浮頭式換熱器課程設(shè)計

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一設(shè)計任務(wù)書 2\o"CurrentDocument"二設(shè)計計算 2\o"CurrentDocument"2.1確定設(shè)計方案 22.11選擇換熱器類型 22.12管程安排 2\o"CurrentDocument"2.2確定物性數(shù)據(jù) 2\o"CurrentDocument"2.3估計傳熱面積 32.31熱流量（忽略熱損失） 32.32冷卻水的用量 32.33平均傳熱溫差 32.34初算傳熱面積 3\o"CurrentDocument"2.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸 42.41管徑和管內(nèi)流速 42.42管程數(shù)和傳熱管數(shù) 42.44傳熱管排列和分程方法 5\o"CurrentDocument"2.45殼體直徑 52.46折流板 5\o"CurrentDocument"2.47接管 5\o"CurrentDocument"2.5換熱器核算 62.51傳熱面積校核 62.52換熱器內(nèi)壓降的核算 8\o"CurrentDocument"三設(shè)計結(jié)果匯總表及圖 9設(shè)計任務(wù)書某生產(chǎn)過程中，需將6000kg/h的原油從175°C冷卻至130°C，壓力為0.4MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.3MPa,循環(huán)水進口溫度25C，出口溫度為55C。試設(shè)計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。二設(shè)計計算2.1確定設(shè)計方案2.11選擇換熱器類型兩流體的溫度變化情況：原油進口溫度175°C，出口溫度130°C；循環(huán)冷卻水進口溫度25C，出口溫度55C?？紤]到換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。2.12管程安排由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加速污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，故總體考慮，應(yīng)使循環(huán)冷卻水走管程，原油走殼程。2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。故殼程原油的定性溫度為：T="；130)=152.5C管程循環(huán)冷卻水的定性溫度為：

t=(25+55)=40°C2已知原油在定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度 p0 =820kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) 人0=0.128W/m°C定壓比熱容 C =2.20kJ/kgCP0粘度 日0 =0.665mPa-s循環(huán)冷卻水在40C下的物性數(shù)據(jù)如下：密度p?=992.2kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) 人0=0.634W/mC定壓比熱容 C=4.1744KJ/kgCP0粘度 h0=0.656mPa-s2.3估計傳熱面積2.31熱流量(忽略熱損失)Q0=m0Cp0t0=6000x2.2x45kj/h2.32冷卻水的用量Q0

Q0

m.=——='CP015940004.1744x30=47732kg/h2.33平均傳熱溫差先按照純逆流計算得：(120-105)/=112.36Cln 1052.34初算傳熱面積由總傳熱系數(shù)的選擇表可得：K的取值范圍為290~698W/(m20C)，在K的取

值范圍內(nèi)，取K=320W/(m20C)。則估算的傳熱面積為:Q0Q0Ktm =4.6m2320X112.362.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.41管徑和管內(nèi)流速選用425mmx2.5mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速Uj=0.5m/s2.42管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)m.14743.2n3600xp. ■，一 °4743.2N= l= 總9兀力 0.785x0.022x0.5x3600x992.2—du4'按單程管計算所需的傳熱管長度為l=%= ?6.5m兀dQu.3.14x0.025x9按單程管設(shè)計，傳熱管較長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)本設(shè)計實際情況，可取傳熱管管長L=1.5m，則該換熱器的管程數(shù)為:N=—^5L傳熱管總根數(shù) n=5x9=452.43平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)計算如下:P=上^=-^0=0.2T1-11 150R=口= =1.512—t] 55—25按單殼程溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表，可得:中t=0.98

