换热器课程设计.docx

化工原理课程设计
题目：空气压缩机后冷却器

学生姓名： 何敏华
指导老师： 钟理 张亚君
学 院：机械与汽车工程学院
班 级： 08过控（2） 班
学生学号： 200830050118
时 间： 2011年7月
目 录
第一章 设计任务书 4
1.1设计任务 4
1.2 设计项目 4
1.3 设计分量 4
第二章 确定设计方案 5
2.1 冷却器选型 5
2.2 流程选择 5
2.3 流体进出口温度初步设计 5
2.4 安装方式 5
2.5 工艺流程图 6
第三章 工艺设计 7
3.1 确定总穿热量 7
3.2 冷却水及流量 7
3.3 壳程数 7
3.4 空气传热系数h2 7
3.5 水侧传热系数h0 7
3.6 总体传热系数K0 10
3.7 换热器所需管数n 11
3.8 设计计算校核 12
第四章 结构设计 12
4.1管子在管板上的固定方式 12
4.2 管程分布与管子排列 13
4.3 分程隔板连接 14
4.4管板与壳体连接 14
4.5 折流板 14
4.6 拉杆 14
第五章 机械设计 14
5.1 壳体、管板厚度尺寸 14
5.2 水压校核 15
5.3 管板参数 15
5.4 折流板计算 16
5.5 接管与管法兰 17
5.6 封头设计 18
5.7 支座设计 19
5.8 法兰设计 19
5.9 膨胀节 20
第六章 附属设备选型 20
第七章 设计结果一览表 20
第八章 课程设计感想 21

第一章 设计任务书
1.1设计任务
（1）空气
处理量：12 m3 /min，操作压强1.4Mpa（绝对压）。
空气进口温度：143℃，出口温度：39℃
（2）冷却剂：常温下的水（进出口温度自己定）
初温：27℃；终温：35℃
（3）冷却器压降<1米水柱（1m水柱=9.8kpa）
1.2设计项目
（1）确定设计方案，确定冷却器型式，流体流向和流速选择，冷却器的安装方式等。
（2）工艺设计：冷却器的工艺计算和强度计算，确定冷却剂用量，传热系数，传热面积，换热管长，管数，管间距，校对压降等。
（3）结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的连接，管板和壳体的连接，折流挡板等。
（4）机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头、法兰、接管法兰、支座等。
（5）附属设备选型。
1.3设计分量
（1）设计说明书一份，说明书内容见《传热设备过程装备设计》一书的概览
（2）冷却器装配图（一号图纸）；
（3）冷却器工艺流程图（35×50计算纸）

第二章 确定设计方案
2.1 冷却器选型
本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。
采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。
本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R钢)。
2.2 流程选择
本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。根据的原则有：
（1）因为热空气的操作压力达到1.4Mpa，而冷却水的操作压力取0.1Mpa，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；
（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。
（3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。
查阅《化工原理》231页表4－9 可得到，热空气的流速范围为5~30 m·s-1；冷却水的流速范围为0.2~1.5 m·s-1。本设计中，假设热空气的流速为7 m·s-1，然后进行计算校核。
2.3 流体进出口温度初步设计
在换热器中冷、热流体的温度一般由工艺条件所规定，就不存在确定两端温度的问题。在此设计中，规定了空气的进出口温度分别为143℃和39℃。根据当地的气温条件，初步确定冷水进口温度为27℃。为了平衡冷却水出口温度对水量和传热面积的影响，考虑到一般情况下设计时冷却水进出口温度差为5~10℃,取其出口温度为35℃。
2.4安装方式
冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。

2.5工艺流程图

第三章 工艺设计
3.1确定总传热量
由设计任务书可得设计条件如下表：
流体
体积流量
进口温度
出口温度
操作压力
设计压力
空 气（管内）
Vi’＝12 m3/min
(标准状态)
T1＝143℃
T2＝39 ℃
Pi＝1.4Mpa
Pdi=1.5Mpa
冷却水（管外）

