多管程列管式換熱器的設(shè)計

1、南京工程學(xué)院課程設(shè)計說明書（論文）題目 多管程列管式換熱器的設(shè)計 課 程 名 稱 化工原理 院 (系、部、中心) 專 業(yè) 環(huán)境工程 班 級 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 設(shè) 計 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 目錄1 符號說明1.1物理量（英文字母）.11.2物理量（希臘字母）.12 設(shè)計目的 .13 參數(shù)與條件設(shè)置 .23.1已知參數(shù) .23.2設(shè)計條件 .24 設(shè)計計算 .24.1確定設(shè)計方案 .2 流動空間及流速的確定 .24.1.1選擇換熱器的類型 .24.1.2確定物性數(shù)據(jù) . .34.1.3計算總傳熱系數(shù) . .44.1.4設(shè)計傳熱面積 .55 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 .55.1.1 管徑和管內(nèi)流速 .5

2、5.1.2 殼程數(shù)和傳熱殼數(shù) .55.1.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) .65.1.4 傳熱管排列和分程方法 .65.1.5 殼體內(nèi)徑 .65.1.6 折流板 .65.1.7 接管 .76. 換熱器核算 .76.1.1 熱量核算 .76.1.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力 .10七設(shè)計總結(jié) .13 八換熱器結(jié)構(gòu)圖 .14九參考文獻(xiàn) .14一、符號說明：1.1物理量（英文字母）B 折流板間間距，m n 指數(shù)Cp 定壓比熱容，kJ/(kg·） N 管數(shù)d 管徑，m S 傳熱面積，m2D 換熱器內(nèi)徑，m t 管心距，mf 摩擦因數(shù) u 流速，m/sF 系數(shù)G 重力加速度，m/s2P 壓力，pa；

3、1.2 物理量（希臘字母） 對流傳熱系數(shù)，W/(m2·） 密度，Kg/m3 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·） 有限差值 粘度 Pa·s下標(biāo) 管外 m 平均2、 設(shè)計目的通過課題設(shè)計進(jìn)一步鞏固課程所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識進(jìn)行化工單元過程設(shè)計的能力，使學(xué)生能夠系統(tǒng)的運(yùn)用知識。通過本次設(shè)計，學(xué)生應(yīng)該了解設(shè)計的內(nèi)容，方法及步驟，使學(xué)生具有調(diào)研技術(shù)資料，自行確定設(shè)計方案，獨(dú)自設(shè)計計算，準(zhǔn)確繪制圖樣，編寫設(shè)計說明。 3、 參數(shù)與條件設(shè)置3.1.1已知參數(shù)（1） 熱流體（油）：T1=130，T2=50，Wh=6000kg/h；（2） 冷流體（水）：t1=30，t2=40，壓力0.

4、4MPa；3.1.2設(shè)計條件： 管程數(shù)：4；壓力降p<10100kPa（液體）；110kPa（氣體）；雷諾數(shù) Re<500020000（液體）；10000100000（氣體）；流動空間管材尺寸：25mm×2.5mm；管內(nèi)流速：1m/s；傳熱管排列方式：正方形排列；傳熱面積裕量S：20%；傳熱管長L，6m；折流擋板切口高度與直徑之比：0.20；管壁內(nèi)外污垢熱阻，自選；4、 設(shè)計計算4.1 確定設(shè)計方案:4.1、1選擇換熱器的類型;兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130，出口溫度50；冷流體（水）進(jìn)口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會減低，考

5、慮這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫和殼體之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。2、流動空間及流速的確定水走殼程，油走管程。選25mm×2.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取1m/s。4.1、2確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程油的定性溫度為 T=90(） 管程水的定性溫度為 T=35(） 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o= 825 kg/m3 定壓比熱容 Co= 2.22 kJ/(kg·） 導(dǎo)熱系數(shù) o= 0.140 W/(m·） 粘度 o=0.000715 Pa·s

6、水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994 kg/m3 定壓比熱容 Ci= 4.08 kJ/(kg·） 導(dǎo)熱系數(shù) i= 0.626 W/(m·） 粘度 i=0.000725 Pa·s4.1、3計算總傳熱系數(shù)1. 熱流量 Qo=()=296kw2. 平均傳熱溫差= (） 3. 冷卻水用量 4. 總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù) =4075 =w/(m2·）殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系=150w/(m2·）污垢熱阻 =0.000344 m2·/w =0.000172 m2·/w管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 w/(m·） = =131.7