平均傳熱溫差tm=9 =0.98x112.36=110Cm由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,故取單殼程合適。2.44傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距尸,=1.25d0；Pt=1.25x25牝32mm隔板中心到離其最近一排管中心距離按式計算：_P—32,“Z=—t+6=——+6=22mm2 22.45殼體直徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑可按式估算，取管板利用率門=0.7，則殼體直徑為D=1.05P,，-=1.05x32x「竺=271mm‘\：門 \'0.7圓整可取D=273mm。此時L=55符合要求。D2.46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h=0.25x273=68.25mm取h=100mm。取折流板間距B=0.3D 貝貝B=0.3x273=81.9mm 可取B=150mm折流擋板數(shù)Nb=%-1=92.47接管4x6000=0.051m殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)原油流速為ur=1.04x6000=0.051mD1=i1V3.14x1.0x3600x820

圓整后可取管徑為60mm。4x4743.2管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u2=0.5m/4x4743.2D=，' =0.0582mm213.14x0.5x3600x992.2圓整后取管徑為60mm。2.5換熱器核算2.51傳熱面積校核（1）管程對流傳熱系數(shù)，按式計算:以=0.023%R0.8P0.4ider管程流通截面積：S=-x0.022x竺=0.002826i4 54743.2管程流體流速和雷諾數(shù)分別為：4743.2u= =0.47m/si3600x992.2x0.002826R=些=0.02x0.47x992.2=14217.5e^ 0.656x10-3普蘭特準數(shù)：a A,（2）殼程對流傳熱系數(shù)，對于圓缺形折流板，可采用克恩公式:a=0.36（上）R0.55P3（土）0.140 der、曰/e w當量直徑由正三角形排列得:4(=P2—§d02)4x(223x0.0322-：x0.0252)de Kd 3.14x0.025 0.020m0殼程流通截面積：

S=BD(1-io)=0.273X0.150x(1—癸)=0.009m20 P 32t6000殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：6000U0=3600x820x0.009=0.23m/、dupR=e00=5672.2*0nC* 2.2X0.665P=p00= =11.43r人0.128粘度校正（打）0.14R1*w0128 1a0=0.36x x5672.20.55x11.433x1=602.2（3） 污垢熱阻和管壁熱阻R（管壁內(nèi)側(cè)）=0.00035m2°C/WR（管壁外徑）=0.0003m2°C/Ws0已知管壁厚度b=0.0025m碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為：X=40W/（m°C）（4） 總傳熱系數(shù)K=357W/(m2=357W/(m2°C)dcdbdc1ad+RdR0+^ii im 0（5）傳熱面積校核，依式可得所計算傳熱系數(shù)面積為:S=烏=些01=4m2Kt 357x110該換熱器的實際傳熱面積:S=兀d0Ln=0.025x3.14x1.5x45=5m2該換熱器的面積裕度為：H=￡^x100%=25%S

傳熱面積裕度適合，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.52換熱器內(nèi)壓降的核算(1)管程阻力P=(P+P)NNFi1 2sptN=5N=1F=1.4tP=xL嘗1id2P=°pu2 2由R^=14217.5，傳熱管相對粗糙度e/d=0.01，查莫狄圖得人,=0.042W/moC。流速:u=0.47m/sp=992.2kg/m3i1.50.472x992.2P2=3x992.2P2=3x992.2*0.472=329Pa2P=(345+329)x5x1.4=4718Pa<10KPai管程流動阻力在允許范圍內(nèi)。(2)殼程阻力F=0.5、為折流擋板數(shù)，、=9n=1.13=1.1^.-45=9c￡P(guān)=(P'+P)FN0 1 2ssN=1F=1.154,=Ffy(nb+1)^o2P=N(3.5-竺)*22BD2f=5.0xR(-0.228)=5.0x5672.2(-0.228)=0.7820x023P1=0.5x0.7x9x(9+1)x8—2——=683Pa2x0.15、820x0.232P2=9x(3.5-0273)x 2 =468.5Pa總阻力￡P(guān)=9x(683+468.5)x1.15x1=1324Pa<10KPa殼程流體也比較適宜。三設(shè)計結(jié)果匯總表及圖

傳熱面積（m2）：5符號尺寸用途工藝參數(shù)a名稱管程殼程b物料名稱循環(huán)水原油c操作壓強，