t1＝27℃

t2＝35℃

Po＝0.1Mpa
Pdo=0.2Mpa
注：要求设计的冷却器在规定压力下操作安全，必须使设计压力比最大操作压力略大，本设计的设计压力比最大操作压力大0.1MPa。
3.1.1定性温度的确定
可取流体进出口温度的平均值。管程气体的定性温度为
℃
壳程水的定性温度为
℃
3.1.2流体有关物性数据
根据由上面两个定性温度数据，查阅《流体力学与传热》P247的附录四：干空气的物理性质（101.33kPa）和P242的附录二：水的物理性质。运用内插法可得壳程和管程流体的有关物性数据。
空气在91℃1.4Mpa的有关物性数据如下：
　物性
密度ρi
（kg/m3）
定压比热容cpi
[kJ/(kg℃)]
粘度μi
（Pa·s）
导热系数λi
（W·m-1·℃-1）
空气
13.58
1.009
2.15×10-5
0.0314
水在31℃物性数据如下：
　物性
密度ρo
（kg/m3）
定压比热容cpo
[kJ/(kg℃)]
粘度μo
（Pa·s）
导热系数λo
（W·m-1·℃-1）
空气
995.35
4175
0.000787
0.620
注：空气的物性受压力影响较大，而水的物性受压力影响不大。空气密度校正，由《化工原理实验》P31，公式2-36得：
ρi＝1.293＝1.293×(1.4Mpa／0.1MPa)×273/(273+91)=13.58 kg·m-3
根据《传热传质过程设备设计》P15，公式1-6，热流量为
Q i = Viρicpi (T1－T2) =12×13.58×1.009×（143-39）
=17100.37 kJ/min = 285.01kJ/s
原始数据：
V,i=12m3/min
T1=143℃
T2=39℃
Pi=1.5MPa
t1=27℃
t2=35℃
Pc=0.1MPa

空气的定性温度:
T=91℃
水的定性温度:
t=31℃

空气导热系数
λh=0.0314（W·m-1·K-1）
空气粘度
μh=2.15×10-5
(Pa·s)
空气定压比热容Cp，h＝1009
J·kg -1·K -1
空气密度
ρ＝13.58kg·m-3
冷却水导热系数λc＝0.620（W·m-1·K-1）
冷却水粘度
μc=78.7×10-5
(Pa·s)
定压比热容
Cp，c＝4.175
kJ·kg -1·K -1
密度
ρc=995.35 (kg·m-3)
3.2冷却水及流量
根据《传热传质过程设备设计》P15，公式1-8
m3/min=0.0098 m3/s
3.3壳程数
由上面计算可得，设置壳程数为Ns＝1较适宜；管程数为Np＝2较适宜。
3.4空气传热系数hi
3.4.1设计参数的选择
管径的选择：选用φ25×2.5mm的钢管。
管内流体速度：由《传质与传热过程设备设计》表1-3列管换热器中常用的流速范围的数据，可设ui=7m/s,用ui计算传热膜系数，然后进行校核。
3.4.2空气的流通截面积
S=Vi/ui=0.2/7=0.029 m2/s
3.4.3计算雷诺准数Re
由《流体力学与传热》P156，表4-1各准数的名称与符号，得：
Re=ρi uidi/μi=13.58×7×0.02/2.15×10-5=8.84×104
可得，流体流动形态为湍流。
3.4.4计算普兰特准数Pr
由《流体力学与传热》P156，表4-1各准数的名称与符号，得：
Pr= cpiμi /λi=1009×2.15×10-5/0.0314 =0.691
3.4.5计算空气传热膜系数hi
由《流体力学与传热》P158，公式4-52a，4-52b得
hi = 0.023Re0.8Pr0.3=0.023×884000.8×0.6910.3×=292.84 W/(m2·℃)
3.5水侧传热系数h0
3.5.1计算管子间距
管间距：s=（1.3~1.5）do=（1.3~1.5）×25=32.5~37.5mm
查《传质与传热过程设备设计》P40，表1-19管间距，得最小管间距s=32mm
（符合焊接法s>=32mm）
3.5.2设置换热管长
因为长管不易清洗，且容易变形，所以取管长L=3m。
3.5.3计算换热总管数
设单换热管数为n
由Vi=n×ui×πdi2/4,得n= 4Vi/uiπdi2 =4×12/(60×7×3.14×0.022)=90.99(根)
取n=91根
3.5.4计算外壳直径
由《流体力学与传热》P206，表4-115，4-116，得：
Di=s(ne-1)+2b
管子按正三角形排列时，横过中心管束中心线的管数：
ne =1.1=1.1=14.80 取ne=15(根)
b’ ＝(1~1.5) d0
取b’＝1.5d0＝37.5mm
即：Di＝s(ne-1)+2b’= s(1.1-1)+2b’＝32×(1.1-1)+75
=32×(15-1)+75=523 (mm)
由《流体力学与传热》P207，表4-12得：
采用公称直径D＝φ600mm×10mm的壳体；即Do =620mm；Di =600mm
由《换热器设计手册》P154，表1-16-11（A）管板尺寸表，得：
管板直径为：D5=600mm
3.5.5水在两拆流挡板间最大截面积
设两拆流挡板距离为H，查《流体力学与传热》P206得：
H=（0.2~1.0）D=120mm~600mm
取H=300mm，壳体直径D=φ600mm×10mm
则：由《换热器设计手册》P164公式4-62得：
Sc=HD（1do/s）=0.4×0.6(1-25/32)=0.0525 m2
3.5.6水的流速
水的流速uo=Vo/Sc=0.0098/0.0525=0.19m/s
3.5.7换热器当量直径
当管子为正三角形排列时：
换热器当量直径de===0.0202m
3.5.8计算雷诺准数Re
由《流体力学与传热》P156，表4-1各准数的名称与符号，得：
Re=de uoρo/μo=0.0202×0.19×976.95/7.870×10-4=4764.34
可得，流体流动形态为湍流。
3.5.9计算普兰特准数Pr
由《流体力学与传热》P156，表4-1各准数的名称与符号，得：
Pr= cpoμo /λo=4175×7.870×10-4/0.620 =5.3
3.5.10计算水侧传热膜系数ho
由《流体力学与传热》P164，公式4-60，4-61得
ho= 0.36Re0.55Pr1/3=0.36×4764.340.55×5.31/3×=2029.68 W/(m2·℃)

