1、化工原理课程设计管壳式换热器的选型一.设计任务书1. 已知热流体热量已知热流体热量 ，温度，温度 、 ， 冷却介质冷却介质 温度温度2. 确定换热面积及选定换热器确定换热面积及选定换热器3. 选用一台合适的离心泵选用一台合适的离心泵1t1mq1T2Tqm1T1qm1T2t1t2二.设计步骤1.求出换热器的热流量求出换热器的热流量2.作出适当的选择并计算作出适当的选择并计算mt 3.根据经验估计传热系数根据经验估计传热系数 ，计算传热面积，计算传热面积估估KA4.计算冷、热流体与管壁的计算冷、热流体与管壁的 5.压降校核压降校核6.计算传热系数，校核传热面积计算传热系数，校核传热面积7. 选用一
2、台合适的离心泵选用一台合适的离心泵8. 实例实例三三. . 设计结果设计结果 换热器的型号换热器的型号 离心泵的型号离心泵的型号 流程安排流程安排.求出换热器的热流量求出换热器的热流量根据已知条件根据已知条件 、 、 、 、 ，求求 2111TTCqQpm 1T2T2Cp1Cp1mqQ.作出适当的选择并计算作出适当的选择并计算mt 流向的选择流向的选择确定确定冷却介质冷却介质出口温度出口温度 ，求对数平均推动力，求对数平均推动力对对 进行进行 修正修正2t 22112211lntTtTtTtTtm 逆逆逆逆mt 2121ttTTR 1212tTttP 查图得到查图得到 逆逆mmtt 一般逆流优
3、于并流一般逆流优于并流.根据经验估计根据经验估计传热系数传热系数 ， 计算传热面积计算传热面积估估KA 逆逆估估估估mmtAKTTCpq 2111根据根据 初选初选换热器换热器估估A.计算冷、热流体与管壁的计算冷、热流体与管壁的确定冷、热流体走管程或壳程确定冷、热流体走管程或壳程确定管内流速确定管内流速根据所选换热管确定根据所选换热管确定管子的排列管子的排列目前我国国标采用目前我国国标采用 和和mmmm5 . 225 mmmm219 管长管长 有有1.5、2、3、4.5、6、9mlPiviNndqu2785. 0 nPN核定管壳式换热器内常用流速范围核定管壳式换热器内常用流速范围管程数管程数管
4、子数管子数折流挡板折流挡板安装折流挡板的目的安装折流挡板的目的是为了提高管外是为了提高管外国标挡板间距：国标挡板间距：取壳体内径的取壳体内径的20%和和25%固定管板式：固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm 浮头式：浮头式：100、150、200、250、300、350、450 （或（或480）、）、600mm装有圆缺折流板的列管换热器 圆缺折流板管板对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度管程给热系数管程给热系数i 1000Re 4 . 03 . 08 . 0023. 0 CpuddiiiinNdquPivi 2785. 08 . 0
5、PiN 若若 ，则改变管程数重新计算或重新估计，则改变管程数重新计算或重新估计估估Ki 估估K物性系数在定性温度下物性系数在定性温度下求得求得14. 0 m 壳程给热壳程给热系数系数2000Re 36. 00 ed 55. 0Re31Pr14. 0 w 200010Re 5 . 00 ed 507. 0Re31Pr14. 0 w 若若 太小，则可减少挡板间距太小，则可减少挡板间距0 当量直径当量直径de.压降校核压降校核 管程阻力校核管程阻力校核23iPttuNfdlP :PN:tf3PtNP 允允PPt 管程数管程数管程结垢校正系数，对三角形排列取管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5，正方
6、形排列取正方形排列取1.4改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面的损失的损失必须调整管程数目重新计算必须调整管程数目重新计算 壳程阻力损失壳程阻力损失允允PPs 225 . 31200ufDBNNNFfPsBBTCs 可增大挡板间距可增大挡板间距:0u:BN:TCN:B:D:F:0f折流板数目折流板数目横过管束中心线的管子数横过管束中心线的管子数折流板间距折流板间距壳体内径壳体内径按壳程流动面积按壳程流动面积 计算所得的壳程流速计算所得的壳程流速 00dNDBATC 管子排列形式对压降的校正系数管子排列形式对压降的校正系数壳程流体摩擦系数壳程流体摩擦系数.
