列管式换热器设计

1、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 目录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc470514766 1 概述 化工原理课程设计说明书（化学化工系 应用化学）1 概述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基本方法和程序；训练学生的基本技能，如计算、绘图、运用设计资料（手册、标准和规范）；使用经验数据、进行经验估算和处理数据等；提高学生运用工程语言（简洁的文字、清晰的图表、正确的估算）表达设计思想能力；培养

2、学生理论联系实际的正确思想，训练综合运用已学过的理论和实际知识去分析和解决工程能力的问题。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温度较高的流体传给温度较低的流体，使流体温度达到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、坚固耐用、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: 换热器核算课程设计任务书现生产车间需要一台列管式换热器

3、，用于油品回收柴油的热量。流量为36000kg/h的柴油从180降至130，油品从60升至110。设计要求： 设计该热量回收利用的原则流程； 设计计算该主体设备换热器的主要尺寸及型号规格，并绘制出该换热器的设备图； 编制设计说明书。3 设计方案的确定选择换热器类型、管程安排确定物性参数计算热负荷Q、传热温差tm估算传热系数K、估算传热面积S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）否S/S=1.11.25是换热器内压降核算内压降符合要求，

4、则计算完成4生产条件及其物料的物性参数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180，出口温度130; 冷流体进口温度60，出口温度110.tm柴=155，tm油品=85 tm柴=tm柴-tm油品=155-85=70因该换热器管壁温度与壳体温度差较大，故选用浮头式换热器。（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。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。故管程流体的定性温

5、度T= =155,壳程流体的定性温度t= =85，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155下的物性数据：1=715/ m，CP,1=2.48kJ/，1=0.133w/m, 1=6.410-4PaS油品在85下的物性数据：2=860/ m, CP,2=2.2kJ/, 2=2.2w/m, 2=5.210-3PaS5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）QT=qm,1CP,1T=360002.48(180-130)=4.464106 (kJ /h)=1240 (kw)5.1.2油品用量（忽略热损失）qm,2=QT/CP,2t=1240103/2.210

6、3(110-60)=11.27(/s)=40572(/h)5.1.3平均传热温差tm 先按纯逆流计算得t1=180-110=70 ， t2=130-60=70t1/t2=12,可用算术平均值代替对数平均值tm=t1+t2/2=705.1.4初算传热面积假设K=280 (W/)，则估算的传热面积为 S估=QT/Ktm= 1240103/（28070）=63.3 ()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252.5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/di2ui=37按单程管计算，所

7、需传热管长度为L=22(m)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, 则该换热器的管程数为NP=4 传热管总根数 n= NSNP=374=1485.2.3平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数计算如下：P=(t2-t1)/(T1-T1)=(110-60)/(180-60)=0.417R=(T1-T2)/(t2-t1)=(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tm=ttm=0.8570=59.5()t0.8 , 采用单壳程适宜.5.2.4传热管排列和分程方法因

8、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Pt=1.25d0 , 则Pt=1.2525=31.2532（）隔板中心到离其最近的一排管中心距离Z=（）各程相邻管的管心距为44。5.2.5壳体直径采用多管程结构，壳体直径D=1.05Pt（n/）估算。取管板利用率=0.5，则壳体直径为D=1.05Pt（n/）=1.0532（148/0.5）578.1（）按卷制壳体的进级挡，可取D=600。5.2.6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%，则切去的圆缺高度为h=6000.25=150()故取h为

9、150。取折流板间距B=0.95D(0.2DBD)，则B=0.95600=570故取B为600。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，则接管内径为D1=(4qv/u1)= 4（36000/3600715）/（3.141.5）0.11（m），圆整后可取管内直径为110。壳程流体进出口接管：取接管内流体流速u2=1m/s，则接管内径为D2=(4qv/u2)= 4（40572/3600880）/（3.141）0.128（m），圆整后可取管内直径为130。 5.3 换热器核算5.3.1传热面积核算

10、5.3.1.1管程传热膜系数根据=0.023(/ di)计算管程流体流通截面积Si=(/4) (n/4) di2=0.785(148/4)0.022=0.0116()管程流体流速和雷诺数分别为ui= qv,1/Si=36000/(3600715) /0.0116=1.21（m/s），Re=diui1/1=（0.021.21715）/6.410-427036普朗特数Pr=CP,11/1=（2.481030.6410-3）/0.133=11.93 i=0.023(0.133/0.02) （27036）0.8（11.93）0.3=1130(w/)5.3.1.2壳程传热膜系数根据=0.36(/ de)