3.6总传热系数Ki
查《流体力学与传热》P183，表4-7常见流体的污垢热阻，得
冷却水侧的热阻Rso＝0.00008598m2·K·W-1
热空气侧的热阻Rsi＝0.00034394m2·K·W-1
钢的导热系数λ＝45W·m-1·℃-1
dm=(do-di)/ln(do/di)= (25-20)/ln(25/20)=0.0225
＝＋Rsi＋＋＋ 代入数据，得：
＝＋0.00034394＋＋＋0.00008598×
解得：＝234.13(W·m-2·℃-1)
3.7换热器所需管数n
3.7.1 计算传热面积
对数平均温度△tm’==
=43.7℃
P＝＝＝0.068 ；R＝＝＝13
查《热交换器原理和设计》，得温度校正系数：
φ＝×＝×≈0.839
△ tm=φ×△tm’=43.7×0.839=36.66 ( ℃ )

由Q＝Si△tm得：
Si＝Q/(△tm)＝285.01×1000/（234.13×36.66）＝33.21m2
3.7.2空气流速校核
换热管总数：n＝Si/(πdiL)= 33.21/(π×0.02×3)= 176.23）
考虑双管程的对称性，取n＝178。
选择4根拉杆，管板开184个孔。
热空气流速：uh＝＝＝7.156 m·s-1
热空气验证速度稍大于假设的速度7 m·s-1，符合设计要求。
3.8设计计算校核
3.8.1管程压降
由柏拉休斯公式：λ==≈ 0.0183
直管部分的压降：△p1== =955.52Pa
热空气在冷却器内流动时，出现三次突然扩大与三次突然缩小所以
＝1+0.5+1+0.5+1+0.5＝4.5
弯管回路中的压降：△p2＝＝4.5×
＝1566.42(Pa)
总压降：△p＝（Np△p1+△p2）FtNp＝（2×955.52+1566.42）×1.35×2
＝9389.14(Pa)<9800 Pa（符合设计要求）
其中，Ft为结垢校正系数，取1.35；
Np为管程数，取2。

