1、4、计算压强降（7）第四部 工艺设计计算结果汇总表及其它（9）1、工艺设计计算结果汇总表2、参考文献3、后记（10）第一部分 设计任务书1、设计题目：非标准系列列管式煤油冷却器的设计2、设计任务及操作条件 （1）处理能力：1.6104吨/年 煤油 （2）设备型式：卧式列管式换热器（3）操作条件 煤油：入口温度140，出口温度40 冷却介质：自来水，入口温度30，出口温度自选 允许压强降：不大于105 Pa 煤油在定性温度下的物性数据：密度为825 kg/m3，黏度为7.1510-4 Pas，比热容为2.22 kJ/kg，导热系数为0.14 W/（m）。 每年按330天计，每天24小时连续运行
2、3、设计说明书的内容 （1）封面、评分标准及目录；（2）设计题目及原始数据（任务书）；（3）论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择；（4）换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等）；（5）设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）；（6）主体设备设计计算及说明；（7）附属设备的选择（选做）；（8）参考文献； （9）后记及其它。4、设计图要求用A2图纸绘制换热器总装配图，两个局部放大图。CAD图自由选做2个部件。第二部分 设计方案简介评述 换热器是许多工业生产中常用的设备,尤其是石油、化工生产应用更为广泛。在化工厂中换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸
3、器等。换热器的类型很多，性能各异，各具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。 进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。换热器类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处仅是在结构上需根据各自设备特点采用不同的计算方法而已。我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 ，故选用带补偿圈
4、的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。第三部分 换热器设计理论计算、试算并初选换热器规格（1）、 定流体通入空间 两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。（2）、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式：被冷却物质为煤油，入口温度为140,出口温度为冷却介质为自来水，入口温度为，出口温度为 煤油的定性温度： 水的定性温度：两流体的温差：由于两流体温差大于50，故选用带补偿
5、圈的固定管板式列管换热器。两流体在定性温度下的物性数据 物性流体煤油908250.7152.220.14水32.59940.7424.080.626（3）、计算热负荷Q 按管内煤油计算,即若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得,即（4）、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数 由R和P查图3-12得温度校正系数为，所以校正后的温度为又因，故可选用单壳程的列管式换热器。（5）、初步选初算换热器换热面积 根据管内为水，管外为有机液体，假设K=360故 考虑15%的面积裕度， 2、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速管径为25mm2.5mm，管内流速为 （2）管程数和传热管数根据传热管内径和流速确
6、定单程传热管数（根）按单管程计算换热器管的长度L按单管程设计，传热管过长，根据本题实际情况，取传热管长l=2m,则该换热器的管程数为（管程）（3） 传热管排列和分层方法采用正三角排列，取管心距，则隔板中心到最近一排管中心的距离S：按净空不小于6mm的原则确定，亦可按下式求取：分程隔板两侧相邻管排之间的管心距管中心距t与分程隔板槽两侧相邻管排中心距的计算结果与查表数据完全一致，证明可用。（4）壳体内径采用两管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径圆整取D=360mm。（5）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。 取折流板间距B=0.25D，则，取B
7、=150mm，则折流板数 （块）折流板圆缺水平面安装。折流板的最大无支撑间距如表所示：换热管外径（mm）141619253238最大无支撑间距（mm）110013001500185022002500（6）其它附件（1）、封头 封头有方形和圆形两种，方形用于直径小（一般小于400mm）的壳体，圆形用于大直径的壳体。壳径为360mm，选用方形封头。（2）、缓冲挡板 它可防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀和管束振动，还有使流体沿管束均匀分布的作用。 （3）、拉杆和定距管 为了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用拉杆和定距管。所选择的拉杆直径为12mm，拉杆数量为4，定距管（4）、膨胀节
8、 膨胀节又称补偿圈。膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体的温差低于70且壳方的流体压强不高于600KPa的情况。 换热器的膨胀节一般分为带衬筒的膨胀节和不带衬筒的膨胀节。根据换热器壳侧介质的不同，使用的膨胀节就不同，通常为了减小膨胀节对介质的流动阻力，常用带衬筒的膨胀节。衬筒应在顺介质流动的方向侧与壳焊接。对于卧式换热器，膨胀节底部应采用带螺塞结构，这样便于排液。（7）接管壳程流体（煤油）进出口接管 取接管内液体流速为1.0m/s,则接管内径，则取 管程流体（自来水）进出口接管 取接管内自来水的流速为1.5m/s，则接管内径 ，则取3、换热器核算（1）、计算管程对流传热系数
9、，因为 管中水的质量流量为，则 水的体积流量为所以：（2）、计算壳程对流传热系数换热器中心附近管排中流体流通截面积为 由于换热器为两壳程，所以煤油的流速为： 由于管为三角形排列，则有煤油在壳程中流动的雷诺数为因为在范围内，故可采用凯恩（Kern）法求算，即由于液体被冷却 取0.95，所以（3）、确定污垢热阻（4）、计算总传热系数（管壁热阻可忽略时，总传热系数为：）选用该换热器时，要求过程的总传热系数为408。传热面积该换热器的实际换热面积 面积裕度为则该换热器传热面积的裕度符合要求。（5） 核算壁温因管壁很薄且管壁热阻很小，故管壁壁温按下式计算：取两侧污垢热阻为零计算壁温，得传热管平均壁温：壳
10、体平均壁温近似取壳程流体的平均壁温即，壳体平均壁温与传热管平均壁温之差:90-39.23=50.77504、计算压强降 （1）、计算管程压强降前已算出：取不锈钢管壁的粗糙度，则由摩擦系数图查得所以对于的管子，有（2）、计算壳程压强降由于管子为正三角形排列，则取F=0.5折流挡板间距折流板数由所得数据：；所以 从上面计算可知，、105，该换热器管程与壳程的压强降均满足题设要求，故所选换热器合适。 第五部分 工艺设计计算结果汇总表工艺设计计算结果汇总表参数管程壳程流率/（kg/h）1245672020温度（进/出）/30/35140/40物性参数定性温度/密度/（kg/m3）比热容/kJ/（kg/）黏度/mPas热导率/W/（m）普朗特数4.8511.34设备型式固定列管式台数1壳体内径/mm360壳程数结构参数管子规格/mm管心距/mm管长2000管子排列正三角形管子数目/根80折流板数/块22传热面积m212.18折流板距/mm管程数4材质碳钢主要设计结果流速/（m/s）0.9790.096
