1、一、設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器設(shè)計(jì) 目錄任務(wù)書3 1.設(shè)計(jì)題目3 2.設(shè)計(jì)條件3 3.設(shè)計(jì)任務(wù)3設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介3設(shè)計(jì)原則3 1.滿足工藝和操作要求3 2.滿足經(jīng)濟(jì)上的要求3 3.保證安全生產(chǎn)4工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)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(shù)的計(jì)算6 （1）管側(cè)傳熱系數(shù)6 （2）殼側(cè)傳熱系數(shù)7 （3）污垢系數(shù)7 （4）總傳熱系數(shù)8管壁溫度8壓力損失的計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)結(jié)果一覽表14單殼程兩管程的浮頭式換熱器圖14對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述15任務(wù)書二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 1、設(shè)計(jì)任務(wù) 處理能力： 17噸/小時(shí) 設(shè)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(zhì)：循環(huán)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(shè)計(jì)內(nèi)容（一）、概述目前板式換熱器產(chǎn)品達(dá)到了一個(gè)成熟階段,憑借其高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì),在各行業(yè)領(lǐng)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(yōu)點(diǎn)(1)換熱效率高,熱損失小在最好的工況條件下,換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/m2K,在一般的工況條件下,換熱系數(shù)也可以在30004000W/m2K左右,是管殼式換熱器的35倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)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(shè)備本身體積外,不需要預(yù)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(shù)低流體在板

4、片間劇烈翻騰形成湍流,優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在,使得雜質(zhì)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(dāng)檢修、清洗時(shí),僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。(5)產(chǎn)品適用面廣設(shè)備最高耐溫可達(dá)180,耐壓2.0MPa,特別適應(yīng)各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面,在低品位熱能回收方面,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對(duì)腐蝕性的要求。當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn),比如工作壓力和工作溫度不是很高,限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于板片通道較小,也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介

5、質(zhì)。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(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對(duì)性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)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(duì)板片的腐蝕,并且設(shè)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(dá)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(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)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(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng),在板片波紋的作用下形成激烈的湍流,猶如用筷子攪動(dòng)杯中的熱水,加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動(dòng),湍流形成的大量換熱面與板片接觸,通過板片來(lái)進(jìn)行充分的熱傳遞,達(dá)到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的分割,或者通過大量的焊縫來(lái)保證,在換熱板片不開裂穿孔的情況下,冷熱介質(zhì)不會(huì)發(fā)生混淆。（二）、設(shè)計(jì)參數(shù)確定物性參數(shù)煤油的定性溫度： 密度 0780kg/m3 定壓比熱容 Cp02.20kJ/kg 熱導(dǎo)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(dǎo)率 i0.601W/ m 粘度 i0.955m Pas（三）、計(jì)算總傳熱系數(shù)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(jì)算平均溫差、校正系數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù) R= 按單殼程，偶數(shù)管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得 =0.96平均傳熱溫差tm=tm1=0.96X80.84=77.614、計(jì)算傳熱面積 求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350

8、 W/(.)左右，先取K值為300W/(.)計(jì)算由Q=KAtm 得 ()5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸在決定管數(shù)和管長(zhǎng)時(shí)，首先要選定管內(nèi)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(shè)所需單管程數(shù)為n，選用 25mmX2傳熱管（碳鋼）的內(nèi)徑為0.021m，從管內(nèi)體積流量Vi=計(jì)算求得n=33根按單程計(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為 L=選用4.5m長(zhǎng)的管，4管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)根。查附錄十九得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)初選固定管板式換熱器的主要參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)500mm管尺寸 25mmX2.5管程數(shù)Np（N）4管長(zhǎng)l（L）4.5m管數(shù)n144管排

9、列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc15管心距32mm管程流通面積Si0.0125 m傳熱面積49.7m 可對(duì)數(shù)據(jù)做如下核算：（1）每程的管數(shù)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(shù)據(jù)稍大，這是由于管長(zhǎng)的一下部分要用于在管板上固定管子，應(yīng)以A=49.7m為準(zhǔn)。（3）中心排管數(shù)nc=1.1 =1.1，差別不大可取表中的15根。5、阻力損失計(jì)算（1）管程管程流體流速 = (m/s)Re=摩擦系數(shù) 傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 W/(m.)管程流動(dòng)阻力 上式中：，,1.4， 由Re=33608傳熱管相對(duì)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(jì)算截面積 =m/sReo=Reo500摩擦系數(shù) 折流擋板數(shù) 殼程阻力損失 流經(jīng)管束的阻力，,m/s F=0.5 故 （Pa） 流體流經(jīng)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(shè)計(jì)壓力30KPa，壓力降合適。6、傳熱計(jì)算（1）管程給熱系數(shù)。以上已算出Re=33608計(jì)算Pr= （2）殼程=0.36RPr()Reo=6185普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=粘度校正 ()1故 =0.36XX6185X8.545 =494W/(.)傳熱系數(shù)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(jīng)過改動(dòng)后，可以適用。（四）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：49.7工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)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(shù)，w/k317.5對(duì)流傳熱系數(shù)，w/k5240494污垢系數(shù)，k/w0.000210.00018阻力將，Pa6523012841程數(shù)41使用

12、材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù) 144管長(zhǎng)，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(nèi)徑，mm500保溫層厚度，mm項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)500mm管尺寸 25mmX2管程數(shù)Np（N）4管長(zhǎng)l（L）4.5m管數(shù)n144管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc13管心距32mm管程流通面積Si0.0125 m傳熱面積49.7m結(jié)束語(yǔ)化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)個(gè)人綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 在換熱器的設(shè)計(jì)過程中,我感覺我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升，主要有以下幾點(diǎn)： (1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力； (2)樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力； (3)培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力； (4)學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。從設(shè)計(jì)結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因?yàn)槊河偷某隹跍囟仍龈撸偟膫鳠釡夭钕陆?，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(yīng)增大.通過這個(gè)