一、前言 熱交換器是進行熱交換操作的通用工藝設備,被廣泛應用于各個工業部門,尤其在石油、化工生產中應用更為廣泛。換熱器分類方式多樣,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類,其中間壁式換熱器用量最大,據統計,這類換熱器占總用量的99 %。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性,在長期的操作過程中積累了豐富的經驗,其設計資料比較齊全,在許多國家都有了系列化標準。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰,但由于管殼式熱交換器具有結構簡單、牢固、操作彈性大、應用材料廣等優點,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設備中仍占有絕對優勢。如何確定最佳的換熱器,是換熱器優化的問題。本說明書對指定有機物進行冷卻選擇合適的換熱器，并且合理安排操作管路以及選擇合適的離心泵作出詳細的計算說明。2、 設計任務班級： 姓名： 學號： 任課老師：選擇一個合適的換熱器，冷卻78C的某液態有機物至60C，此有機物的流量為82kg/s；（1） 合理安排操作管路；（2） 選擇一臺合適的離心泵；（3） 有機物69C的物理性質： （4） 冷卻水：進口溫度t1=20C；（5） 操作條件：換熱器管殼兩側的壓降皆不應超過0.1MPa。3、 目錄一 前言.1二 設計任務.2四 計算明細表.4 1 管殼式換熱器規格.4 2 離心泵的型號規格.4 3 計算數據結果記錄.5五 計算過程.6 1 選擇合適的換熱器.6 1.1 熱力學數據的獲取.6 1.2 計算熱負荷和.6 1.3 計算溫差和估計傳熱系數.6 1.4 估算換熱面積.7 1.5 計算管程壓降和給熱系數.7 1.6 計算殼程壓降和給熱系數.8 1.7 計算傳熱系數.9 1.8 校核傳熱面積.9 2 安排管路和選擇合適的離心泵.9 2.1 管徑初選.9 2.2 壓頭計算.10六 附錄.12七 符號說明.13八 設計說明.15九 參考文獻.15四、計算結果明細表（1） 管殼式換熱器的規格公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數N管子根數n中心排管數管程流通面積/m2換熱管長度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.8（2） 離心泵的型號規格型號轉速n/(r/min)流量揚程/m效率功率必需氣蝕量（NPSH）r/m質量（泵/底座）/kgm3/hL/s軸功率電機功率IS150-125-250145012033.322.57110.418.53.0758/15820055.6208113.53.024066.717.57814.73.5（3）計算數據結果記錄 項目 結果單位冷卻劑出口溫度40循環水定性溫度30熱負荷3276.72kW冷卻水質量流量39.25并流對數平均溫差35.7逆流對數平均溫差39.0估算換熱面積147.4管程流動面積0.0507管內冷卻水流速0.78管程給熱系數3969摩擦系數0.036管程壓降12539.7Pa殼程流動面積0.134殼程有機物流速0.61當量直徑0.0173m殼程給熱系數1315殼程壓降5483.32Pa核算傳熱系數693校核傳熱面積121.24冷卻水流量144總局部阻力系數21.64阻力損失7.5m壓頭（揚程）15.96m五、計算過程一 選擇合適的換熱器1 熱力學數據的獲取冷卻劑：河水， 從tm10及防止水中鹽類析出為原則，選選擇出口溫度：t2=40C 循環水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為循環水的定性溫度為兩流體的溫差兩流體在定性溫度下的物性數據如下物性流體溫度密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg)導熱系數W/(m)有機物699970.62.220.16循環水30995.70.80124.1740.61712 計算熱負荷和由熱量衡算3 計算溫差和估計傳熱系數并流時， 逆流時， 根據管程走循環水，殼程走有機物，總傳熱系數K現暫?。? 估算換熱面積 根據可以選擇下述標準換熱器（查附錄得）：（排列方式：正三角形）公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數N管子根數n中心排管數管程流通面積/m2換熱管長度L/mm管心距/mm換熱面積/m270042574270.0507450025150.85 計算管程壓降及給熱系數根據標準換熱器提供的參數管程流動面積 管內冷卻水流速 管程給熱系數 取鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則管程壓降6 計算殼程壓降及給熱系數擋板間距B取0.9m，殼程中有機物被冷卻，取折流擋板間距 管束中心線管數殼程流動面積因管子排列為三角形，F=0.5，fs=1.15擋板數： 殼程壓降7 計算傳熱系數污垢熱阻和管壁熱阻 管外側污垢熱阻 管內側污垢熱阻取鋼管壁厚，熱導率8 校核傳熱面積所選換熱器：所以 選擇的換熱器符合要求。c二 安排管路和選擇合適的離心泵1 管徑初選初取水經濟流速 由于182mm不是標準管徑，因此確定 符合經濟流速范圍故確定：2 壓頭He在水槽液面及壓力表處列柏努利方程取，查圖得局部阻力： 底閥1個 標準90彎頭3個 球心閥1個流入換熱器流出換熱器故 換熱器壓降 根據和以及IS型離心泵系列特性曲線可以選擇型號為IS150-125-250的離心泵。六、附錄（1）物理性質物性流體溫度密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg)導熱系數W/(m)有機物699970.62.220.16循環水30995.70.80124.1740.6171（2）管外側污垢熱阻 管內側污垢熱阻 鋼管熱導率 七、符號說明主要符號說明符號意義計量單位A面積m2定壓比熱容d管徑mg重力加速度m/s2單位重量流體的機械能損失ml管路長度mm質量kg虛擬壓強Pap流體壓強Papa大氣壓PaB擋板間距mT周期時間st時間st溫度u流速m/sqv體積流量m3/sqm質量流量Kg/s絕對粗糙度mm局部阻力系數摩擦系數動力黏度密度Kg/m3He有效壓頭mD換熱器殼徑mf校正系數f0殼程流體摩擦系數K傳熱系數NT管子總數Q熱流量W或J/S給熱系數熱導率數群Gr格拉私霍夫數Nu努塞爾數Pr普朗特數Re雷諾數下標g氣體的m平均w壁面的s殼程的t管程的有有機物的八、設計說明（1） 需要冷卻的有機物走殼程，冷卻劑走管程；（2） 有機物可以采取逆流的方式；（3） 換熱器說明： 1 采用光滑管 光滑管結構簡單，制造容易。缺點是它強化傳熱的性能不足。為了提高換熱器的傳熱系數，可采用結構形式多樣化的管子，如異性管，翅片管，螺紋管等。 2 選用 的管子。 3 本設計中采用4.5米長的管子。 4 管子的排列形式：本設計中采用正三角形錯列的排列方式，而在隔板兩側采用正方形直列。 5 采用多管程，故管板中間要留有隔板的位置。 6 允許折流板的間距與管徑有關，取折流板間距B=0.9m（4） 管路布置如圖所示： （5） 管路選擇內徑150mm的鋼管，至少使用下列零件：底閥1個；標準90彎頭3個；球心閥1個。（6） 由于計算所得有效壓