3.8.2壳程压降
由《传热力学与传热》P209，公式4-121，4-122，得：
流体横过管束的压强降：
△p1’=Ffone(NB+1)=0.5×5.0×（4764.34）0.228×15×（9+1）× ＝977.04 (Pa)
其中：F=0.5，fo=5.0×Re-0.228=0.7251
△p2’＝NB（3.5-）＝9×（3.5－）×
＝285.66 (Pa)
总压降：△p＝（△’p1＋△’p2）FsNs＝（977.04+285.66）×1.15×1
＝1452.11(Pa) <9800 Pa（符合设计要求）
其中，Fs为壳程压强降的校正系数，对于液体取1.15；Ns为串联的壳程数，取1。
第四章 结构设计
4.1管子在管板上的固定方式
采用焊接法在管板上固定管子，查《换热器设计手册》P172表1-6-20管子伸出长度约为4mm，管子与管孔间保留1mm的距离，防止管子受热膨胀，使管板受压变形。其优点为：焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力不太高时可使用较薄的管板。
4.2管程分布与管子排列
管子的排列方法采用等边三角形。因为其优点为管板强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳程内可排列更多的管子。
设计的冷却器采用双程管：Np＝2
管间距为：s＝32mm
总管数为：n＝178根
拉杆数为：m＝4根
开孔数：184个
管子排列如附图

4 .3分程隔板的连接
此次设计中由于Np=2，所以采用单层分程隔板，查《化工原理实验及课程设计》P93以及P102图7-26，可知隔板的密封面宽度最小为隔板厚度加上2mm采用隔板厚度为10mm，则隔板宽度为12mm。
查阅《化工原理实验及课程设计》Di=600mm<=600，隔板厚度b=10mm。
4.4管板与壳体的连接
管板和壳体的连接方式与换热器的类型有关，在固定管板式换热器中，管板和壳体的连接均采用焊接。采用管板兼作法兰形式，兼作法兰在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，施工容易，使用于压力不高、物料不易燃、易爆、有毒的场合。固定板与壳体采用不可拆焊接式，管板与封头采用法兰连接。

4.5折流挡板
本次设计的冷却器采用弓形折流板。采用弓形流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度h=0.25×595=148.75mm。取折流板间距H=300mm
折流板数NB=-1=-1=9，厚度12mm。
4.6 拉杆
由《换热器设计手册》P203 表 1-6-37 拉杆直径选用表 可知应选用直径dn为16mm的拉杆；由表1-6-38 拉杆数量选用表 可知应选择4根拉杆，管板上开184个孔。
第五章 机械设计
5.1壳体壁厚
1.根据前面的工艺计算，本次设计采用的换热管壳体内经Di=600mm。
查阅《化工设备机械基础》P100，表7-4的无缝钢管制作筒体时容器的公称直径，本次采用公称直径为DN=600mm×10mm的壳体，则Do=620mm，Di=600mm
2.查《化工设备机械基础》P126表9-3
采用16MnR钢板，其中钢密度＝7850kg·m3
＝1.2P＝1.2×1.4＝1.38（MPa） Di＝600mm
查《化工设备机械基础》P124，采用单面焊，全部无损探伤时：＝0.7
查《化工设备机械基础》P124，表9-4碳素钢、普通低合金钢板许用应力
[]t=170MPa ，σs＝345MPa
≈3.55 (mm)
查阅钢板厚度负偏差表：
取C1＝0.8mm， C2＝1mm
圆整后：δn=355+0.8+1＋△≈8(mm)

5.2水压校核
由《化工设备机械基础》P130，公式9-8，9-10，得：
＝
＝69.76 (MPa)
0.9φσs=0.9×0.7×345=217.35 (MPa)
因为<0.9φσs，所以水压试验时强度足够。

5.3 管板参数
查《换热器设计手册》P153 表1-6-11（A）固定式管板尺寸表（1.6MPa），得：

管板直径：D5＝600mm,

管板的厚度：b＝44mm

换热管外伸长度为：3~5 mm，取3mm

孔中小槽的深度为：0.5mm

螺栓孔直径为：d2＝23mm

螺栓规格为：M20

螺栓数量为：n2＝24个

管板法兰直径：D＝755mm

管板螺栓内侧边间距：D4＝642mm

螺栓孔高度：bf＝30mm

换热管直径：d1＝25mm

换热管数：n1＝178

拉杆螺纹公称直径：=16mm

拉杆长：L1=265mm L2=235mm

前螺纹长:=20mm 后螺纹长 Lb≥60mm
拉杆数：4根 倒角长：2mm
拉杆质量：m=4×（2.8×3.14×0.0162/4）×7850=17.668kg
管板体积
V=π4[D2-d22n2bf+0.006D42+0.004D52-d12bn1]
=3.14/4×[(0.742-0.0232×24)×0.034+0.006×0.6522+0.004×0.62-0.0252×0.044×166]=0.01377
管板质量：m=2×0.01377×7850＝216.18 kg
5.4 折流板计算与布置
折流板数为：9块
设挡板直径Da＝600-4.5=595.5mm 取595mm
圆缺高度ha＝0.25×595＝148.75 mm

