化工原理课程设计(多壳式换热器).docx

南京工程学院课程设计说明书（论文）题目多壳程列管式换热器的设计i三课程名称：院（系、部）：专业：班级：学生姓名：学号：设计地点：指导教师：化工原理课程设计B尼学院环境工程K环境091文理楼A404李乾军张东平工程基础实验与训练中心设计起止时间：2011-12-52（H1.1216书目一、符号说明：1.1物理量（英文字母）：IN物理量（希脑字母）：二、设计目的:三、介数与条件设置：3.1 已知叁数，3.2 加好四、设iHf算：4.1 确定设计方案：4.1.1 选择换热器的类型，4.2 确定物性数据：4.2.1 定性侬，5.2.2 物性Mi5.3.1 持流量：5.3.2 平均传然源差：5.3.4 总传热系数K5.4计算传热面积I55工艺尺寸：5.5.1 管径和管内流速：5.5.2 管程数和传热管数I5.5.3 平均传热温差'5.5.4 传热管排列和分程方法：5.5.5 壳体内径t5.5.6 折流板：5.5.7 接管，1.1 .1热量核算I1.2 .2换热给内流体的流淌阻力I设计总结：6.1 综合设计总结：6.2 个人设计总结：七、弁考文献：一、符号说明：二、1.1.物理量(英文字母)CP定压比热容，KJ(kg.0C)Qm热容量流率比d管径,mD换热器壳径,mf摩擦系数F系数g重力加速度,ms2B挡板间距K总传热系数,W(m2JC)I长度,m1.长度,m1.2物理量(希腊字母)对流传热系数,W(m2.oC)导热系数,W(m2.oC)£传热系数n管数N程数P压强,Paq热通量,W7m2Q传热速率或热负荷,Wr汽化热或冷凝热KJ/kgR热阻，m2.oCVS传热面积，m2T流体温度，。Ct流体温度，"CV流速m/s黏度，Pa.s密度,kgm3。校正系数二、设计目的通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培育学生运用所学理论学问进行化工单元过程设计的初步实力，使所学学问系统化。通过本次设计，应了解设计的内容、方法及步骤，使学生有调研技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书的实力。三、参数与条件设置：3.1 已知参数：（1）热流体（柴油）：T1=18O,C,T2=130r,VVh=36000kgh;（2）冷流体（油品）T=6（C,t2=110C,压力0.4MPa;3.2 设计条件：（1） 壳程数：2；（2） 压力降p<10-100kPa（液体）；I-IOkPa（气体）；雷诺数Re<500020000（液体）；10000-100000（气体）；（3） 流淌空间管材尺寸：19mm×2mm、25mm×2m11is25mm×2.5mm;（4） 管内流速，自选；<5）传热管排列方式：正三角形排列、正方形排列、正方形错列；（6） 传热面积裕量S：1025%;（7） 传热管长1.,3、4.5、6、9、12m；（8）折流挡板切口高度与直径之比：0.20.0.30；（9）管壁内外污垢热阻，自选，Rsi=5.1590X1.oT,Rso=3.4394×104m2.oCVV;四、设计计算4.1 确定设计方案4.1.1 选择换热器的类型：两流体温度的改变状况，热流体进口温度为180C,出口温度130To冷流体（原油）进口温度为60C.出口温度HOco该换热器用有油品进行冷却，内部用油品（煤油、汽油、石脑油），冬季操作温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温相差较大，因此确定用浮头式列管式换热器。4.2 确定物性数据4.2.1 可取流体进口温度的平均值。管程柴油的定性温度T=国产=155。C壳程油品的定性温度t=当空=85式由于浮头式换热器拆卸比较简洁，应使冷却油柴油走壳程，原油走管程。柴油在155C时的物性数据如下：密度po=715kgm3定压比热容Cp）=2.48KJ（kg.oC）导热系数o=O.113W（m2.oC）粘度0=0.00064Pa.S原油在85fC时的物性数据如下：密度pi=815kgm3定压比热容Cpi=2.22KJ(kg.0C)导热系数)j=0.128W(m2.oC)粘度Hi=O.003Pa.sT=18()*C,T2=13(C,t=6(C,t2=11OC5.3计算总传热系数:5.3.1 热流量：Q,=WWPN、=3«XX)X2.4«X(IS)-13()=4.464XkJIh=124O(¼)5.3.2 平均传热温差：因为组=12,411,=A9"=50oC/,25.3.3 冷却油用量：QCpiM4.464XIO62.22x(110-60)=40216(g)5.3.4 总传热系数：管程传热系数d,uiptO.O2×O.5×815Kc=/,0.0033黑7严端髀壳程传热系数假设壳程的传热系0=290VV(m2.oC)污垢热阻Rm=5.1590×104m2.oCVVRso=3.4394×104m2.oCW管壁的导热系数=45VV(m2.oC)K<11.J0bd1.,1+R1-+-+R1+''d,dan。而+5.159。