用于80万吨_年煤油换热的列管式换热器的设计.doc

化工原理课程设计说明书 化学与材料工程 学院 应用化学 专业 化工原理 课程设计 题目 用于 80 万吨/年煤油换热的列管式换热器的设计 说明书 图 纸 指导教师 熊静 学生姓名 黄敏 2014 年 3 月 21 日列管式换热器设计任务书专业： 应用化学 班级： 11应化 姓名： 黄敏 学号： 11111103113 指导教师： 熊静 设计日期： 2014年3月21日 一、设计题目： 煤油换热的列管式 换热器设计二、设计任务及操作条件 1、设计任务 处理能力： 基础20万吨，后面+10万吨 ，即50万吨/年设备型式：固定管板式换热器2、操作条件 （1）煤油：入口温度 70 出口温度 30 （2）冷却介质：循环水 入口温度 20 出口温度 40 （3）允许压降：不大于0.1mpa（4）煤油定性温度下的物性数据（5）每年按300天计算，每天24小时连续运行。3、设备型式 固定管板式换热器 4、厂址 浙江省州市茶山镇大罗山附近 环境优美，周围空间大，居住的居民少，距离温州大学进，便于操作三、设计内容 1、概述目前板式换热器产品达到了一个成熟阶段凭借其高效、节能、环保的优势在各行业领域中被频繁使用并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器取得了很好的效果。固定管板式换热器用于管壳温差较小的情况一般不高于50度，且管壳只能承受低压力。这种换热器比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。2、设计方案的选择（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70，出口温度40。冷流体（循环水）进口温度20，出口温度40.该换热器用循环冷却水冷却，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壳体壁温之差较大，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，油品走壳程。选用25mmx2.5mm的碳钢管，管内流速取u=0.5m/s。3、确定物理性质数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为t=(70+30)/2=50管程流体的定性温度为t=(20+40)/2=30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50度下的有关物性数据如下： 密度 p0=825kg/m3 定压比热容 c0= 2.22 kj/(kg.c) 导热系数 入0= 0.14w/(m.c) 黏度 u0=0.000705pa.s 循环冷却水在30度下的物性参数; 密度 p1=994kg/m3 定压比热容 c1=4.08 kj/(kg.c) 导热系数 入1=0.626 w/(m.c) 黏度 u1=0.000725 pa.s4、设计计算（1） 计算总传热系数k1. 热流量50万吨/年，则50x10000/(300x24)吨/时=69.44吨/时q=qc(t2-t1)=69.44x1000x2.22x(70-30)=6166272kj/h=1712.9kw2. 平均传热温差t=(70-30)-(40-20)/ln(70-30)-(40-20)=28.853. 冷却水用量q=q/( t4-t3).c=6166272/4.08/(40-20)=75567(kg/h)总传热系数k管程传热系数：re=dup/u=0.02x0.5x994/0.000725=13670=0.023/d*(dup/u)0.8*(cu/)0.4=0.023*0.626/0.020*136700.8*(4.08*1000*0.000725/0.626)0.4=2731w/(m.c)壳程传热系数：假设壳程传热系数。=290w/(m2.c)污垢热阻r。=0.000344m2.c/w,r1=0.000172m2.c/w管壁的导热系数=45 w/(m.c)k=1/(d。/1*d1+r。*d。/d1+b*d。/dm+r1+1/。) =1/(0.025/2731/0.020=0.000344*0.025/0.020+0.0025*0.025/45/0.0225+0.000172+1/290)=219.5w/(m.c)(2)计算传热面积s=q/k/t=1712.9*1000/219.5/28.85=270.5m2考虑15%的面积裕度，s=1.15*s=311.1m25、主要设备工艺尺寸设计 （1）管径尺寸和管内流速的确定选用25x2.5的传热管（碳钢），取管内流速u=0.5m/s。（2） 传热面积、管程数、管数和壳程数的确定依据传热管内径和流速确定单程传热管数。n=v/(3.14/4*d2*u)=75567/(994*3600)/0.785/0.022/0.5=134.5135(根)按单程管计算，所需的传热管长度为l=s/（3.14*d。*n）=311.1/(3.14*0.025*135)=29.4(m)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l=6m,则该换热器管程数为np=l/l=29.4/65(管程)传热管总根数n=135*5=675(根)平均传热温差校正及壳程数：平均传热温差校正系数：r=(70-30)/(40-20)=2 p=(40-20)/(70-30)=0.5 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表 （3）接管尺寸的确定壳程流体进出口接管:取接管内油品流速为u=1.0m/s,则接管内径为：d=4v/3.14*u=4*69.44*1000/3600/825/3.14/1.5=0.1726(m)173mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s,则接管内径为：d=4*75567/3600/994/3.14/1.5=0.134(m)134mm 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及换热器工艺条件图 8、设计评述四、图纸要求1 工艺流程图2 列管式换热器装配图三、参考资料1.上海医药设计院.化工工艺设计手册(上、下).北京：化学工业出版社，19862.尾范英郎（日）等，徐忠权译.热交换设计手册，19813.时钧，汪家鼎等.化学工程手册，北京：化学工业出版社，19964.卢焕章等.石油化工基础数据手册，北京：化学工业出版社，19825.陈敏恒，丛德兹等.化工原理(上、下册)(第二版