7、计算传热系数计算传热系数 校核传热面积校核传热面积根据流体的性质选择适当的根据流体的性质选择适当的 垢层热阻垢层热阻R0111 RKi估估mtKQA 计计ldNAT0 25. 110. 1 计计AA否则重新估计否则重新估计 ，重复以上计算，重复以上计算估估K 冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度口温度C 453CaCO3MgCOoptt2Ctm 10 根据一般经验过程要有一定的推动力，根据一般经验过程要有一定的推动力， 冷却介质若是工业用水，含有冷却
8、介质若是工业用水，含有 、 等等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于 若根据若根据 、 在图上找不到相应的点，表明在图上找不到相应的点，表明此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流动方式。动方式。 若若 ，经济上不太合理，且操作温度变，经济上不太合理，且操作温度变化时，可能使化时，可能使 急剧下降，影响操作的稳定性，急剧下降，影响操作的稳定性，应改为其他流动方式。应改为其他流动方式。P R8 . 0原则：原则： 不洁
9、净和易结垢的液体宜在管程不洁净和易结垢的液体宜在管程 腐蚀性流体宜在管程腐蚀性流体宜在管程 压强高的流体宜在管程压强高的流体宜在管程 饱和蒸汽宜走壳程饱和蒸汽宜走壳程 被冷却的流体宜走壳程被冷却的流体宜走壳程 若两流体温差较大，对于刚性结构的换热若两流体温差较大，对于刚性结构的换热 器，宜将给热系数大的流体通入壳程器，宜将给热系数大的流体通入壳程 流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜 流体种类流体种类 流速流速管程管程壳程壳程一般流体一般流体0.530.21.5易结垢流体易结垢流体 10.5气体气体530315列管式换热器内常用的流速范围列管式换热器内常用的流速
10、范围液体粘度液体粘度最大流速最大流速 1500 0.6 1500500 0.75 500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 1 2.4sm3102mSN sm不同粘度液体的流速不同粘度液体的流速较大较大给热效果较差给热效果较差管外清洗方便管外清洗方便大大. a. b. c14. 0 w 95. 005. 1114. 0www 高粘度液体被冷却高粘度液体被冷却高粘度液体被加热高粘度液体被加热低粘度低粘度d0tdo：换热管外径， t： 管中心距d0t2o2oe4234 dtdd正三角形排列时：oo22o2oe444 ddtdtdd正方形排列时：当量直径的计算：当量直径的计算： 0R
11、eude AVu 0 ldBDA01l为相邻两管的中心距为相邻两管的中心距,B为两块挡为两块挡板间距离，板间距离，D为壳体直径为壳体直径总传热系数总传热系数K K的经验值范围（列管）的经验值范围（列管）流体种类流体种类总传热系数总传热系数K K W/(mW/(m2 2K)K)水水气体气体12126060水水水水80080018001800水水煤油煤油350350左右左右水水有机溶剂有机溶剂280280850850气体气体气体气体12123535饱和水蒸气饱和水蒸气水水1400140047004700饱和水蒸气饱和水蒸气气体气体3030300300饱和水蒸气饱和水蒸气油油6060350350饱和
12、水蒸气饱和水蒸气沸腾油沸腾油290290870870工艺要求工艺要求要求将温度为要求将温度为 的某液态有机物冷却至的某液态有机物冷却至 ，此有机物的流，此有机物的流量为量为 。现拟用温度为。现拟用温度为 的冷水进行冷却。要求换的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降皆不应超过热器管壳两侧的压降皆不应超过 。已知有机物。已知有机物在在 时物性数据如下：时物性数据如下： Paat41081. 90 . 1 C 78C 60C 69hrT100Ct 101 3111997600162. 0215. 2mkgsPaKmWCkgkJCp 流程流程管路布置管路布置如图如图（参考图），已知泵进口段管长（参考
13、图），已知泵进口段管长 ，泵出口段管长泵出口段管长 。（均不包括局部阻力损失）。（均不包括局部阻力损失）米米出出15 L米米进进5 Lhrkcal/1054. 95初选换热器初选换热器2111TTCpqQm607853. 0101003选冷凝水出口温度选冷凝水出口温度定性温度定性温度Ct 402Ctm 2521040 31119976 .9026078. 0179. 4mkgsPaKmWCkgkJCp 计算计算mt 据此定性温度，查表得水的物性数据据此定性温度，查表得水的物性数据 CtTtTtTtTtm 7 .4310604078ln10604078ln12211221逆逆6 . 010366
14、0781221 ttTTR441. 0107810361112 tTttP97. 0 初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。由图查得由图查得 修正系数修正系数。参照表参照表，初步估计，初步估计 ，传热面积，传热面积254 .377 .4397. 070036008 .41861054. 9mtKQAm 逆逆估估估估 CmWK 2700估估由换热器系列标准，初选由换热器系列标准，初选 型换热器型换热器IES225/5 . 4436 . 1500B 外壳直径外壳直径D/mm500管程数管程数Np2管长管长l/m4.5公称压强公称压强P/Mpa1.6管子
15、排列方式管子排列方式正方形正方形管数管数NT124公称面积公称面积A/m2 243管子尺寸管子尺寸/mm252.5管中心距管中心距t/mm32根据经验估计传热系数根据经验估计传热系数 ，计算传热面积，计算传热面积估估KA管程流动面积管程流动面积 管内冷却水流速管内冷却水流速 管程给热系数管程给热系数 22210195. 0212402. 0785. 04mNNdAPT 4611122512221004.1106 .90299746.002.0Re46.00195.0997360031860360086.31104041798 .41861054.9 iimimdsmAquhrTttCpQqi