折流板高度=595-148.75=446.25mm 取447mm
厚度c＝12mm
板间距＝300mm
查《换热器设计手册》P184 4.2.7 折流板质量计算可知
圆缺部分面积：=C·
由ha/Da=148.75/595=0.25
查《换热器设计手册》P184 表1-6-35 可得C=0.15355
所以：=C·=0.15355×0.5952=0.05436
折流板体积：
V=[(π/4×Da2-Af)- (π/4×d12n1+π/4×d22n2)]×c
=[（3.14/4×0.5952-0.05436）-(3.14/4×0.0252×166+3.14/4
×0.0162×4)] ×0.01
=0.001413
折流板质量：
m=9×0.001413×7850=99.83kg
折流板的布置一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进，出口接管，其余折流板按等距离布置。
5.5接管与管法兰
由《流体力学与传热》P207 得
进排气接管内径：
＝＝141.54mm
其中对于气体u一般取（0.15~0.2）=（0.15~0.2）=15.72~20.96m/s
查《化工单元过程及设备课程设计》 P127 附表 7-8 无缝钢管表（HG 5010-58 Pg=1.57MPa）得：
取 管的外径＝150mm
管厚＝4 mm
接管外伸长度=150mm

伸出高度＝150mm

法兰厚度=28mm

法兰外径＝245mm

螺栓孔间距＝210mm

孔直径＝18mm

螺栓数量＝8（M16）
进排水接管内径：

＝＝83.23mm
其中对于液体u一般取（1.5~2.0）m/s
查《化工单元过程及设备课程设计》P127 附表 7-8 无缝钢管表（HG 5010-58 Pg=0.25MPa）得：
取 管的外径＝108mm

管厚＝4mm
接管外伸长度=100mm

伸出高度＝100mm

法兰厚度=26mm

法兰外径＝215mm

螺栓孔间距＝180mm

孔直径＝14mm

螺栓数量＝8（M16）
5.6 封头设计
查《材料与零部件》P239得：
采用椭圆型封头，材料采用高合金钢，公称直径＝600mm，曲面高度＝150mm，
直边高度＝25mm，
厚度＝10mm，
重量＝37.7kg
查《化工单元过程及设备课程设计》P158—P160可得
管箱长Lmin=πdi2Ncp4E+h1+Sp
=3.14×252×834×154+150+10mm
≈425mm
Lmax=600mm
取管箱长度为550mm
管箱质量：m=3.14×0.63×0.55×0.009×7850=76.87kg

分程隔板长L=550-10-4=536mm
厚度b=10m
分程隔板质量以长方体板粗略估计：m=0.536×0.612×0.01×7850=25.75kg
5.7 支座设计
查《材料与零部件》P559 表 2-7-1 鞍式支座尺寸得：
当公称直径＝600mm时，
b1=180mm
L=550mm
B=120mm
b=90mm
m=220mm
5.8 法兰设计
采用平焊法兰，查《材料与零部件》P384 表2-2-21可得一下参数：
D=755mm
孔间距=705mm
孔直径=25mm
法兰重量=26.57kg
螺栓数量及规格：20个M22
5.9 膨胀节
冷热流体温度差距大于50℃，应增加膨胀节进行温度应力补偿，查《传质传热过程设备设计》 P47 表 1-21 得：
当Dg=600mm时，
波的最大外径D0=850mm
曲率半径R=35mm
L=160mm
壁厚s=4mm
一个波的质量为 24.4kg
第六章 附属设备选型
可以在设计的换热器上安装吊耳、温度计、压力计、流量计、泵、压缩机。

