列管式换热器设计说明书

1、word文档整理分享XXX学校本科课程设计题 目： 列管式换热器专 业： 应用化学学 院：XX学院班级：XX 级XX班姓名：X X X学 号：指导教师： X X X参考资料word文档整理分享目录1 概述 31.1 课程设计学习目的及其重要性 31.2 换热器设计的重要性及其步骤 32课程设计任务书 33设计方案确实定 44生产条件及其物料的物性参数 54.1 生产条件及工艺参数 54.2 主要物料的物性参数 55工艺设计计算 55.1 传热面积估算 55.2 工艺结构尺寸计算及选型 65.3 换热器核算 86换热器主要结构尺寸和技术结果 107课程设计收获及建议 118设备工程图样 125.

2、4 参考文献 12参考资料word文档整理分享化工原理课程设计说明书化学化工系应用化学1概述1.1 课程设计学习目的及其重要性使学生初步掌握列管式换热器操作设计的根本方法和程序；练习学生的根本技能,如计算、绘图、运用设计资料手册、标准和标准；使用经验数据、进行经验估算和处理数据等；提升学生运用工程语言简洁的文字、清楚的图表、正确的估算表达设计 思想水平； 培养学生理论联系实际的正确思想,练习综合运用已学过的理论和实际知识 去分析和解决工程水平的问题.1.2 换热器设计的重要性及其步骤重要性：换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设 备.在工业生产中,换热器的主要作用是使热量由

3、温度较高的流体传给温度较低 的流体,使流体温度到达工艺流程规定的目标, 以满足工艺过程的需求.列管式 换热器是一种通用的标准换热设备,它结构简单、巩固耐用、造价低廉、用材广 泛等优点,也是目前化工及酒精生产上应用最广泛的一种换热器.步骤 ： 换热器的类型及流体走向：确定定性温度、物性数据：估算传热面积：工艺结构尺寸的初步确定：换热器核算2 课程设计任务书现生产车间需要一台列管式换热器,用于油品回收柴油的热量.流量为 36000kg/h的柴油从180c降至130C,油品从60c升至110C.设计要求： 设计该热量回收利用的原那么流程； 设计计算该主体设备换热器的主要尺寸及型号规格,并绘制出该 换

4、热器的设备图；编制设计说明书.参考资料word文档整理分享3设计方案确实定选择换热器类型、管程安排确定物性参数计算热负荷Q、传热温差口估算传热系数K、估算传热面积S2工艺结构尺寸及选型管径、管内流速、管程数和 传热管数、平均传热温差校正及壳程数、传热管排 列方式、折流挡板、其他部件、接管换热器核算计算管程传热膜系数、壳程传热膜系数、核算总传热系数、核算传热面积S/S' =1.11.25I是换热器内压降核算内压降符合要求,那么计算完成参考资料word文档整理分享4生产条件及其物料的物性参数4.1生产条件及工艺参数生产条件：操作压力常压(绝压) 当地大气压 96 kPa (绝压)柴油流量为

5、36000kg/h确定设计方案：(1)选择换热器的类型两流体的温度变化情况：热流体进口温度180C,出口温度130C;冷流体进口温度60 C,出口温度110c.180 -13060 -110t 碎=2=155C , tm油品=2 =85 C. . ? t m =t m柴-t 自由品=155-85=70 C因该换热器管壁温度与壳体温度差较大,应选用浮头式换热器.(2)管程安排由于油品黏度大,为减少损失且充分利用柴油的热量、便于清洗,所以安排柴油走管程,油品走壳程.4.2主要物料的物性参数定性温度指流体进、出口温度的平均值.故180 -130管程流体的定性温度T= =155C , 60110壳程流

6、体的定性温度t=85C,依据定性温度,查取管程和壳程流体的有关物性数据如下：柴油在 155c下的物性数据:p 1=715 kg/ m3 , G,1=2.48kJ/ kg C ,入 1=0.133w/m C , g=6.4 x 10-4Pa S油品在 85c下的物性数据：p 2=860 kg/ m3 , C P,2=2.2kJ/ kg C ,入 2=2.2w/m C , 2 2=5.2 X 10-3Pa S5工艺设计计算5.1 传热面积估算5.1.1 热流量(忽略热损失)Q=qm,1 .,1 ? T=36000X 2.48 X (180-130)=4.464 X 106 (kJ /h )=124

7、0 (kw)参考资料word文档整理分享5.1.2 油品用量(忽略热损失)qm,2=Q/Cp,2? t=1240 X 103/2.2 X 103X (110-60)=11.27( kg/s)=40572( kg/h)5.1.3 平均传热温差？ tm先按纯逆流计算得? 11=180-110=70 C ,? 12=130-60=70 C? t1/? 12=10 2,可用算术平均值代替对数平均值? t m=? t i+? 12/2=70 C5.1.4 初算传热面积假设K=280 (W/nf C ),那么估算的传热面积为S 估=.依 ？1后 1240X103/ (280X 70) =63.3 ( m2