Xm妈+两荻(M巴34394M+,25.22x0.0200.02()45×0.02254=6875.4计算传热面积S=WKrm1240x10'X”、一=36.10»')687x50考虑15%的面积裕度，S=1.I5×5=1.15x36.1=41.44K(n2)5. 5工艺结构尺寸6. 5.1管径和管内流速选用25X2.5传热管(碳钢)，取管内流速W=O.5ms表51换热器常用流速的范围流速介质循环水除新水一-般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体管程流速1.0-2.00.8-1.5O.5-3.O>1.00.8-1.80.5-1.55-30光程流速0.5-1.50.5-1.50.2-1.5>0,50.4-1.0O.3-O,82-15南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）5.5.2管程数和传热管依据传热管内径和流速确定单程传热管数40216/(815x36()0)O.785×O.O22×0.5=87.388(根)依据单程管计算，所需的传热管长度为SnSj1.1.11r3.14×O.O25×88=6,S=41.448,因壳程=2,管程S,所以A=1x6=60）按单程管设计，传热管过长，则采纳多管程结构。现在传热管长1.=6m,则该换热管程数为N=IX88=88（根）表5-2设计方案中选取的4种管程的管程布置程数流淌依次管箱隔板介质返回侧隔板5.5.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数1.=110-60=042T1.-tiISO-60R=蜡=j三=,又因为壳程=2依据多壳程，单管程结构，温差校正应查有关图表。但R=I南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）的点在图上难以读出，由幺化工原理上册小页查图4-19可得0=898平均传热温差w=SVArm=0.98×50=49'C图光程摩擦系数f0与RCt）的关系5.5.4传热管排列和分程方法采纳组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采纳正方形排列。去管心距t=1.25d0,则=1.25×25=31.2532（nvn）横过管束中心线的管数=I.I9v=1.1988=II.2I25.5.5壳体内径采纳多壳程结构，则壳体内径为。=，("c-1)+34=32(12-1)+3X0.025=352.1(圆整可取D=350mm5.5.6折流板采纳弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为=0.25x350=87.5,故可取h=90三取折流板间距B=O.3D,则8=0.3X350=1050mm),故取B为11011UDo传热管长36000折流板数NB=丽丽而"=F"=326(g折流板圆缺面水平装配。5.5.7接管壳程流体进出口接管：取接管内柴油流速为U=1.0ms,则接管内径回=/4X3三)(三X715)=00178(VmV3.14x1.0管程流体进出口接管：取接管内原油流速为u=1.5ms,则=0.0116(7»)UX40216/(36(6)×815)N3.14x1.55.6换热器核算5.6.1热量核算(1)壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采纳克恩公式当量直径，由正三角形排列得X0.032-0.785×0.0252)3.14x0.0250.020(m)壳程流通截面积：SD=BfX1.-¾=0.1×().35(1-竺身)=8.42xK)j(mi)t南京工程学院课程设计说明书(化工原理课程设计)壳程流体流速及其雷诺数分别为360(X)“3600x715)ReO=8.42×I00.020x1.66x7153×IO,=1.66("js)=7913普兰特准数2.48×I(XX)X0.(4×1031.0.113粘度校正Pr=14.05（八）"14N40=0.36Xy×791.30j,×14.05'=678W/(m2.,C)(2)管程对流传热系数q=0.0234Re<,W4管程流通截面积Si=0.785XO.O22y=0.0138(M)管程流体流速40216(36×815)0.0138=0.99(”5)C0.02×0.99×815UFCRc=：=537930,Pr=222×w×3×1°=52.03普兰特准数0.128O1%=O.O23潦*37帖X52.02”，=690W".P)(3)传热系数K().()25690x0.020+5,159()1.0-三÷0-m25×00250.020450.0225-=230.57W(n-.C)+3.4394×10*+6781240x10'-230.57x50(4)传热面积S=107.6(w2)该换热器的实际传热面积SpS,.=W1.)(,-j.)=3.14X0.025×6×(88-I2)=35.8(w2)该换热器的面积裕度为H=X100%=""S-.8X%=6?%S107.6传热面积合适，该换热器能完成任务。