7、w/(m2·）4.1.4設(shè)計傳熱面積= （m2)考慮20%的面積裕面，s=1.20=(m2)5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸5.1.1 管徑和管內(nèi)流速選用25mm×2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1m/s 表3-1 換熱器常用流速的范圍流速 介質(zhì) 循環(huán)水 新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低黏度油高黏度油氣體管程流速，m/s1.02.00.81.50.53>1.00.81.80.51.5530殼程流速，m/s0.51.50.51.50.21.5>0.50.41.00.30.82155.1.2 殼程數(shù)和傳熱殼數(shù)采用多管程結(jié)構(gòu)，取傳熱管L=6m，換熱器管程數(shù)為4，則 (根）每程管數(shù)為1

8、24/4=62 根5.1.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)R=P=根據(jù)R=8 P=1 得出平均傳熱溫差（）5.1.4 傳熱管排列和分程方法 采用正方形排列，取管心距t=1.25,則 t=+1.2525=31.25(mm)橫過管束中心線的管數(shù) =1.19=（根） 轉(zhuǎn)熱管排列方式正方形直列5.1.5 殼體內(nèi)徑才用多殼程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.6，則殼體內(nèi)徑為 （mm)圓整可取D=600 mm5.1.6 折流板 采用弓形折流板，去弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20%，則切去的圓缺高度為h(mm) 取折流板間距B=0.6D，則 B=0.6(mm) 折流板數(shù) =(塊）折流板圓缺水平裝配。

9、5.1.7 接管殼程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi) 流速為u=1 m/s，則接管內(nèi)徑為 （m) 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為60mm 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán) 流速u=1.5m/s,則接管內(nèi)徑為 d(m) 取標(biāo)準(zhǔn)管徑80mm 六.換熱器核算6.1.1 熱量核算圖 殼程摩擦系數(shù)f與Re的關(guān)系(1)殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用克恩公式 當(dāng)量直徑，由正方形排列得 (m)殼程流通截面積 (m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 =(m/s） =1340普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr=粘度校正 w/(m2·)(2) 管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積 =0.7850.022=0.0173 (m2)管程流體流速 Re=1

10、1572普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr= =(w/(m2·）(3) 傳熱系數(shù)K = =152w/(m2·）（4） 傳熱面積S （m2)該換熱器的實(shí)際傳熱面積 （m2)該換熱器的面積裕度為 H傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。6.1.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1） 管程流動阻力 Ns=1 Np=4 Ft=1.4 由Re=11572 傳熱管相對粗糙度,W/m· 流速ui=0.419 m/s 994kg/m3 所以 （785.3+261.8）=3864pa<10Kpa管程流動阻力在允許的范圍內(nèi)。（2） 殼程阻力 Ns=1 Ft=1.15流體流經(jīng)管束的阻力 F=0.3

11、NB=16 (pa)流體流過折流板缺口的阻力 B=0.36m D=0.6m4(pa)總阻力殼程流動阻力也比較適宜。（3) 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表換熱器模式：浮頭式換熱器 管口表換熱面積（m2):51符號尺寸用途連接型式工藝參數(shù)aDN60油入口平面名稱管程殼程bDN60油出口平面物料名稱油水cDN80循環(huán)水入口凹凸面操作壓力；MPa0.40.3dDN80循環(huán)水出口凹凸面操作溫度；30進(jìn)/40出130進(jìn)/50出eDN20排氣口凹凸面流量，m/s261186000fDN20放凈口凹凸面?zhèn)鳠崃?，kw296詳圖見八.換熱器結(jié)構(gòu)圖總傳熱系數(shù)，W/m2·K

12、152 對流傳熱系數(shù)，w/m2·k1248.6638.9污垢系數(shù)，m2·k/w0.0003440.000172阻力降，Pa386433.4程數(shù)41推薦使用材料c.sc.s管子規(guī)格25mm×2.5mm管數(shù)124管長mm6000管間距，mm32排列方式正方形直排折流板型式上下間距，mm360切口高度20%流體密度kg/ m3815715流速m/s1.91.6七 設(shè)計總結(jié)  化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)個人綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練，也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。 在換熱器的設(shè)計過程中我感覺我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提升， 主要有以下幾點(diǎn)： 1掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn) 現(xiàn)場中搜集的能力； 2樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力；3培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計算的能力； 4學(xué)會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計思想的能力。 從設(shè)計結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、