环境工程原理课程设计--固定管板式换热器设计

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1、环境工程原理课程设计 I 环境工程原理课程设计环境工程原理课程设计 学学 院：化学与环境工程院：化学与环境工程 专专 业：环境工程业：环境工程 环境工程原理课程设计 II 目 录 1 前言 1.1 换热器1 1.2 换热器工作原理1 1.3 换热器的分类1 1.4 设计任务1 2 设计方案 2.1 确定换热器类型 2 2.2 流程安排2 3 工艺计算 3.1 确定物性数据 3 3.2 传热面积估算 3 3.3 平均温差校正，确定壳程数. . 4 3.4 传热面积估算 4 4 工艺结构尺寸 4.1 管径和管内流速. . 5 4.2 传热管排列和分程方法 5 4.3 壳体内径5 4.4 折流板 6

2、 4.5 结管 6 4.6 拉杆 7 5 换热器核算 5.1 壳程表面系数 08 5.2 管内表面传热系数.9 5.3 污垢热阻和管壁热阻9 5.4 总传热系数9 5.5 传热面积裕度10 6 设计结果汇总 11 设计评述. . .12 参考文献. . .13 环境工程原理课程设计 1 1 前言 1.1 换热器 换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之 一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源 的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。在炼油、化工装置中换热 器占总设备数量的 40%左右，占总投资的 30%-45%。随着节能技术的发

3、展，应 用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 1.2 换热器的工作原理 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备， 即在一个大的密闭容器 内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。让热水从管道内流过。由于管道 内热水和容器内冷热水的温度差， 会形成热交换高温物体的热量总是向低温物体 传递， 这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水， 换热器又称热交换器 。 1.3 换热器的分类 换热器按其用途可将换热器分为加热器、 冷却器、 冷凝器、 蒸发器、 再沸。 按 其传热方式和作用原理： 可分为混合式换热器、 蓄热式换热器、 间壁式换热器等。 其中间壁式换热器为

4、工业应用最为广泛的一种换热器。 它按传热面形状可分为管 式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等。 这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具 有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用 最为广泛的一种换热器。 管壳式换热器的形式：管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为固定管板 式换热器、浮头式换热器、U 形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等。 1.4 设计任务 设计题目及原始数据 某小区集中供暖用热交换器设计 锅炉热水 12580，处理量 40 吨/小时 循环水 1570，处理量 80 吨/小时 设计总换热面积、布管图及换热器结构图（

5、固定管板式） 。 （1）换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 （2）换热器的主要结构尺寸设计。 （3）设计管道与壳体的连接,管板与壳体的连接。 （4）绘制换热器总装配图 环境工程原理课程设计 2 2. 设计方案 2.1 选择换热器类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度 125，出口温度 80；冷流体进口 温度 15，出口温度 70，由以上数据可知壳体壁温与管子壁温之差在 50以 上，可以选用固定管板式换热器，并安装温差补偿装置。 固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构 简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，由于这种结构使壳侧清洗困 难，所以壳程易用于不

6、易结垢和清洁的流体。 2.2 流程安排 冷却水相比热水更易结垢故走易清洁的管程， 且通过提高冷却水的流速以增 大传热系数，应使温度低的走管程，温度高的走壳程。 环境工程原理课程设计 3 3. 工艺计算 3.1 确定物性数据 定性温度：对于一般的轻质水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温 度的平均值。故 壳程液体的定性温度为： Tm= (125+80)/2=102.5 （3-1） 管程水的定性温度为: tm=(15+70)2=42.5 （3-2） 两流体的定性温度差为 Tm-tm=102.5-42.5=60 根据定性温度，分别查得壳程和管程流体的有关物性数据如表 3-1。 表 3-1 水在 42.5和 102.5下的物性数据 流体 温度 kg/m3 Pa S CP kJ/kg W/m Pr 水 42.5 991.2 6.273 10- 4 4.174 0.6385 4.48 水 102.5 956.55 2.7665 1 0-4 4.2235 0.68