毕业设计_化工原理列管式换热器设计

1、列管式换热器设计说明书各专业全套优秀毕业设计图纸课程设计任务书设计一个列管式冷却器，冷却器的年处理能力为1.530 X104t。将煤油液体从 140C冷却到40C。冷却水的入口温度为 30C,出口温度为 40C。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) 换热器工艺设计计算(2) 换热器工艺流程图(3) 换热器设备结构图(4) 设计说明目录、前言 3、方案设计51、确定设计方案52、确定物性数据53、计算总传热系数64、计算传热面积65、工艺结构尺寸66、换热器核算8三、设计结果一览表11四、对设计的评述12五、参考文献12六、主要符号说明1314一、方案简介本设计

2、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，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优，方便清洗,复合实际需要 等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，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。它的结构简单、坚固、制造较容易、 处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装 置中使用更为普遍。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

3、体从140C冷却到40C。冷却器的年处理能 力为19.8X104 t。冷却水入口温度30T，出口温度40C。要求换热器的管程和 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) 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140C，出口温度40C冷流体。冷流体进口温度30C,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，考虑到这一因素，估 计该换热器的管壁温和流体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管 板式换热器。(2) 流动空间及流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，煤油走壳 程。另外，这样的

4、选择可以使煤油通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。 同时，在此选择逆流。选用 巾25x2.5mm的碳钢管，管内流速取ui=1.2m/ s。2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。T = 140+80 =110C壳程煤油的定性温度为：2管程流体的定性温度为：t= 3+ 40 =35C2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。煤油在110C下的有关物性数据如下：密度 p o=825 kg/m3定压比热容 Cpo=2.22kJ/(kgC )导热系数入o=0.14 W/(m C )粘度卩 o=0.000715Pa- s冷却水在35C下的物性数据：密度p i=994kg/m3

5、定压比热容cpi=4.08kJ/(kg C )导热系数 入i=0.626 W/(m C )粘度 卩 i=0.000725 Pa- s3 计算总传热系数(1)热流量二 2.75 X 104Kg/h1.98x10s X103L=300x24Qo=Lcp| t =；卑转忙内梵2.22 (140-40)=6.11(： j 胪 KJ/h=1697.2Kw6.11xl0&(2)冷却水用量(3)平均传热温差qm2=149755Kg/h选一.述2 t2(14040)-(40-30),14040In40 -30=39.C(4)总传热系数假设 =300W/m 2 . Cn 学吵R 0.02xL2x954=3290

6、41 叫 L2Sx10H1,0.8 r 0,4.=0.023亠=5506管壁的导热系数 A45W/(nM):=0.00034？C/W=0.000172療?C/WK=1=236.+0,00034 X+0,000172 5506XCLO20.0 245X0L022S3 007： :J :Katm236.7X39= 183.9 -若考虑15%的面积裕度S=1.15一=211.55、工艺结构尺寸(1)管径和管内流速及管长选用屮25 x 2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速=1.2m/sI(2)管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数149755-994-3600=1121O.785xO.

7、O2Zxl12按单管程计算，所需传热管长度为S2115L= = 24.1血 Xs 3.14x0.025x112则该按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构，现取传热管长度L=6m ,换热器的管程数为=4传热管总根数N=112 4=448(根)(3) 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数140-4040 -3010010-1040 -30140 -3011按单壳程，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：tm 二 t .-：tm =0.82 39 =32C(4) 传热管排列和分程方法取管采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列心距 t=1.25

8、 d0,贝Ut=1.25x 25=32(mm)横过管束中心线的管数NC =1.19、448 ： 26(根)(5) 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n二0.7,则壳体内径为NM48D =1.05t1.05 32850mm n 0.7圆整可取 D = 900mm(6) 折流板采用弓形折流板，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 = 0.25X 900= 225mm,故可取 h= 220 mm。取折流板间距 B = 0.3D，贝U B = 0.3X 900= 270mm,可取 B 为 300mm。折流板数W(块) 瀚M験(块)折流板圆缺面水平装配。(7)接管壳程流体进出