南京工程学院课程设计说明书(化工原理课程设计)5.6.2换热器内流体的流淌阻力(1)管程流淌阻力=(+R)rp=2,N,=1,5=1.4M=*亨记”与由Re=5379,传热管相对粗糙度等=o.oo5,查莫狄图得4由Re=,传热管相对粗糙度,查莫狄图得管程流淌阻力在允许范围之内。(2)壳程阻力1=('+)VaM="=1.15流体流经管束的阻力=(f+F=().5,人=5X7913但=().65nc=12.NH=326.u0=1.66,1=0.5×0.65×12×(326+1)×_1256(Pa)流体流过折流板缺口的阻力=/V(3.5-强号.=O.1.1.D=O.35AE=326(3.5-2x011)I"："：=9,2x0s(Pa)O352总阻力壳程流淌阻力也比较相宜。(3)换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表5-3表5-3换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：浮游器式换热器管口表换热面枳符号尺寸用途连接型式工艺参数a名称管程*DJ兀程b物料名称原油煤油C模作压力,MPa<1操作温度,°C180/130110/60C排气口流量,kg/hf放净口流体密度,kgm'825附图流速，Ws0.50.5传热量，kw总传热系数.w.,m2.k对流传热系数,w/m'.k污垢系数，三AKI阻力降,MPa程数举荐运用材料碳铜碳钢管子规格管数管间距,mm排列方式折流板型式间由mm壳体内径保温层厚度,mm南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）六、本设计的个人小结：通过本次课程设计，我对换热器的结构、性能都有了肯定的了解，同时，在设计过程中，我也驾驭了肯定的工艺计算方法。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发觉进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑许多方面的因素。首先要满意传热的要求，本次设计时，由于初选总传热系数不合适，使规定条件下的计算结果与初设值的比值不在要求范围内，因此，经过多次计算，才选择到合适的K值为44灯齐y计算结果为3ewVy平安系数为16.8%,满意要求。其次，在满意工艺条件的前提下选择合适的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。再次，从压强降来看，管程约为10401Pa,壳程约为4432Pa,都低于要求值（5OkPa）,因此，可适当加大流速，从而加大对流传热系数，削减污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低污垢热阻，然而，流速增加，流淌阻力也会随之增大，动南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）力消耗就增多，因此，作出经济衡算在确定流速时是相当重要的。此外，其他因素（如加热和冷却介质用量，换热器的检修和操作等），在设计时也是不行忽视的。依据操作要求。在检修和操作方面，固定管板式换热器由于两端管板和壳体连接成一体，因此不便于清洗和检修。本次设计中，在满意传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互冲突的。如：若设计换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，可能使总传热系数或压强降减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，且换热器的造价也提高了。因此，只能综合考虑来选择相对合适的换热器。然而在本次设计中由于阅历不足，学问有限，还是存在着许多问题。比如在设计中未考虑对成本进行核算，仅在满意操作要求下进行设计，在经济上是否合理还有待分析。在设计的过程中我发觉板式换热器采纳同一板片组成不同几何尺寸和形态的流道（非对称流道）解决了两侧水流量不等的问题，同时与对称结构相比具有相同的耐压性和运用寿命。总之，通过本次设计，我发觉自己须要继学习的学问还许多，我将会仔细请教老师，不断提高自己的南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）学问水平，扩展自己的学问面。明书（化工原理课程设计）七、参考文献1、化工传递与单元操作课程设计.贾绍义，柴诚敬。天津高校出版社，2002。2、化工原理.陈迁乔，王娟，曲虹霞，马卫华。国防工业出版社，2007。3、化工过程及设备设计.华南理工高校出版社，1986。4、化工设计.王静廉，黄璐。天津高校出版社，1989。5、化工原理.谭天恩，麦本熙，丁惠华。化学工业出版社,1992o八、换热器的结构图如下:卜折潮三;2-管束;3端体;封头;5也象6普极刚-36瞅管般B1.南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）