总传热量
Q=285.01kJ·s-1
冷却水体积流量
Vo=0.0098 m3/s

Ns＝1，Np＝2

φ25×2.5 mm

设ui＝7.0m·s-1

空气的雷诺数
Re＝884×104

空气普兰特准数
Pr＝0.691

空气传热膜系数
hi=292.84 W/(m2·℃)

管间距
s＝32mm

管长 L＝3m

单换热总管数
n=91(根)

横过中心管束中心线的管数
ne=15

外壳规格
φ600×10

两折流挡板间距
H＝300mm
水在两折流挡板间的最大截面Sc=0.0525m2

冷却水的流速
uc＝0.283m·s-1

冷却水雷诺数
Re＝4764.34

冷却水普朗特准数
Pr＝5.3

水侧传热膜系数
ho=2029.68 W/(m2·℃)

冷却水侧的热阻Rso＝0.00008598m2·K·W-1
热空气侧的热阻Rsi＝0.00034394m2·K·W-1
钢的导热系数
λ＝45W·m-1·℃-1

总传热系数
Ki=243.13

对数平均温度
△tm′=43.7℃

P＝0.068

R＝13

校正系数
φ＝0.839

校正后的对数平均温度
Δtm=36.66 ℃

总加热面积
Si＝33.21（m2）

换热管总数
n=178（根）
校核得出的空气流速
uh＝7.156m·s-1
合适

λ=0.0183

直管部分的压降
ΔP1=955.52Pa

弯管回路中的压降
ΔP1=1566.42Pa

管程总压降
ΔP=9389.14Pa

△p1′＝977.04 (Pa)

△p2′＝285.66 (Pa)
壳程总压降
△p＝1452.11
(Pa)

设计的冷却器采用双程管：
Np＝2
管间距为：
s＝32mm
总管数为：
n＝178根
拉杆数为：
m＝4根
开孔数为：
184个

隔板厚度10mm
隔板宽度12mm

圆缺高度
h=148.75mm
折流板数
NB＝9（块）

拉杆直径16mm
4根拉杆
管板上开184个孔

管板直径：
D5＝600mm
管板的厚度：
b＝44mm
换热管外伸长度取3mm
孔中小槽的深度 0.5mm
螺栓孔直径
d2＝23mm
螺栓规格 M20
螺栓数量
n2＝24个
管板法兰直径
D＝755mm
管板螺栓内侧边间距
D4＝642mm
螺栓孔高度
bf＝30mm
换热管直径
d1＝25mm
换热管数
n1＝178
拉杆螺纹公称直径=16mm

前螺纹长
=20mm
拉杆数 4根
拉杆质量
m=17.668kg

管板体积
V=0.0124344
管板质量
m=216.18 kg

折流板数 9块
挡板直径
取595mm
圆缺高度
148.75 mm
折流板高度取447mm
厚度c＝12mm
板间距 300mm

圆缺部分面积
Af=0.05436

折流板体积
V=0.001413
折流板质量
m=99.83kg

进排气接管内径D1=105.56mm

管的外径
150mm
管厚4 mm
接管外伸长度
150mm
伸出高度
150mm
法兰厚度
28mm
法兰外径
245mm，
螺栓孔间距
210mm
孔直径 18mm
螺栓数量
8（M16）

进排水接管内径D2=83.23mm

管的外径
108mm
管厚 4mm
接管外伸长度
100mm
伸出高度
100mm
法兰厚度
26mm
法兰外径
215mm，
螺栓孔间距
180mm
孔直径 14mm
螺栓数量
8（M16）

曲面高度
150mm
直边高度25mm
厚度 10mm
重量 37.7kg

管箱长 550mm
管箱质量
76.87kg
分程隔板长
536mm
厚度 10m
分程隔板质量
25.75kg

b1=180mm
L=550mm
B=120mm
b=90mm
m=220mm

D=755mm
孔间距 705mm
孔直径 25mm
法兰重量
26.57kg
螺栓数量及规格 20个M22

波的最大外径D0=850mm
曲率半径
R=35mm
L=160mm
壁厚s=4mm
一个波的质量为 24.4kg

第七章 设计结果一览表
换热器的工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸汇总于下表：
工艺参数
管程（空气）
壳程（水）
体积流量(m3/s)
0.2
0.0098
进/出口温度(℃)
143/39
28/35
操作压力（MPa）
1.4
0.1

