列管式換熱器-煤油換熱器-工程原理課設(shè)

1、南 京 工 業(yè) 大 學(xué)材料工程原理B課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器設(shè)計(jì)煤油處理能190000噸/年 專 業(yè)： 無機(jī)非金屬材料工程 班 級(jí)： 卓越工程師班 學(xué) 號(hào)： 1101130317 姓 名： 劉業(yè)奇 日 期： 2016年11月25日2016年12月9日 指導(dǎo)教師： 錢海燕 設(shè)計(jì)成績(jī)： 日 期： 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書·······················

2、·····································二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介···········

3、3;··············································1.換熱器的選擇··&#

4、183;·················································&#

5、183;···2.流體流動(dòng)空間的選擇············································

6、83;·····三、主要物性參數(shù)···········································&

7、#183;··············四、計(jì)算傳熱面積··································

8、;························1.熱流量·························

9、······································2.平均傳熱溫度差··········

10、83;············································3.冷卻水用量····&#

11、183;·················································&#

12、183;····五、換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸···········································

13、83;·········1.初選換熱器規(guī)格·······································

14、··············2.估算傳熱面積··································

15、3;······················六、換熱器核算··························

16、83;··································1.總傳熱系數(shù)核算··············

17、·········································2.裕量計(jì)算········

18、··················································

19、···3.壓強(qiáng)降計(jì)算··············································

20、;·············七、設(shè)計(jì)結(jié)果概要···································

21、83;·······················八、設(shè)計(jì)的評(píng)述·························&#

22、183;···································九、主要參考資料·············

23、··············································十、換熱器總裝配圖··

24、83;·················································

25、83;····一、設(shè)計(jì)任務(wù)書在某生產(chǎn)過程中，用循環(huán)冷卻水將煤油油由102冷卻至40 。已知換熱器的年處理量為19×104噸/年；水的進(jìn)口溫度和出口溫度分別為20 和28 。假設(shè)每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。1、處理能力 列管換熱器設(shè)計(jì)煤油處理能力19×104噸/年2、設(shè)備型式 列管式換熱器3、操作條件（1）釜?dú)堃海?煤油，入口溫度102，出口溫度40（2）冷卻介質(zhì)：井水（3）換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降：不大于50k Pa（4）煤油平均溫度下的物性參數(shù)：名稱（kg/m3）Cp (kJ/.)

26、（Pa.s） (W/m.)煤油9864.190.54×10-30.662二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，兩流體的溫度變化情況為：熱流體（煤油）進(jìn)口溫度102，出口溫度40；冷流體（井水）進(jìn)口溫度為20，出口溫度28。由于冷、熱流體間溫差不大于50，故選用固定板式列管換熱器，換熱器兩端管板和殼體連接成一體。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50且殼方流體較清潔及不宜結(jié)構(gòu)的物料。1.換熱器的選擇2.流體流動(dòng)空間的選擇對(duì)列管式換熱器，流體流經(jīng)管程還是課程，遵循以下原則：（1）不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。對(duì)于直管管束，宜走管程；（2）腐蝕性流體宜

27、走管程，以免殼體和管束同時(shí)被腐蝕；（3）為增大對(duì)流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體宜走管程；（4）兩流體溫差較大時(shí)，對(duì)于固定管板式換熱器，宜將對(duì)流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，以減小管壁和殼體的溫差，減小熱應(yīng)力；（5）蒸氣冷凝宜走殼程，以利于排除冷凝液；（6）需要冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，以減少冷卻劑用量；但溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜走管程，以減少熱損失；（7） 黏度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低Re下（Re100）即可達(dá)到湍流；對(duì)于本次設(shè)計(jì)任務(wù)因，釜?dú)堃簽楦g性介質(zhì)，適合走管內(nèi)，將冷卻水通入殼程三、主要物性參數(shù)定性溫度取冷、熱流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。煤油的定性溫度

28、為；循環(huán)水的定性溫度為根據(jù)定性溫度，分別查出走殼程和管程的流體的有關(guān)物性參數(shù)。表一 流體主要物性參數(shù)流體密度/黏度/比熱容/導(dǎo)熱系數(shù)/煤 油9860.662循環(huán)水9970.626四、計(jì)算傳熱面積1. 熱負(fù)荷令井水和煤油的角標(biāo)分別為1和2。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，換熱器每年的處理量 換熱器每年的工作時(shí)間，則煤油的質(zhì)量流量據(jù)熱量衡算方程若忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得，即2. 平均傳熱溫度差 逆流平均溫度差 校正系數(shù)是輔助量R與P的函數(shù)，=f(R,P)。 其中，假設(shè)為單殼程，根據(jù)圖1 查得溫差校正系數(shù)=0.94，因?yàn)?.8，假設(shè)成立。同時(shí)可選用單殼程的列管換熱器。則有。圖1. 單殼程、四管程溫