9、口接管：取接管内煤油流速为u= 1 m/s，则接管内径为_ I4V：4 汇 275002970000 小d- 0.1086m,二 u ，3.14 1圆整后可取管内径为100mm管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u = 2.0m/s,贝U接管内径为d24 149755-3578400V3.14 7.0=0.163m圆整后可取管内径为160mm6 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，可采用凯恩公式：0 =0.36Reo0.55Pr1/3)14de陀当量直径，由正三角形排列得d=0.02m壳程流通截面积do0.025So =BD (1 -)0.3 0.9 (1) 0.0591

10、mt0.032壳程流体流速及其雷诺数分别为27500 29700000.0591二 0.157m / sRe。0.02 0.157 8250.000715普兰特准数i2mmu5p=(U40 11.34粘度校正(丄)0.14 ： 1 %：o =0.36014 36230.5511.341/31 =509W(m2 C)0.02 管程对流传热系数冷=0.02Re0.8Pr0.4di管程流通截面积S = 0.785 0.022 44 4 = 0.0352m2149755-7994 360叭 1.2m/sUi管程流体流速0.0352r 0.02x1.2x994 ccc Re i329040.000725

11、普兰特准数片/080.000725 =4.73二=0.0230.626026 329040.84.730.40.02= 5830W/(m2C) 传热系数do0.025+0.000344 5830 0.02= 351.8W/(m2 C)10.0250.0025 0.0251+0.000172+0.0245 0.0225509 传热面积SQo1.6972 106-351.8 322=150.8mSpPL (“子)该换热器的实际传热面积Sp= 3.14 0.025 (448 -65 T0) (6 - 0.06) = 173.9m2该换热器的面积裕度为S -SIIS173.9-150.8150.810

12、0% =15.3%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务(2)换热器内流体的压力降管程流动阻力E A P=(A R+A P2)FtNsNpNs=1, Np=4, Ft=1.42r2 P u, P2 二2 2由Re= 41131,传热管相对粗糙度一=0.005,查莫狄图得入i = 0.035W/mC, d流速1.2m/s, p = 994kg/m3,所以6994 汇 1.22P1 =0.0377.94KPa0.02 2994I.22P2 -32.14KPa2Z 也P =(7.94+2.14)1.44=64.512KPa100KPa 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降Z 也p(也P + 也P

13、2) FtNsNs =1,Ft =1.152Uo2流体流经管束的阻力只二Ff。%(Nb 1)-= 0.50.228=5 3623nc= 26, Nb =19, u。=0.1572P； =0.5 0.772 26 20825 0.157=2.04 KPa流体流过折流板缺口的阻力2B ? u 卩2 二 Nb(3.5)DUo -19 (3.5-825 0.157=0.547KPaB 二 0.3m, D = 0.9m巴讥皆一等20.9 2总压力降 .中。(2.04 0.547) 1 1.15 =3.0061KPa100KPa壳程压力降也比较适宜三、设计结果一览表换热器主要结构尺寸和计算结果换热器形式：

14、固定管板式换热面积(m) ：i72.i工艺参数名称管程壳程物料名称循环水煤油操作压力，Pa0.40.3操作温度，C30/40140/40流量，kg/体密度，kg/m3994825流速，m/s1.20.157传热量，kW1697.2总传热系数，W/mK236.7传热系数，W/ ( m2 -C)5830509污垢系数，mk/w0.0003440.000172阻力降，kPa64.5123.0061程数41推荐使用材料碳钢碳钢管子规格 25X2.5官数448管长 mm:6000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm 300切口高度25%壳体内径，mr900保

15、温层厚度，mm未知四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的， 听课的时候也一头雾水，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根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数 据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了。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，发现了很多问题，我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财害 命。所以我决定重新来过，但做出来的裕度居然一直都在 50%以上，重新分析 计算的过程中也出现了几次错误，由于急于求成，

16、算出来后的结果偏离太多，检 查才发现部分数据出现了错误，而且老师给的模板里面也有一些错误， 这样照搬 下去的一些公式就除了问题了，只好静下来认真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算上。那么接下来就是画图了，由于学过化工制图，以为画图比较简单，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安排，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，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但是自己

17、 真的学到了很多东西，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详细的考虑各种可能出现的问题和解决办法，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办法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错 误的，而且很可能导致严重的后果。六、参考文献化工原理，王志魁 编，化学工业出版社，2006.化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华大学出版社，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P o冷却水密度P i煤油定压比热容Cpo冷却水定压比热容Cpi煤油导热系数入o冷却水导热系数入i煤油粘度卩o冷却水粘度1 i热