物
性
参
数
定性温度（℃）
91
31
密度（kg/m3）
13.58
995.35
定压比热容（KJ·kg-1·K-1）
1.009

4.175

粘度（Pa·s）
2.15×10-5
78.7×10-5
普朗特准数
0.691
5.3
工艺主要计算结果

流速（m/s）
7
0.19
污垢热阻（m2·K/W）
0.00034394
0.00008598
压降（Pa）
7058.212
3335.2
对流传热系数（W·m-2·K-1）
29284
2029.68

总传热系数（W·m-2·K-1）
234.13

设备结构设计

程数
2
1
材料
碳钢
碳钢
换热器型式
固定管板式
管板

壳体内径（mm）
600
传热面积（m2）
33.21
管径（mm）
25
管数（根）
178
折流板个数（个）
9
折流板间距（mm）
300
管长（mm）
3000
管子排列方式
正三角形
切口高度（mm）
148.75
管间距（mm）
32
封头×2个
D0=620
封头法兰
dH=755
隔板
b=10
拉杆×4根
Dn=16
支座
JB1167-73 B
管箱（非标准）
D0=620
定距管
φ25×2.5
管箱法兰
dH=755
壳程接管
108
壳程接管法兰
215
管程接管
150
管程接管法兰
245
备注

第八章 设计感想
看着自己画的图和写的设计说明书缓缓地从打印机里出来，心里有一种难以言表的喜悦，十几天的艰辛都已经跑到脑后去了。课程设计时一个系统的设计过程，所以关于我的感想还是一步步慢慢说起吧。
一、查询资料
去年的时候也有一门课程设计，是机械设计的。两门课的课程设计有很多相通的地方，其中感受最深的一点就是要大量查阅资料。机械设计做的是减速器的设计，和换热器一样，很多零部件都是已经规范化的，所以查阅资料就显得尤为重要。接到设计的任务后，钟理老师就告知我们第一天的工作是查资料。可是由于自己反应过慢，再加上图书馆资源是在有限，所以未能在图书馆搜索到所需资料，不过如果万能的互联网帮我解决这个难题。在之后的设计中，自己都是遵循着参考文献一步步做设计。这个过程虽然繁琐，但是培养了自己的耐性和查阅资料的能力

二、计算设计
设计计算按时进行，并且进行得较为顺利。原因无非有两点，一个是之前的查阅资料的工作做得还可以，所以在计算的过程中能够快速地找到依据，做到每个数据都有据可依；另一个原因就是吸取同学的经验为自己所用，比如空气流速很多同学选了10m/s但在随后的校核中都没有成功，说明空气流速应该选小一点，所以我选了7m/s，结果一次校核就成功，不用返工当然省了不少的时间。计算是一个需要非常细心的过程，因为每个数据都是一环扣一环，一步错，接下来的计算过程也就作废。在设计的过程中我就出现这样的错误，那就是在计算物性数据那步出错了，幸好及时发现，避免一系列的错。这个过程培养同样培养了自己的耐性，还培养的自己的借鉴能力以及细心。

三、计算机画图
画图是我很期待的一个部分，因为大一有学过AUTO CAD再加上自己后来也有自学，并且在减速器的设计中应用了，所以这次选择用机画对我来说并不存在很大的难度。但是毕竟面对的是不同的对象，需要重新地布局，重新去构思一些细节的表达。

四、设计说明书编写
画好图后接着就编写设计说明书，出了输入数据和编排格式外，基本没有什么其他的锻炼了，最好的是能够对整个课程设计进行一个总结和回顾，也是对自己的一次不平凡经历的回顾。

尽管课程设计的过程非常的艰辛，但是正是这种艰辛锻炼了我们的耐心，细心和实事求是的精神。希望能有好成绩。

参考文献
【1】 《流体力学与传热》.邹华生，钟理，伍钦编，广州.华南理工大学出版社 2004
【2】《换热器设计手册》.钱颂文编，北京.化学工业出版社 2002
【3】《材料与零部件》（上）.上海人民出版社 1982
【4】《传热传质过程设备设计》.邹华生编，广州.华南理工大学出版社 2007
【5】《化工单元过程及设备课程设计》.匡国柱编，北京.化学工业出版社 2002
【6】《化学设备机械基础》.汤善普，朱思明主编，上海，华南理工大学 2004

22