化工原理课程设计列管式换热器设计.docx

课程设计任务书设计一个列管式冷却器，冷却器的年处理实力为19.8×104u将煤油液体从140"C冷却到40nCo冷却水的入口温度为30C,出口温度为40o要求设计的换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。设计要求（1）换热楷工艺设计计算（2）换热器工艺流程图（3）换热器设备结构图（4）设计说明书目一、前言二、方案设计5I、确定设计方案52、确定物性数据53、计鸵总传热系数64、计算传热面枳65、工艺结构尺寸66、换热器核算8三、设计结果一览衣I1.四、对设计的讲述12五、参考文献12六、主蹙符号说明13一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产须要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.,n,.T-3Tn1TXX三1.rI1.q1,k.1.Z1.J图1选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,便利清洗,复合实际须要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉醉式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简洁、坚实、制造较简洁、处理实力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温柔大型装置中运用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。二、方案设计某厂在生产过程中,需将煤油液体从140C冷却到40C。冷却器的年处理实力为19.8X104I。冷却水入口温度30C,出口温度4(C°要求换热港的管程和壳程的压降不大于100kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。1.确定设计方案(1)逸界换热4»的类型两流体温度改变状况：热流体进口温度I40C,出口温度40*C冷潦体。冷流体进口温度30'C，出口温度40C。该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低,考虑到这因索，估计该换热器的管壁湿柔流体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。(2)流於空间及渡速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程,煤油走完程。另外，这样的选择可以使煤油通过壳体壁面对空气中散热，提育冷却效果.同时，在此选择逆潦。选用-25X2.5mm的碳钢管,管内流速取Ui=I.2ms.2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。T=ZEOC壳程煤油的定性温度为：2管程流体的定性温度为：I=丝士竺=3定2依据定性温度，分别查取壳程和箔语流体的有关物性数据。煤油在I1.Oe卜的有关物性数据如卜.：密度Po=825kgm3定压比热容cpo=2.22kJ(kg*C)导热系数t>=0.14W(mX?)粘度U,>=O.OOO715Pas冷却水在35C下的物性数据：密度P=994kgm,定压比热容Cp.=4.08kJ/(kg*C)导热系数i=0.626W(m'C)粘度i=0.(XX)725Pas3.计算总传热系数1.98X10SX1.o31.=300×24=2.75X104KghQO=1.CMAU=2.75XIO4×2.22×(14()-40)=6.11×106KJZh=I697.2Kw(2)冷却水用*qH49755Kg(140-40)-(40-30)1140-40In40-30(4)总传输系数(3)平均传热工差=39.,C假设&=300¥力/。C32904R_diXUM_0Q2x1.2x994ei-7.25x1.OT.0.8c0.4i=0.023×X(甘)=5506W(m2)管壁的导热系数人=45W(m2)Rs=0.00034m2C，WRSO=O.000172m2rWK=0.025(1.00250(1251=236.7W/(1112,)_+0.00034x÷45002z5÷0.000172s，=3=嘿誓=i839m2Ktm236.7×39若考虑15%的面积裕度S=I.I5S=211.5m25、工艺结构尺寸(I)管径和管内激#及管长选用W25X2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速u=1.2ms(2)管程段和传热管数依据传热管内径和流速幽定单程传热管数.149755+94+36001Ns1120.78S×0.02X1.2按单管程计算，所需传热管长度为211.511doNs3.14×0.025×112=24.1按单程管设计，传热管过长，宜采纳多管程结构，现取传热管长度1.=6m,则该换热器的管程数为m1.24.5.np=T=V=4传热管总根数N=I12x4=448(根)(3)平均传热温差校正及光程数平均传热温差校正系数14()-4()I(M)R=1()40-30IOz,40-301-I4O-3O-1按堆壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差i11,=,-,=08239=32C(4)传络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。取管心距I=125do，则t=1.25×25=32(mm)横过管束中心线的管数Ac=1.1.944826()(三)光体内径采纳多管程结构，取管板利用率Q=O7,则壳体内径为=1.05×32.1.1.-=850mmV0.7圆整可取D=900mm(6)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h=O.25X9OO=225mm,故可取h=22Omm,取折流板间距B=O.3D,则B=0.3X900=270mm,可取B为300mm。折流板数NB=黑瑞/翳9(块)折流板圆缺面水平装配.<7)接管克程流体进出口接管：取接管内煤油流速为U=InvS,则接管内径为f4VU275(X)÷297Oa)Onno.d1=.=.1=0.1086nVu3.14圆整后可取管内径为I(X)mm管程潦体进出口接管：取接管内冷却水流速u=2.0ms,则接管内径为)4×I49755+35784(X),z,d,=I=0.163m1 V3.14×2.0圆整后可取管内径为16Omm6.