列管式換熱器課程設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計 題 目：列管式換熱器的設(shè)計 單 位：河南科技學(xué)院新科學(xué)院班 級：化工103班學(xué) 號：2010160303 姓 名: 高珍琪指導(dǎo)教師：朱芳坤 日 期：2012 年 5月 15 日任務(wù)書一、 設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計 二、設(shè)計任務(wù) 1、處理能力 ：9.5 x105 t/年煤油2、設(shè)備型號 ：列管式換熱器3、操作條件 ：煤油:入口溫度140 ，出口溫度40冷卻介質(zhì) ：循環(huán)水，入口溫度25，出口溫度35允許壓降 ：不大于105Pa每年按330天計建廠地址 ：新鄉(xiāng)三、設(shè)計要求1、選擇適宜的列管式換熱器并進行核算2、要進行工藝計算3、要進行主體設(shè)備的設(shè)計（主要設(shè)備尺寸、橫算結(jié)果等）4、

2、編寫設(shè)計任務(wù)書5、進行設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制（設(shè)備技術(shù)要求、主要參數(shù)、接管表、部件明細表、標題欄。）目 錄一、設(shè)計方案1 換熱器的選擇12流動空間及流速的確定1二、物性數(shù)據(jù)1三、計算總傳熱系數(shù)：21. 熱流量22. 平均傳熱溫差23. 冷卻水用量24. 總傳熱系數(shù)K3四、計算換熱面積3五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸31. 管徑和管內(nèi)流速32. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)33. 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)34. 傳熱管排列和分程方法35. 殼體內(nèi)徑46. 折流板47. 接管4六、換熱器核算51. 熱量核算52. 熱量重新核算63. 換熱器內(nèi)流體的流動阻力64. 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果7七、設(shè)計的評述7八、參考文獻8九、主

3、要符號說明9十、主體設(shè)備條件圖及生產(chǎn)工藝流程圖10一、設(shè)計方案 1 換熱器類型的選擇在本次設(shè)計任務(wù)中，兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140，出口溫度40；冷流體(循環(huán)水)進口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 2、流動空間及流速的確定 在固定管板式式換熱器中，對于流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點： (1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。(2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和

4、檢修。 (3) 壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 (4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。(5) 被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。(6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管

5、程，煤油走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.5m/。 二、確定物性數(shù)據(jù)兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表物性流體定性溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)煤油908250.7152.220.14冷卻水309940.7284.1740.626三、計算總傳熱系數(shù)（一）計算熱負荷（熱流量）按管間煤油計算，即（二）冷卻用水量忽略熱損失，則水的用量為（三）計算逆流平均溫度差逆流溫差（四）總傳熱系數(shù)K1.管程給熱系數(shù)，故采用下式計算2.殼程給熱系數(shù)假設(shè)殼程給熱系數(shù)3.污垢熱阻4.管壁的導(dǎo)熱系數(shù)碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。5.

6、總傳熱系數(shù)四、估算傳熱面積考慮15%的面積裕度，五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速選用的碳鋼換熱管，管內(nèi)流速2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單管程計算所需換熱管的長度按單管程設(shè)計，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長，則該換熱器的管程數(shù)為（管程）傳熱管的總根數(shù)（根）3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，因在圖上難以讀取，因而相應(yīng)以代替R，PR代替P，查同一圖線得。于是。單殼程雙管程屬于1-2折流，現(xiàn)用1-2折流的公式計算平均溫度差現(xiàn)對上述查圖方法進行說明。對于1-2折流有：令，則，。將R、P以代入上式得顯然，用對作圖應(yīng)為同一圖線。本設(shè)計取有效對數(shù)平均溫度差為

7、。4.傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數(shù)（根）5.殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整取D=2000mm。6.折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為，取。取折流板間距為，則，取。折流板數(shù)（塊）折流板圓缺水平面安裝。7.接管殼程流體（煤油）進出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑取標準管徑為300mm。管程流體（循環(huán)水）進出口接管，取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑（取標準管徑為400mm）六、換熱器核算（一）熱量核算1.殼程對流給熱系

8、數(shù)對于圓缺形折流板，可采用克恩公式當(dāng)量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為2.管程對流給熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為3.傳熱系數(shù)K4.傳熱面積該換熱器的實際換熱面積面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計要求。（二）換熱器內(nèi)流體的流動阻力1.管程流動阻力（Ft結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則，而，查圖得對的管子有管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。2.殼程流動阻力對殼程有折流擋板時，計算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)的一致性較好，但計算比較麻煩，而

9、且對換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細。工程計算中常采用Esso法，該法的計算公式如下：（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體Fs=1.15，Ns為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力F為管子排列方式對壓強降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯列時，。為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)為橫過管束中心線的管數(shù)，。折流板間距，折流板數(shù)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計的換熱器合適。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及計算結(jié)構(gòu)換熱器型式：帶熱補償非標準的固定管板式管子規(guī)格25×2.5管數(shù)2306根管長6m換熱面積：922.3m2管間距,mm32排列方式正三角形工藝參數(shù)折流板型式上下間距，6

10、00mm切口25%設(shè)備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑2000mm保溫層厚度無需保溫物料名稱循環(huán)水煤油接管表操作壓力，MPa0.40.3序號尺寸用途連接型式操作溫度，25/35140/401DN200循環(huán)水入口平面流量，kg/s1806.9442DN200循環(huán)水出口平面密度，kg/m39948253DN100煤油入口凹凸面流速，m/s0.5000.1534DN100煤油出口凹凸面?zhèn)鳠崃浚琸W73905DN20排氣口凹凸面總傳熱系數(shù)，W/m2K313.56DN50放凈口凹凸面對流傳熱系數(shù)，W/m2K2753505.7附工藝條件圖（略）污垢熱阻，m2K/W0.000420.000172阻力降，Pa4905.6

11、2788.8程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼七、設(shè)計的評價經(jīng)過3天的奮戰(zhàn)，終于完成了一個還算還算滿意設(shè)計，這幾天我過的很充實，是我大學(xué)里的第一次課題設(shè)計實習(xí)，看著自己的勞動成果，心里有種說不出的感覺。畢竟自己的努力還算有所回報，為自己的努力感到自豪。當(dāng)然也認識到自己的不足，自己在運用知識方面好有所欠缺，比如在作圖方面就很不熟練。我想說，為完成這次課題設(shè)計我們都很努力，但苦中有樂。我們一邊忙著復(fù)習(xí)備考，一邊還做課題設(shè)計，時間對我們來說一下子變得寶貴了。當(dāng)自己越過一個難題時，笑容在臉上綻放，很有成就感的。當(dāng)我看到設(shè)計終于完成時，我笑了。對我來說，知識上的收獲重要，精神的豐收更可喜。從這次課程設(shè)計中，我

12、不僅鞏固了課本的知識，還學(xué)到了許多其他的知識。這次設(shè)計讓我認識到學(xué)無止境的道理，我們在一塊討論，收獲了很多。讓我認識到團隊合作的重要性。還使我體會到挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計畢竟成為我大學(xué)期間的一個美好回憶！最后，非常感謝我的同組人員，正是有他們在一起討論，有了他們的幫助，才使我更快更順利地在較短時間內(nèi)完成本設(shè)計。八、參考文獻1 賈紹文，柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計.天津:天津大學(xué)出版社,2002.8. 2譚天恩,竇梅,周明華等.化工原理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.43中華人民共和國國家標準.GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，19894 時均等.化學(xué)工程手冊(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社，1996九、主要符號說明P壓力，Pa ; Q傳熱速率，W；