11、 Re0.55Pr0 (/w)0.14 ，管子按正方形排列，传热当量直径为de =4Pt2-(/4) d02/d0=4（0.0322-0.7850.0252）/(3.140.025)=0.0272(m)壳程流通截面积S0=BD(1-d0/Pt)=600600(1-25/32)=0.0787（）壳程流体流速和雷诺数分别为U0= qv,2/S0=40572/(3600880) /0.0787=0.1627（m/s），Re0=deu02/2=（0.02720.1627880）/5.210-3748.9普朗特数Pr0=CP,22/2=（2.21035.210-3）/0.119=96.13黏度校正 (/

12、w)0.141.050=0.36(0.119/0.0272) （748.9）0.55（96.13）1.052019(w/)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R0=510-4(/w)，管内侧污垢热阻Ri=510-4(/w)。已知管壁厚度b=0.0025m，碳钢在该条件下的热导率为50 w/。5.3.1.4总传热系数K 总传热系数K为K=1/(d0/idi)+(Rid0/di)+(bd0/dm)+R0+(1/0)366.9(w/)5.3.1.5传热面积校核根据S=Q/Ktm，可得所算传热面积S为S=QT/Ktm=1240103/(366.959.5)=56.

13、8()换热器的实际传热面积为SS=d0LNt =3.140.0256148=69.708()换热器的面积裕度为S/S=69.708/56.81.23传热面积裕度合适，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Pi=(P1+P2)NsNpFtNs=1，Np=4，P1=(l/d)(ui2/2)由Re=27036，传热管相对粗糙度0.01，查化工原理（上）中Re双对数坐标图得=0.038，流速ui=1.21m/s，=715kg/m， 所以 P1 =0.038(6/0.02)(7151.212)/2=5966.94(Pa) P2 =3(ui2/2)= (37151.212)

14、/2=1570(Pa)Pi =(5966.94+1570) 141.4=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P0=(P1+P2) NsFt 其中Ns =1，Ft =1.15流体流经管束阻力P1=Ff0nc(NB+1) (u02)/2 F=0.3f0=5Re-0.228=5748.9-0.228=1.1056nc=1.19=1.19=14.48NB=9 u0=0.1627m/sP1=0.31.105614.48(9+1) (8800.16272)/2=559.39(Pa)流体流经折流板缺口的阻力P2 =NB(3.5-2h/D) u02/2其中h=0.

15、15m，D=0.6m，则P2 =9（3.5-20.15/0.6）8800.16272/2=314.48（Pa）总阻力P=（P1+P2）NsFt =（559.39+314.48）11.15=1004.95(Pa) 换热器主要结构尺寸和技术结果参数管程壳程流率/（kg/h）3600040572进（出）口温度/180（130）60（110）压力/MPa常压常压物性定性温度/15585密度/（kg/m）715880定压比热容/kJ/（kg）2.482.2黏度/PaS6.410-45.210-3热导率/W/(m)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/60

16、0台数1管径/252.5管心距/44管长/6000管子排列正方形管数目/根148折流板数/个9传热面积/69.708折流板间距/600管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.210.1627表面传热系数/W/()11302019污垢热阻/（/W）0.00050.0005阻力/MPa0.04220.0010热流量/KW1240传热温差/K59.5传热系数/W/()366.9裕度/% 1.23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。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计

17、原则及方法;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，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。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

18、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成本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总结，以致在后面的计算中不停地来回翻查数据，这浪费了大量时间。由此，我会将数据、分布计算的结果保留在纸上，方便自己以后的校正计算及查找。在一些应用问题上，我直接套用了书上的公式或过程，并没有彻底了解各个公式的出处及用途，对于一些工业数据的选取，也只是根据范围自己选择的，并不一定符合现实应用。因此，一些计算数据有时并不是十分准确的，只是拥有一个正确的范围及趋势，而并没有更细地追究下去，因而可能存在一定的误差，影响后面具体设备的选型。通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识，这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，我们了解了工程设计的基本内容，掌握了化工设计的主要程序和方法，增强了分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，加强工程设计能力的训练和培养严谨求实的科学作风更尤为重要