8、)5.2 工艺结构尺寸计算及选型5.2.1 管径和管内流速选用25nlmX 2.5须较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速Ui=1.2m/s.5.2.2 管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数NS=qv/ = dUi =3736000- 3600 7150. 785 1. 2 0. 022按单程管计算,所需传热管长度为s估L=ET =61222(m)3. 140. 025 37按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构.依据本设计实际情况,采 用非标设计,现取传热管长l=6m,那么该换热器的管程数为L22N= ;= -7- =4l 6传热管总根数n= N sN=37X 4=148

9、5.2.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温数计算如下：P=(t 2-t 1)/(T 1-T 1)=(110-60)/(180-60)=0.417R=(T1-T2)/(t 2-t 1)=(180-130)/(110-60)=1按单壳程、四管程结构,查温度差校正系数图得？ t=0.85,平均传热温差？ t' m=？ tm=0.85X 70=59.5( C):？t>0.8 ,二采用单壳程适宜.参考资料word文档整理分享5.2.4传热管排列和分程方法因流体黏度大、易结垢,为便于清洗,故采用正方形排列法.管子间距Pt, 一般是管外径的1.25倍左右,以保证胀管时管板的刚度.取管心距 P

10、t=1.25d0 ,那么 Pt=1.25X 25=31.25 = 32 (mm)隔板中央到离其最近的一排管中央距离P32Z= + 6= + 6=22 (mm)22各程相邻管白管心距为44 mm05.2.5 壳体直径采用多管程结构,壳体直径D=1.05FtV (n/刀)估算.取管板利用率4=0.5, 那么壳体直径为D=1.05RM (n/ q)=1.05 X32XV ( 148/0.5 ) 578.1 (mm)按卷制壳体的进级挡,可取D=600mmo5.2.6 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%那么切去的圆缺高度为h=600X 0.25=150( mm)故取h为150

11、mm.取折流板间距B=0.95D(0.2D<B<D),贝UB=0.95X 600=570mm故取B为600 nlm.折流板数目NB=(传热管长/折流板间距)-1= (6000/600) -1=95.2.7 接管管程流体进出口接管：取接管内流体流速 U1=1.5m/s,那么接管内径为D=V(4qv/ I!ui)= V 4X (36000/3600X715) / (3.14X1.5) =0.11(m),圆整后可取管内直径为110mm.壳程流体进出口接管：取接管内流体流速U2=1m/s,那么接管内径为Cb=V(4qv/ nu2)= V 4X (40572/3600X880) / (3.1

12、4 X 1) =0.128 (mi),圆整后可取管内直径为130 mm.参考资料word文档整理分享5.3换热器核算5.3.1 传热面积核算5.3.1.1 管程传热膜系数根据 a =0.023(入/ d i) Re0.8 Prn 计算管程流体流通截面积S=(H/4)- (n/4) di2=0.785 X (148/4) X 0.022=0.0116( m2)管程流体流速和雷诺数分别为Ui= qv,1/Si= 36000/(3600 X715) /0.0116=1.21( m/s),R=du p 1/ 阴=(0.02X1.21 X715) /6.4 X 10-427036 普朗特数Pr=G,1

13、呼/入产(2.48 X103X0.64 X 10-3) /0.133=11.93 . a i =0.023 X (0.133/0.02) 乂 (27036) 0.8 X ( 11.93) 03=1130(w/m2 - C)5.3.1.2 壳程传热膜系数根据 a =0.36( X/ de) - R0.55 R° ? (仙 / p0°.14 , 管子按正方形排列,传热当量直径为de = 4X Pt2-( n/4) d.2 / nd0=4X (0.0322-0.785 X0.0252) /(3.14 X 0.025)=0.0272(m) 壳程流通截面积S0=BD(1-d0/Pt)

14、=600 X 600X (1-25/32)=0.0787( m2)壳程流体流速和雷诺数分别为U0= q v,2/S0=40572/(3600 乂 880) /0.0787=0.1627( m/s),R°=deU0 p 2/ p 2= (0.0272 X0.1627 X880) /5.2 X 10-3 = 748.9 普朗特数Pr0=CP,2 仙2/入 2= (2.2 X 103X5.2 X 10-3) /0.119=96.13黏度校正(仙/ n0°.14=1.05 a 0=0.36 X(0.119/0.0272) 乂 ( 748.9) 0.55 X (96.13 ) ? X

