管壳式换热器课程设计

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1、管壳式换热器课程设计一、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型高效率紧凑式换热器。管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所示。根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。二、换热器的设计2.1设计参数参数名称壳程管程设计压力（MPa）2.61

2、.7操作压力（MPa）2.21.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃）25075操作温度（℃）220/175(进口、出口)25/45(进口/出口)流量（Kg/h）40000选定物料（-）石脑油冷却水程数（个）12腐蚀余度（mm）3-2.2设计任务1.根据传热参数进行换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。3.设计装配图和重要的零件图。12.3热工设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热面积∆t=t'-t''=220-45=175℃max12∆t

3、=t''-t'=175-25=150℃min12∆tmax175℃因为==1.172,所以采用对数平均温度差∆tmin150℃'∆t2+∆t1=175+150=162.5℃算术平均温度差：∆tm=22t''−−t'45−252022P====0.103t'−t'220−2519512t't''220−175451−1R====2.25t''−t'45−252022查温差修正系数表得φ=0.82因此平均有效温差为∆t=φ.∆t'=0.82×162.5=133.25℃mm40000×1500×(220−175)放热量Q1=mhCp,h∆

4、th=3600=750000考虑换热器对外界环境的散热损失Qc,则热流体放出的热量Q1将大于冷流体吸收的热量Q2，即：Q1=Q2+Qc取热损失系数ηc=0.97,则冷流体吸收的热量：Q2=ηcQ1=0.97×750000=727500W由Q2=mcCp,h∆tc可的水流量：Q2727500kgmc=C=4174×(45−25)=31372.8hp,h∆tc这里初估K=340W/(m2∙K),由稳态传热基本方程得传热面积：A=Q12=16.55m估K∆tm估2.3.1.2由A及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数估选取∅=25mm管

5、径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。2从而查《换热器设计手册》表1-2-7，即下表中心排管数公称直径管程数管子根数管程流通换热面积换热管长面积度400mm2个94根11根21.4m23000mm0.0148m2换热管排列规格及排列形式：换热管外径×壁厚：d×δ1=50mm排列形式：正三角形管间距：pt=32mm折流板间距：lb=200mm2.1.1.3实际换热面积计算实际换热面积按下式计算A=πdL−2δ−0.006n实际A=3.14×0.025×3−2×0.05−0.006×94=21.35m2实际2.2计算总传热系数，校核传热面

6、积总传热系数的计算111δ=++r0+ri+K∝0∝1λw式中：∝0——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；∝i——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；r0,ri——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K)/W；δ—管壁厚度，m；λw——管壁材料的导热系数，W/(m2·K)oαiαiorr,δwλ32.2.1管内传热膜系数Qi31372.8管内未冷却水流入，其速度为：ui===0.6msAiρ3600×0.0148×993.95uidiρ0.6×0.021×993.95雷诺数：Rei===17155.8μ0.00073对于湍流，

7、由Dittus–Boelter关系式，有传热膜系数：λ0.8∝=0.023××（Re）×(Pr)niiidiCpμ其中，普朗特数：Pri==4.87λ由于冷却水要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：α=0.023×0.626×3717.30.8×4.870.4=927.4W/(m2.K)i0.0212.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三角形排列，根据Kern法4×(1×P1×3P1×π×d2)22t×2t−3×4601.10×pt当量直径：de=π=−d03××d0d061.10×0.0322故de=−0.025=0.02m0

8、.025λde×u0ρ0.5513×(μ0.4∝0=0.36×()×Pr)deμμwd0流体流过管间最大截面积是As=lb×Di×1−Pt其中壳体内径估算为Di=0.37因此，A=0.2×0.37×1−25=16.7×1