壳管式换热器设计.docVIP

设计任务书 设计一个管壳式换热器，用冷水冷却，参数如下： 条件 热流体 冷流体 备注 工质 废水 自来水 进口温度 70℃（） 15℃（） 出口温度 22℃（） 通过能量守恒 流量 18t/h 30t/h 工作压力 本问题未涉及压力 一、设计计算 1、方案确定 （1）热交换器的类型的选择 考虑到热交换器的管壁温度和壳体温度之差不会较大，因此选定为壳管式热交换器。 （2）流程的选择 由于逆流换热的换热温差大，换热效果好，因此本次设计采用逆流换热。由于高温的热废水易结垢，因此令废水走管程；同时令冷水走壳程。 2、计算物性参数 （1）热水的物性参数 热水进口温度： 热水出口温度： 水的质量流量： 定性温度： 查得46℃下水的物性参数如下： 密度 比热 导热系数 运动粘度 普朗特数 动力粘度 热水的体积流量： （2）冷却水的物性参数 冷却水的进口温度： 冷却水的出口温度： 【注】冷却水出口温度估计计算过程： 由能量守恒估计计算。由qm1、qm2、cp1、 t1＇、t2＇已知且在30~60℃水的比容几乎无变化,从而带入数据的。 定性温度： 查得30℃下冷却水的物性参数如下： 密度 比热 导热系数 运动粘度 普朗特数 动力粘度 3、估算传热面积 （1）热流量 （2）冷却水的流量 冷却水的质量流量： 冷却水的体积流量： （3）对数平均温差 先按纯逆流计算 （4）初算传热面积 本问题是水——水换热，查得传热系数大致范围为：。但由于是实际问题，所以初选传热系数为，则估算的传热面积为： 4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速 选用的碳钢传热管，查表得，取管内流速 。 （2）管程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定单程传热管数： ，取33根。 按单管程计算，所需传热管长度为： 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据换热管规格标准，选取换热管长为7.5m，则该热交换器的管程数为： 则传热管总根数为：根 （3）对数平均温差和壳程数 按单壳程四管程结构，查图得温差修正系数为（大于0.8），因此确定采用单壳程，则对数平均温差为： （4）传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即在每程内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。 查表得，管间距 隔板中心到离其最近一排管中心距离： 则两程相邻管的管心距为。 （5）壳体直径 取管板利用率为，则壳体直径为： 圆整到标准可取 。 查表得壳体壁厚为 。 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 取折流板间距 ，根据标准可取150mm 折流板数目 （7）接管 ①壳程流体进出口接管 取接管内流体流速为 ，则接管内直径为： 圆整后可取管内径为 。 ②管程流体进出口接管 取接管内流体流速为 ，则接管内直径为： 圆整后可取管内径为 150mm。 5、热交换器校核 （1）传热面积校核 ①管程对流传热系数 流通截面积 流体流速 雷诺数 流动属于湍流，则管程对流传热系数为： ②壳程对流传热系数 管子按正三角形排列，传热当量直径为： 壳程流通截面积： 流体流速 雷诺数 壳程对流传热系数为： ③污垢热阻和管壁导热 经查表取关内侧和外侧的污垢热阻分别均为0.000176。换热管壁厚为0.0025m，碳钢在此条件下的导热率为50 ④总传热系数 5 传热面积校核 热交换器需要的实际面积 热交换器的实际面积 面积裕度 在范围内，所以该热交换器能满足换热需要。 6、结果分析 本问题我组所得结果在范围之内，符合要求。 具体的影响因素分析如下： 如果，亦即A的值较Aˊ的值偏小，那么，由,知增大n和l值（即Ns和L）。 (