15、 1.05 = 2022(w/ nf C )5.3.1.3 污垢热阻和管壁热阻查?化工原理课程设计?附录9知,管外侧污垢热阻R=5X 10-4( nf C/w), 管内侧污垢热阻R=5X 10-4( nf C/w).管壁厚度b=0.0025m,碳钢在该条 件下的热导率为50 w/ nf C.参考资料word文档整理分享5.3.1.4 总传热系数K总传热系数K为K=1/(d0/aidi)+(Rid0/di)+(bd0/入dm)+R0+(1/a0)= 366.9(w/nf C )5.3.1.5 传热面积校核根据S=Q/K-？ tm,可得所算传热面积S'为S' =Q/K ?t'

16、; m=1240X 103/(366.9 X 59.5)=56.8( m2)换热器的实际传热面积为SS=nd°LN =3.14 X 0.025 X 6X148=69.708( nf) 换热器的面积裕度为SIS' =69.708/56.8 =1.23 传热面积裕度适宜,该换热器能够完成任务.5.3.2 换热器内压降核算5.3.2.1 管程阻力? R=(? P1+? P2)NsNFt 凡=1,耳=4, ? P1= X (l/d) ( p Ui2/2)由R=27036,传热管相对粗糙度0.01 ,查?化工原理(上)?中入一R双对 数坐标图得入=0.038 ,流速Ui=1.21m/s

17、 , p =715kg/m3 , 所以? P1 =0.038 X (6/0.02) X (715 X1.21 2)/2=5966.94(Pa)? P2 =3X( pUi2/2)= (3 X715X 1.21 2)/2=1570(Pa)? Pi =(5966.94+1570) X 1 X 4 X 1.4=42206.86 (Pa) 管程流体阻力在允许范围内.5.3.2.2 壳程阻力按下式计算? F0=(? P' 1+? P' 2) - NFt其中 N=1, Ft =1.15流体流经管束阻力? P' 1=Ff0nc(NB+1) ( p U02)/2F=0.3参考资料word

18、文档整理分享f 0=5R-0.228 =5 X 748.9 °228 =1.1056nc=1.19 <n =1.19 义 <148=14.48N=9 u0=0.1627m/s? P '1=0.3 X 1.1056 X 14.48 X (9+1) 乂 (880 乂0.16272)/2=559.39(Pa)流体流经折流板缺口的阻力? P' 2 =NB(3.5-2h/D)- p Uo2/2其中 h=0.15m, D=0.6m 那么? P' 2 =9 X (3.5-2 X 0.15/0.6 ) X 880 X 0.16272/2=314.48(Pa)总阻力

19、? P= ( ? P' 1+? P' 2) NFt = ( 559.39+314.48 ) 1 1 X 1.15=1004.95(Pa)6换热器主要结构尺寸和技术结果参数田壳程流率/ (kg/h)3600040572进(出)口温度/ c180 (130)60 (110)压力/MPa常压常压物性定性温度/C15585密度/ (kg/m3 )715880定压比热容/kJ/ (kg.2.482.2黏度/Pa S6.4 X10-45.2 X 10-3热导率/W/(m - C)0.1330.119普朗特数11.9396.13设备结构参 数型式浮头式壳程数1壳体内径/加600台数1管径/

20、mm(卜 25X 2.5管心距/ mm44管长/ mm6000管子排列止方形管数目/根148折流板数/个9传热回积/ m269.708折流板间距/ mm600管程数4材质碳钢参考资料word文档整理分享主要计算结果壳程流速/ (m/s)1.210.1627外表传热系数/W/( nf C )11302022污垢热阻/ (褶 C /W)0.00050.0005阻力/MPa0.04220.0010热 a# /KW1240传热温差/K59.5传热系数/W/( nf C )366.9裕度/%1.237 课程设计收获及建议本次化工原理课程设计历时九周,是学习化工原理以来第一次独立的课 程设计.化工原理课程

21、设计是培养学生化工设计水平的重要教学环节,通过 课程设计使我们初步掌握化工设计的根底知识、设计原那么及方法；学会各种手 册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核, 能画出工艺流程、换热器结构等图形；理解计算机辅助设计过程,利用 CAD 制图.在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性,还要考虑生产上的平安性 和经济合理性.在这九周里,从开始的一头雾水,到与同学讨论、老师的指导,再到进 行整个流程的计算,然后对工业材料上的选取论证和后期的流程的编写以及 流程图的绘制等过程,我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难,也 体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易.我从中也明白了学无止境的道理,在我所查找到的很多参考书中,很多 的知识是我们从来没有接触到的,我们对事物的了解还仅限于皮毛,所学的 知识结构还很不完善,我们对设计对象的理解还仅限于书本上,对实际当中 事物的方方面面包括经济本钱方面上考虑的还很不够.在实际计算过程中,我还发现由于没有及时将所得结果