急求列管式换热器的课程设计

2025-04-02 11:39:23

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回答1：

某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 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140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。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。壳程油的定性温度为(℃)管程流体的定性温度为(℃)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90℃下的有关物性数据如下：密度　　 ρo=825 kg/m3定压比热容　　 cpo=2.22 kJ/(kg·℃)导热系数　　 λo=0.140 W/(m·℃)粘度　　 μo=0.000715 Pa·s循环冷却水在35℃下的物性数据：密度　　 ρi=994 kg/m3定压比热容　　 cpi=4.08 kJ/(kg·℃)导热系数　　 λi=0.626 W/(m·℃)粘度　　　　 μi=0.000725 Pa·s3．计算总传热系数（1）热流量 Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW)（2）平均传热温差 (℃)（3）冷却水用量 (kg/h)（4）总传热系数K 管程传热系数

W/(m·℃)壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；污垢热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W管壁的导热系数λ=45 W/(m·℃)

=219.5 W/(m·℃)
4．计算传热面积 (m2)考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。 5．工艺结构尺寸（1）管径和管内流速选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。（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
按单程管计算，所需的传热管长度为(m)按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为(管程)传热管总根数 N=58×2=116(根)（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数

第2章换热器设计按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得φΔt=0.82平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.82×39=32(℃)（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 d0，则 t=1.25×25=31.25≈32(mm)横过管束中心线的管数(根)（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)圆整可取D＝450mm （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＝0.25×450＝112.5(mm)，故可取h＝110 mm。取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×450＝135(mm)，可取B为150。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u＝1.0 m/s，则接管内径为
取标准管径为50 mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径为
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，可采用凯恩公式当量直径，由正三角形排列得 (m) 壳程流通截面积 (m) 壳程流体流速及其雷诺数分别为
普兰特准数
粘度校正 W/(m2·℃) ②管程对流传热系数管程流通截面积(m2) 管程流体流速
普兰特准数W/(m2·℃) ③传热系数K

=310.2 W/(m·℃)④传热面积S(m2)该换热器的实际传热面积Sp( m2)该换热器的面积裕度为
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（2）换热器内流体的流动阻力 ①管程流动阻力 ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5
由Re＝13628，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi＝0.037 W/m·℃，流速ui＝0.497 m/s，ρ＝994 kg/m3，所以
管程流动阻力在允许范围之内。 ②壳程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNsNs＝l，Ft＝l流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力
总阻力∑ΔPo＝1202＋636.2＝1838.2(Pa)＜10 kPa壳程流动阻力也比较适宜。 ③换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13。表2-13换热器主要结构尺寸和计算结果

换热器形式：固定管板式管口表换热面积（m2）:48 符号尺寸用途连接型式工艺参数 a DN80 循环水入口平面名称管程壳程 b DN80 循环水出口平面物料名称循环水油 c DN50 油品入口凹凸面操作压力，MPa 0.4 0.3 d DN50 油品出口凹凸面操作温度，℃ 29/39 140/40 e DN20 排气口凹凸面流量，kg/h 32353 6000 f DN20 放净口凹凸面流体密度，kg/m3 994 825 附图
流速，m/s 0.497 0.137 传热量，kW 366.7 总传热系数，W/m2·K 310.2 传热系数，W/m2·K 2721 476 污垢系数，m2·K/W 0.000344 0.000172 阻力降，MPa 0.00173 0.00184 程数 2 1 推荐使用材料碳钢碳钢管子规格 ф25×2.5 管数116 管长mm:6000 管间距，mm 32 排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm 150 切口高度25% 壳体内径，mm 450 保温层厚度，mm 热交换设备 http://www.longpai.com.cn/chanpin/Default_1_1.html

回答2：

列管式换热器设计第一节推荐的设计程序一、工艺设计 1、作出流程简图。
2、按生产任务计算换热器的换热量Q。
3、选定载热体，求出载热体的流量。
4、确定冷、热流体的流动途径。
5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。
6、初算平均传热温度差。
7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。
8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。
9、核算Ｋ。
10、校核平均温度差D 。
11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。
12、管程和壳程压力降的计算。二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力计算。
更多信息：杭州力强环保节能科技有限公司http://www.lqkeji.net/bbs/Show.asp?id=103&BoardID=18&TB=1

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