扣式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結式還是搭扣式密封墊而有所不同,采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕,并且設備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器,可以達到250、2.5MPa。因此同樣是板式換熱器,因其形式的多樣性,可以應用于較為廣泛的領域,在大多數熱交換工藝過程都可以使用。 雖然板式換熱器有

6、多種形式,但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力將換熱板片夾緊組裝在一起,介質通過換熱板片上的通孔在板片表面進行流動,在板片波紋的作用下形成激烈的湍流,猶如用筷子攪動杯中的熱水,加大了換熱的面積。冷熱介質分別在換熱板片的兩側流動,湍流形成的大量換熱面與板片接觸,通過板片來進行充分的熱傳遞,達到最終的換熱效果。冷熱介質的隔離主要通過密封墊的分割,或者通過大量的焊縫來保證,在換熱板片不開裂穿孔的情況下,冷熱介質不會發生混淆。（二）、設計參數確定物性參數煤油的定性溫度： 密度 0780kg/m3 定壓比熱容 Cp02.20kJ/kg 熱導率 00.138W/m 粘度 00.536mPas 水

7、的定性溫度： 密度 i997.7kg/m3 定壓比熱容 Cpi4.183kJ/kg 熱導率 i0.601W/ m 粘度 i0.955m Pas（三）、計算總傳熱系數1、熱流量 kJ/h=1038.8 KW平均傳熱溫差tm1=(t1-t2)/(t1/t2)=(132-45)/(132/45)式中： , 求得2、 冷卻水用量 (kg/h)3、流計算平均溫差、校正系數平均傳熱溫差校正系數 R= 按單殼程，偶數管程結構，溫差校正系數查有關圖表，可得 =0.96平均傳熱溫差tm=tm1=0.96X80.84=77.614、計算傳熱面積 求傳熱面積需要先知道K值，根據資料查得煤油和水之間的傳熱系數在350

8、 W/(.)左右，先取K值為300W/(.)計算由Q=KAtm 得 ()5、工藝結構尺寸在決定管數和管長時，首先要選定管內流速ui，按書中表6-1冷卻水走管程的流速為13.5 m/s，取流速為ui=1.7m/s，設所需單管程數為n，選用 25mmX2傳熱管（碳鋼）的內徑為0.021m，從管內體積流量Vi=計算求得n=33根按單程計算，所需傳熱管長度為 L=選用4.5m長的管，4管程，則一臺換熱器的總管數根。查附錄十九得相近固定管板式換熱器的主要參數初選固定管板式換熱器的主要參數項目數據項目數據殼徑D(DN)500mm管尺寸 25mmX2.5管程數Np（N）4管長l（L）4.5m管數n144管排

9、列方式正三角形排列中心排管數nc15管心距32mm管程流通面積Si0.0125 m傳熱面積49.7m 可對數據做如下核算：（1）每程的管數你，管程流通面積，與查的的0.0125 m十分接近。（2）傳熱面積A=n=，比查得的數據稍大，這是由于管長的一下部分要用于在管板上固定管子，應以A=49.7m為準。（3）中心排管數nc=1.1 =1.1，差別不大可取表中的15根。5、阻力損失計算（1）管程管程流體流速 = (m/s)Re=摩擦系數 傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.)管程流動阻力 上式中：，,1.4， 由Re=33608傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.)，流速 (m/s)， k

10、g/m，所以（Pa）（Pa） （Pa）0.6MPa （2）殼程取折流板間距h=0.2m計算截面積 =m/sReo=Reo500摩擦系數 折流擋板數 殼程阻力損失 流經管束的阻力，,m/s F=0.5 故 （Pa） 流體流經折流板口的阻力 上式中：h=0.2m,D=0.5 m故 （Pa）總阻力 （Pa）總的阻力損失大于10KPa小于設計壓力30KPa，壓力降合適。6、傳熱計算（1）管程給熱系數。以上已算出Re=33608計算Pr= （2）殼程=0.36RPr()Reo=6185普蘭特準數Pr=粘度校正 ()1故 =0.36XX6185X8.545 =494W/(.)傳熱系數K K= = =317

11、.5W/(.)傳熱面積AA=（m）與換熱器列出的面積A=49.7比較，有17.9%的裕度。從阻力損失和傳熱面積的核算看，原選的換熱器經過改動后，可以適用。（四）換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：49.7工藝參數名稱管程殼程物料名稱循環水油操作壓力，MPa0.10.03操作溫度，15/2860/160流量，kg/h6877717000流體密度，kg/997.7780流速，m/s1.530.17傳熱量，kw1038.8總傳熱系數，w/k317.5對流傳熱系數，w/k5240494污垢系數，k/w0.000210.00018阻力將，Pa6523012841程數41使用

12、材料碳鋼碳鋼管子規格管數 144管長，mm4500管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm200切口高度25%殼體內徑，mm500保溫層厚度，mm項目數據項目數據殼徑D(DN)500mm管尺寸 25mmX2管程數Np（N）4管長l（L）4.5m管數n144管排列方式正三角形排列中心排管數nc13管心距32mm管程流通面積Si0.0125 m傳熱面積49.7m結束語化工原理課程設計是培養個人綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練，也起著培養學生獨立工作能力的重要作用。 在換熱器的設計過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： (1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數據(包括從已發表的文獻中和從生產現場中搜集)的能力； (2)樹立了既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力； (3)培養了迅速準確的進行工程計算的能力； (4)學會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。從設計結果可看出，若要保持總傳熱系數，溫度越大、換熱管數越多，折流板數越多、殼徑越大，這主要是因為煤油的出口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應增大.通過這個