毕业设计用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计

1、新疆工业高等专科学校流体流动与传热课程设计说明书题目名称：用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计系 部: 化学工程系专业班级：煤化09-3 (2)学生姓名：指导教师：完成日期： 2011年1月15日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一部分设计任务书1一、设计题目 1二、设计任务1三、操作条件 1四、设计内容1五、设计日期1六、设计评述 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第二部分设计方案简介评述2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Do

2、cument 第三部分换热器设计理论计算2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1、试算并初选换热器规格 2(1 )、 定流体通入空间 2(2 )、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式：2(3)、计算热负荷 Q3(4 )、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数 3(5 )、初步选择换热器规格 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2、核算总传热系数 Ko 4(1、计算管程对流传热系数 4a(2)、计算壳程对流传热系数0 5(3 )、确定污垢热阻 5(4、计算总传热系数 6 HYPE

3、RLINK l bookmark22 o Current Document 3、计算压强降6(1 )、计算管程压强降 6(2)、计算壳程压强降7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第四部分换热器主要结构尺寸 8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 一、管子的规格和排列方法 8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 二、管程和壳程数的确定 8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 三、外壳直径的确定 8 HY

4、PERLINK l bookmark32 o Current Document 第五部分工艺设计计算结果汇总表9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 参考文献10 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 致谢10 第一部分设计任务书、设计题目用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计、设计任务合理的参数选择和结构设计传热计算和压降计算：设计计算和校核计算、操作条件煤油：入口温度120C，出口温度70C冷却介质：自来水，入口温度15C，出口温度45C允许压强降：不大于2 105Pa煤油定性温度下的物性参数数据

5、：密度为825Kg/m3，粘度为7.86 ifPa-s,比热容为 2.22kJ/(kg_C)，导热系数为 0.14W/(mC)其余参数参考资料选取四、设计内容传热面积。管程设计包括：总管数，程数，管程总体阻力校核壳体直径。结构设计包括流体壁厚。主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管。五、设计日期开始日期：2011年1月06日结束日期：2011年1月11日六、设计评述换热器是许多工业生产中常用的设备，尤其是石油、化工生产应用更为 广泛。在化工厂中换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器 的类型很多，性能各异，个具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器 的要求。进行换热器的设计，首先

6、是根据工艺要求选用适当的类型，同时 计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。换热器类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同, 不同之处仅是在结构上需根据各自设备特点采用不同的计算方法而已。第二部分设计方案简介评述我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管 式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固 定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要 依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但 管外清洗困难，宜处理壳方

7、流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热 系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。第三部分换热器设计理论计算1、试算并初选换热器规格、定流体通入空间两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大, 并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式：被冷却物质为煤油，入口温度为120C,出口温度为70 C冷却介质为自来水，入口温度为15 C，出口温度为45 C煤油的定性温度： J = (120 70)/ 2 = 95 C水的定性温度：tm = (15,45)/2 =30 C两流体的温差：Tm -tm =

8、 95 - 30 =65 C由于两流体温差大于50C，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器 两流体在定性温度下的物性数据、_物性 流体温度C密度Pkg/m3黏度卩mPa s比热容Cp导热系数九W/(mC)kJ/(kg：C)煤油958250.7862.220.14水30995.70.8014.1740.62、计算热负荷Q按管内煤油计算，即3500036Q =WnCph 仃1_丁2)= 泊 2.22 1 03 (120 - 70)=1.079 1 06W 3600若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得，即WCCp,c1.079 1064.174 103 (45-15)二 8.62kg /

9、s(4)、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数逆流温差：仃2 - t2)- (T1 tj)ln(120-45)-(70 -15) 12045In7015= 64.48 C120-7045 -15= 1.671 右T1 _t145-15120 -15-0.286由R和P查图得温度校正系数为 二=0.93，所以校正后的温度为 厶咕爲=0.93 64.48 = 59.97 C又因t =0.93 0.8，故可选用单壳程的列管式换热器。(5)、初步选择换热器规格根据管内为水，管外为有机液体，K值范围为280710 W/(m2 C)，假设 K=450W / (m2 C)61.079 10239.98m45

10、0 59.97由于Tm _tm J20 70 - 45 15 =65 C50 C ,因此需要考虑热补偿2 2初选固定板式换热器规格尺寸如下：外壳直径D400mm管程流通面积S 0.0148m 管数n 94管长L 6m中心距 32mm换热器的实际传热面积管排方式一一正三角形排列公称压力P 0.6Mpa管程数2管尺寸 25 x 2.5mm (不锈钢管)换热面积S 43.5 m 2S0 二 n二 d0(L-0.1) =94 3.14 0.025 (6 -0.1) = 43.54m2K。QSrtm1.079 10643.54 59.97-413.24W/(m2 C)采用此换热面积的换热器，则要求换热过

11、程的总传热系数为:2、核算总传热系数K。(1)、计算管程对流传热系数 W因为，管中水的质量流量为 Wc= 8.62kg/s，贝U水的体积流量为 Vc 二Wc/匸=8.62/995.7 =8.66 10m3/s94 3.14X240.020 = 0.01476m2Ui =Vc/A =0.00866/0.01476 = 0.5867m/sRei =0.02 0.5867 995.70.801 10= 1.46 104PA =.$& = 0.62 3925Cp4.174 103 8.01 10*所以：=0.023 Re0.8 Pr(液体被加热)di= 0.023. 2 ( 1.48104)0.8 5