29、度校正系數(shù)圖 3. 冷卻水用量 根據(jù)熱量衡算方程式， 冷卻水用量5、 換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸初選）1. 管徑和徑內(nèi)流速 考慮到煤油具有一定的腐蝕性，不便清潔。為了便于清洗，所以管徑取。則管內(nèi)徑，管外徑，徑內(nèi)流速不宜太小，取水的流速u=1.2m/s2. 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)N=（根）初選換熱器規(guī)格采用25×2.0的碳鋼管，取管內(nèi)流速為u=1.2m/s殼徑D：600.00 公稱面積：110.00 管程數(shù)Np：4.00 傳熱管總根數(shù)NT：242.00 管長：6.00 排列方法：正三角形實(shí)際傳熱面積：112.1 總傳熱系數(shù) K0=Q/（S*tm）：695.4 3

30、. 傳熱管排列方式和分程方法 取管中心距。 每管程的管數(shù)n=226/4=56.5（根） 4. 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為。 取折流板間距h=320mm 折流板數(shù)NB=-1=(塊） 則有 )圖2. 換熱器總傳熱系數(shù)K的選取范圍六、換熱器核算 1.總傳熱系數(shù)核算（1） 管程對(duì)流傳熱系數(shù) (湍流） 所以（液體被冷卻） )(2) 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 換熱器中心附近管排中流體流通截面積為 式中 h折流擋板間距，取300mm T管中心距，對(duì)的管子，t=32mm 因?yàn)?，所以?由正三角形排列，得 因?yàn)樵诜秶鷥?nèi)，故可用下式計(jì)算 由于液體被加熱，取1.05，所

31、以 ） 確定污垢熱阻 圖3. 管外對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法（3）總傳熱系數(shù) 因?yàn)楣茏硬牧线x擇不銹鋼，取其導(dǎo)熱系數(shù)=16.5），所以 ） 2. 裕量計(jì)算 ，即傳熱面積有23.10%的裕量。 計(jì)算表明所選換熱器的規(guī)格可用。3.壓強(qiáng)降計(jì)算 （1）計(jì)算管程壓強(qiáng)降 前已算出 （湍流） 取不銹鋼管壁粗糙度為0.1mm，則，由摩擦系數(shù)圖查得=0.037，所以 對(duì)于的管子，且,所以 （2）計(jì)算殼程壓強(qiáng)降 其中， 管子為正三角形排列，取F=0.5 折流板間距h=0.32m 折流板數(shù) 所以， 從上面計(jì)算可知，該換熱器管程和殼程壓強(qiáng)降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器合適。七、設(shè)計(jì)結(jié)果概要參數(shù)管程 殼程進(jìn)/出口溫度 102

32、 40 20 28壓力/Pa4445.221275定性溫度71.00 24.00 密度986.00 997.00 定壓比熱容4.1904.174 粘度0.5400.894 熱導(dǎo)率0662 0.626 普朗特?cái)?shù)3.424.85形式固定式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑600殼程數(shù)1管徑25×2.0管心距32管長6管子排列正三角形管數(shù)242折流板數(shù)18傳熱面積112.1折流板間距300管程數(shù)4材質(zhì) 不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速0.340.75表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1976.064480.36污垢熱阻0.0001720.0002傳熱溫差24.79 傳熱系數(shù)766.99裕度23.10%八、設(shè)計(jì)的評(píng)述本次工程原理課程設(shè)計(jì)，是對(duì)我們教材中第四章傳熱知識(shí)的綜合運(yùn)用，對(duì)于我們了解傳熱過程的本質(zhì)以及換熱器的工作原理具有很好的鞏固作用。對(duì)于此次課程設(shè)計(jì)，我主要分成以下三個(gè)階段來進(jìn)行：第一階段仔細(xì)閱讀教材第四章傳熱的相關(guān)內(nèi)容，查閱換熱器設(shè)計(jì)的有關(guān)資料，了解換熱器設(shè)計(jì)的基本步驟；第二階段結(jié)合書本例題4-26進(jìn)行換熱器的選型、數(shù)據(jù)計(jì)算和最終核算；第三階段把所有的資料進(jìn)行整理，制成設(shè)計(jì)報(bào)告。在這些過程中，我學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝條件查找相關(guān)資料，并從相關(guān)資料中篩選出對(duì)本次設(shè)計(jì)有用的信息。而且，通過此次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)主體設(shè)備圖的印象，對(duì)化工原理設(shè)計(jì)的相關(guān)步驟和有關(guān)內(nèi)容也有了一定的了解。除此之外，在制