换热器核算(1)热量核算壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采纳凯恩公式o=0.36PryX卫)u£4当量直径，由正三角形排列得d=0.02m亮程流通截面积S=BD(I-)=0.3×0.9×(I-0025)=0.059Im°t0.032克程流体潦速及其由诺数分别为=纱9痣却OOOO=Oj5加心0.0591Re。=O.O7I5().02×0.157×825C=3623普兰特准数2zznn.(ino750.140=11.34粘度校正(上严儿,=0.36××3623,5×1.1.34,y3×1.=509W/(n-D00.02管程对潦传热系数,=0.023"Pr"'O管程流通截面积S1=0.785×().022X448÷4=0.0352m2管程流体潦速149755÷(994X3600)，0.035211. =1.2m/s迹3273普兰特准数0.626a,=0.023XX32904。'×4,734=583OW/(m2)().02传热系数KK=：(IdbdI-+R.1.+-+Rm1+-%，4巩出三+,)344x+O(X)25X0025+(K)(X).72÷-1.5830x0.02=351.8VV(n-D0.0245×0.0225509传热面枳SvQ.1.6972×106Kng2.S=15().8，/KMm351.8×32该换热器的实际传热面积Sp5p=do1.(r-c-n)=3.1.4×0.025×(448-65-10)×(6-0.06)=173.9m2该换热器的面积裕度为衿修Xi%传热面枳裕度合适，该换热器能够完成生产任务。(2)换IM1.内流体的压力降管程流淌阻力AP=(P+P2)HNsNpNs=I,Np=4,Ft=1.4由Re=411.31.,传热管相对粗糙度3=0.005,查莫狄图得入i=O.O35Wm七,流速Ui=I.2Ws,P=994kgn3,所以69941I：>=().()37×X-=7.94KPa'0.022A/，=3x994x1.2i=214KpaZAE=(7.94+2.14)1.44=64.512KPa<1.(K)KPa管程压力降在允许范围之内。壳程压力降ZAP=(A6+A)FtNsNs=If=1.15流体潦经管束的阻力AR=FgN1.tQ号F=0.5=5x362334=26,Njr=19此=0.157AR=0.5X0.772×26×20825亭571=24KPa潦体潦过折流板缺口的阻力M=AM3.5一争当B=0.31.D=0.9m=N(3.5-)匕金=19×(3,5-色丝)X3“'=0.547KPa*D20.92总乐力降ZAR=(2.04+0.547)×1×1.15=3.006IKI,a<1.(K)KPa壳程压力降也比较相宜。三、设计结果一猿表换热卷主要结构尺寸和计算结果换热器形式：固定管板式换热面积(m'):172.1工艺参数名称管程光程物料名称循环水煤油操作压力，Pa0.40.3操作温度，c30/40140/40iftff1.kg/h14975527500流体密度，kgm'994825流速，m/s1.26.157传热量，kW1697.2总传热系数，Vm2K236.7传热系数,W/(m,r)5830509污垢系数，m:K/W0.0003440.000172阻力降,kPa64.5123.0061程数4I举荐运用材料碳钢秒钢管子规格025X2.5管数448管长mm:6000管间距，胸32排列方式正三角形折流板型式上下间距，11m300切口高度25%充体内彳仝,mn900保温层厚度，三未知四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒港地以为是像其他课程一样是试验类的,听课的时候也头雾水，根本不知道该做什么,该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是依据老师供应的模板，用新的数据代为旧的数据，其他的公式完全照抄，花了天时间，最终把计算部分完成了。裕度15%,在合理范围内，但是，一看压力降却完全不合理.再细看模板和自己的设计的时候，发觉了许多问题，我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财需命。所以我确定重新来过，但做出来的裕度尽然始终都在50%以上，重新分析计算的过程中也出现了几次钳误，由于急于求成，兑出来后的结果偏离太多，检查才发觉部分数据出现了错误，而J1.老师给的模板里面也有些错误，这样照搬下去的一些公式就除r问题只好静下来仔细地理解和消化原有的一些公式,这样又一次重新算过。因此，我又花了一天的时间在计匏上。那么接下来就是画图了，由学过化工制图，以为画图比较简洁，5个小时左右可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难支配，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。最终，只好把管数支配成易于排列的数目，才解决了这个问题。其实，在整个过程中，虽然遇到了许多问题，也犯了不少错误，但是自C1.真的学到了许多东西，比如WOrd文档公式的运用，比如如何使自己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要具体的考虑各种可能出现的问题和解决方法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何查找数据也很重要,假如自己查不到数据，接下来的工作完全没方法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严峻的后果。六、参考文献6化工原理，王志魁编，化学工业出版社，2006.化工设答设计，潘国吕，郭庆丰编著，清华高校出版社，1996.£化工物性算图手册.刘光启等编著，化学工业出版社，2002.生物工程专业课程设计,尹亮，黄儒强编.石油化工基础数据手册3S化学化工工具书等.七、主要符号说明煤油的定性温度T冷却水定性温度t煤油密度Pc冷却水密度Pi煤油定压比热容Cp*>冷却水定压比热容Cpi煤油导热系数Xo冷却水导热系数i煤油粘度Uo冷却水粘度Ui热流量w1,冷却水流量叱热负荷Qo平均传热温差AJ总传热系数K管程宙诺数凡温差校正系数如管程、壳程传热系数%初算初始传热面积S传热管数M初算实际传热面积S管程数t壳体内径D横过中心线管数NC折流板间距B管心距1折流板数NH接管内径%之管程压力降当量直径4克程压力降面积裕度H表格1指导老师评语:课程设计报告成果：,占总成果比例：课程设计其它环节成果：环节名称：,成果：,占总成果比例：环节名称：,成果：,占总成果比例：环节名称：,成果：,占总成果比例：总成绩：指导老师签字：年月日本次课程设计负责人看法：负责人签字：年月日