12、.3925. 3033.996W/(m2 C)0.02(2)、计算壳程对流传热系数-换热器中心附近管排中流体流通截面积为代=hD(1 如)=0.3 0.4 (1 025) =0.02625m2 t0.032式中h折流挡板间距，取300mmt管中心距，对于 25 2.5mm的管中心距为32mm煤油的质量流量为 Wh = 35000kg/h = 9.72kg/s，则煤油的体积流量为 Vh二舛/9.72/825 =0.078m3/s由于换热器为两壳程，所以煤油的流速为：uo -Vs / Ao - 0.01178/ 0.02625m/0.4488m / s由于管为三角形排列，则有0.0252)43.1

13、4 0.025=0.0202m煤油在壳程中流动的雷诺数为Re。也 丿0202 O44% 825 =9.52 103卩0.786 汉 10(Kern)法求算。，即因为Re。在2 103 1 106范围内，故可采用凯恩0.551/3 -；.：。=0.36Re Pr .i332.22 100.786 100.14de= 12.46由于液体被冷却取二0.95，所以a。=0.36rRe0.55Pr1/3u=0.36汇 0.14 江(9.52103Pa2P2 二 N b(3.5 -2h) ;?ufD ) 2-19 (3.52 0.3)0.4 )825 0.294122= 1.36 103Pa ：巳=(p：

14、p2)FsNs = (2.47 103 1.36 103) 1.15 1 =4.41 103Pa从上面计算可知，R、:Pi 105,该换热器管程与壳程的压强降均满足题设要求，故所选换热器合适。第四部分换热器主要结构尺寸一、管子的规格和排列方法考虑到流体的流速，选用 25 2.5mm规格的管子。我国换热器系列中， 固定管板式多采用正三角形排列，它的优点有：管板的强度高；流体走短路 的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同壳程内可排 列更多的管子。所以选择正三角形排列。二、管程和壳程数的确定管程数m可按下式计算，即um -u式中 u管程内流体的适宜速度，m/s；u单管程时管内流体的

15、实际速度，m/s。取 u=0.5867m/s (参考化工原理上册)水的流量为WC = 8.62kg/s，对于 25X 2.5mm的管子,WCuJ 2d2 n48.6299534490八94=0.29m/s求得口5867ms=2.0u0.29 m s所以选用2管程。在单壳程中，由R和P查得温度校正系数为,t =0.96大 于0.8，所以采用单壳程。三、外壳直径的确定初步设计中可用下式计算壳体的内径，即D =t(nc -1) 2b式中D 壳体内径，m;t 一管中心距，m;nc -横穿管束中心线上的管数；b管束中心线上最外层管的中心到壳体内壁的距离，一般取b (1-1.5 ) d0, m。其中 t

16、= 0.032m,nc =11,b =1.5则 D =0.032 (11 1) 2 1.5 0.025 =0.395m =395mm;按照此方法计算得到的壳内径应圆整，标准尺寸如下表：壳体外径/mm325400,500,600,700800,900,10001100, 1200最小壁厚/mm8101214所以取D =400mm第五部分工艺设计计算结果汇总表工艺设计计算结果汇总表数据一-一煤油流量kg/h35000自来水流量/kg/h31032实际传热面积S/ m243.54要求过程的总传热系数/W/(mc)413.24总传热系数/w/ (mc)455.78安全系数/%10.31管程压强降/Pa

17、6899壳程压强降/Pa4410参数 数据J壳径D/mm400公称压强/Mp0.6公称面积S/ m243.54:管程数Np2管子尺寸/mm 25X 2.5管长/m6管子总数n94管子排列方法正三角形管心距/mm32折流板数19板间距/mm300参考文献化工原理（上册）修订版夏清 陈常贵 主编天津：天津大学出版，2005化工设备设计手册.潘国昌、郭庆丰主编北京:清华大学出版社，1988化工流体流动与传热.张国亮 主编.北京:化学工业出版社，1992化工工艺制图.周大军 揭嘉 主编.北京:化学工业出版社,2003 中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册（第三版）北京:化学工业出版社,19

18、87柴诚敬王军张缨编.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社,2005化工工艺算图手册.刘光启 马连湘 主编.北京：化学工业出版社,1990化工工程设计.韩冬冰 李叙凤 主编.北京:学苑出版社,2000工程制图.朱泗芳徐绍军主编.北京：高等教育出版社,2002AutoCAD2002应用教程.刘苏 编著.北京：科学出版社,2003化工设备机械设计基础潘永亮 刘玉良 编.北京:科学出版社,1991致谢本设计是在老师的帮助和指导下完成的，在设计的选题以及设计的方法上，老师给了我们莫大的帮助与关怀。 老师在设计期间，对我们严格要求，要求我们 能够独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中 抽时间为我们审阅图，并提出修改意见和建议。渊博的理论知识、丰富的实践经 验、严谨的治学作风、乐观的生活态