16、CmWdiii 24 . 08 . 02317PrRe023. 0 管程给热系数计算管程给热系数计算壳程给热系数计算壳程给热系数计算 2 . 83600/8 .418614. 0106 . 08 .418653. 0Pr1070. 5106 . 099727. 1027. 0Re027. 0025. 014. 3025. 0785. 0032. 044427. 19970219. 036001010036000219. 0032. 0025. 015 . 02 . 013432200222020232220202 CpdeumddtdesmAqumtdBDAm壳程中有机物被冷却，取壳程中有机物
17、被冷却，取 95. 014. 0 W CmWdeW 214. 03155. 001717PrRe36. 0 att0 . 1允许值允许值 ，可行，可行PauNfdliPtt3544232 取管壁粗糙度取管壁粗糙度 ， 查图得查图得管程压降管程压降mm15. 0 0075. 0/ d 04. 0 管程压降的校核管程压降的校核取折流挡板间距取折流挡板间距 ，因系正方形排列，因系正方形排列，管束中心线管数管束中心线管数壳程流动面积壳程流动面积因因 故故 46. 01045. 35Re5228. 04228. 00 f500Re0 43000322202021045. 3106 . 099783. 0
18、025. 0Re83. 00337. 099736001010036000337. 0025. 03 .135 . 02 . 0 udsmAqumdNDBAmTC 3 .1312419. 119. 15 . 05 . 0 TTCNNmB2 . 0 壳程压降校核壳程压降校核管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数取垢层校正系数取垢层校正系数挡板数挡板数壳程压降壳程压降 ats0 . 1 kPaufDBNNNFfsBBTCs7 .45225 . 31200 2212 . 05 . 41 BlNB15. 1 sf4 . 0 F，可行，可行查表查表，取，取 ， 根据
19、所选换热器根据所选换热器WCmRi 200021. 0WCmR 2000018. 0 2522 .387 .4397. 036006858 .41861054. 96851717100018. 0450025. 000021. 0231711mtKQACmWKm 计计计计15. 12 .388 .43 计计AAIES225/5 . 4436 . 1500B 传热面积校核传热面积校核208 .435 . 4025. 014. 3124mldNAT 符合要求符合要求型换热器适合型换热器适合 管径初选管径初选hrmqqskghrTqmvm311132360099785. 885. 886.31 初取
20、水经济流速初取水经济流速 由于由于87mm不是标准管径，因此确定不是标准管径，因此确定经计算经计算 符合经济流速范围符合经济流速范围故确定故确定 ，2220059. 05 . 199785. 8muqAml smu5 . 1 mmdl87 smu0 . 2075. 0785. 099785. 82 mmdl75 smu0 . 2 mmdl75 压头压头在水槽液面及压力表在水槽液面及压力表2处列柏努利方程处列柏努利方程 ，如图，如图feaHguzgpHgp 222 取取 ， ， mm15. 0 002. 0/ d 5107 . 1Re udl 查图查图得得 =0.025局部阻力局部阻力： 底阀底
21、阀1个个 标准标准90弯头弯头3个个 球心阀球心阀1个个5 . 8 375. 0 5 . 9 He 96. 05 . 0/075. 011222221 AA 49. 05 . 0/075. 015 . 015 . 02212 AA 7 .2149. 096. 05 . 9375. 05 . 8 Pat3544 mggudlHtf2 . 681. 9997354481. 920 . 27 .21075. 0515025. 0222 mHe4 .162 . 681. 920 . 2881. 999781. 9102 . 024 流入换热器流入换热器流出换热器流出换热器 故故 换热器压降换热器压降
22、根据流量qv=32m3/s,He=16.4m, 查得 IS型离心泵型号： IS-80-65-125 或者IS-100-65-250 流体流体污垢热阻污垢热阻 流体流体污垢热阻污垢热阻水水 溶剂蒸汽溶剂蒸汽 0.14 蒸馏水蒸馏水 0.09水蒸气水蒸气 海水海水 0.09 优质（不含油）优质（不含油） 0.052 清净的河水清净的河水 0.21 劣质（不含油）劣质（不含油） 0.09 未处理的凉水塔用水未处理的凉水塔用水 0.58 往复机排出往复机排出 0.176 已处理的凉水塔用水已处理的凉水塔用水 0.26液体液体 已处理的锅炉用水已处理的锅炉用水 0.26 处理过的盐水处理过的盐水 0.2
23、64 硬水、井水硬水、井水 0.58 有机物有机物 0.176气体气体 燃料油燃料油 1.056 空气空气 0.260.53 焦油焦油 1.7612/kWKmRR12/kWKmCtsm 50,1常见流体的污垢热阻常见流体的污垢热阻由换热器系列标准由换热器系列标准选选 型换热器型换热器IES225/5 . 4436 . 1500B 外壳直径外壳直径D/mm500管程数管程数Np2管长管长l/m4.5公称压强公称压强P/Mpa1.6管子排列方式管子排列方式正方形正方形管数管数NT124公称面积公称面积A/m2 243管子尺寸管子尺寸/mm252.5管中心距管中心距t/mm32学号个位数学号个位数t1/学号十位数学号十位数流量流量/kg/s016013117114218215319316420417521518622619723720824821925922
