化工原理课程设计(多壳式换热器).doc

南京工程学院课程设计说明书（论文）题目 多壳程列管式换热器的设计 课 程 名 称： 化工原理课程设计B 院（系、部）： 康尼学院 专 业： 环境工程 班 级： K环境091 学 生 姓 名： 学 号 : 设 计 地 点： 文理楼 A404 指 导 教 师： 李乾军 张东平 工 程 基 础 实 验 与 训 练 中 心设计起止时间： 2011-12-5 2011-12-16 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)目录1、 符号说明:1.1 物理量（英文字母）:1.2物理量（希腊字母）:二、设计目的:三、参数与条件设置：3.1 已知参数：3.2 设计条件：四、设计计算：4.1 确定设计方案： 4.1.1 选择换热器的类型：4.2 确定物性数据： 4.2.1 定性温度： 5.2.2 物性数据：5.3 计算总传热系数： 5.3.1 热流量： 5.3.2 平均传热温差： 5.3.3 冷却油用量： 5.3.4 总传热系数K：5.4 计算传热面积：5.5 工艺尺寸： 5.5.1 管径和管内流速： 5.5.2 管程数和传热管数： 5.5.3 平均传热温差： 5.5.4 传热管排列和分程方法： 5.5.5 壳体内径： 5.5.6 折流板： 5.5.7 接管：五、5.6 换热器核算： 5.6.1 热量核算： 5.6.2 换热器内流体的流动阻力：设计总结： 6.1 综合设计总结： 6.2 个人设计总结：七、参考文献： 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)1、 符号说明：2、 1.1 物理量（英文字母） Cp定压比热容，KJ/(kg.C ) n管数 Qm 热容量流率比 N程数 d 管径,m P 压强, Pa D 换热器壳径,m q 热通量,W/m f 摩擦系数 Q 传热速率或热负荷,W F 系数 r 汽化热或冷凝热KJ/kg g 重力加速度, m/s R 热阻，m.C/W B 挡板间距 S 传热面积，m K 总传热系数,W/(m.C) T 流体温度，C I 长度,m t 流体温度，C L 长度,m v 流速m/s1.2 物理量（希腊字母） 对流传热系数,W/(m.C) 黏度，Pa.s 导热系数,W/(m.C) 密度,kg/m 传热系数 校正系数 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)二、设计目的 通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学知识系统化。通过本次设计，应了解设计的内容、方法及步骤，使学生有调研技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书的能力。三、参数与条件设置：3.1 已知参数：（1）热流体（柴油）：T1=180，T2=130，Wh=36000kg/h；（2）冷流体（油品）：t1=60，t2=110，压力0.4MPa；3.2 设计条件： （1） 壳程数：2；（2） 压力降p10100kPa（液体）；110kPa（气体）；雷诺数Re1.00.8-1.80.5-1.55-30壳程流速0.5-1.50.5-1.50.2-1.50.50.4-1.00.3-0.82-15 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)5.5.2 管程数和传热管 根据传热管内径和流速确定单程传热管数(根)按照单程管计算，所需的传热管长度为=，S=41.448 , 因壳程=2，管程=1,所以按单程管设计，传热管过长，则采用多管程结构。现在传热管长L=6m，则该换热管程数为 (根） 表5-2设计方案中选取的4种管程的管程布置程数流动顺序管箱隔板介质返回侧隔板 5.5.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数 ，又因为壳程 = 2 按照多壳程，单管程结构，温差校正应查有关图表。但R=1南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)的点在图上难以读出，由化工原理上册页查图419可得:平均传热温差南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)图 壳程摩擦系数f与Re的关系5.5.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。去管心距t=1.25d0,则 横过管束中心线的管数 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)5.5.5 壳体内径采用多壳程结构，则壳体内径为 圆整可取D=350mm5.5.6 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,故可取h=90mm 取折流板间距B=0.3D,则,故取B为110mm。折流板数 NB=折流板圆缺面水平装配。5.5.7 接管 壳程流体进出口接管：取接管内柴油流速为u=1.0m/s,则接管内径 管程流体进出口接管：取接管内原油流速为u=1.5m/s，则 5.6 换热器核算 5.6.1 热量核算 （1）壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积: 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正(2) 管程对流传热系数管程流通截面积 管程流体流速 普兰特准数（3） 传热系数K（4） 传热面积S该换热器的实际传热面积Sp 该换热器的面积裕度为 传热面积合适，该换热器能完成任务。 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)5.6.2 换热器内流体的流动阻力（1） 管程流动阻力由Re=5379，传热管相对粗糙度，查莫狄图得由Re= ，传热管相对粗糙度 ，查莫狄图得管程流动阻力在允许范围之内。（2） 壳程阻力流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力总阻力壳程流动阻力也比较适宜。（3) 换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表5-3 表5-3换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：浮游器式换热器管口表换热面积符号尺寸用途连接型式工艺参数a名称管程壳程b物料名称原油煤油c操作压力，MPad操作温度，c180/130110/60e排气口流量，kg/hf放净口流体密度，kg/m3825附图流速，m/s0.50.5传热量，kw总传热系数，w/m2.k对流传热系数，w/m2.k污垢系数，m.K/W阻力降，MPa程数推荐使用材料碳钢碳钢管子规格管数管间距，mm排列方式折流板型式间距mm壳体内径保温层厚度，mm 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)六、本设计的个人小结： 通过本次课程设计，我对换热器的结构、性能都有了一定的了解，同时，在设计过程中，我也掌握了一定的工艺计算方法。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。首先要满足传热的要求，本次设计时，由于初选总传热系数不合适，使规定条件下的计算结果与初设值的比值不在要求范围内，因此，经过多次计算，才选择到合适的K值为，计算结果为，安全系数为16.8%，满足要求。其次，在满足工艺条件的前提下选择合适的换热器类型，通过分析操作要求及计算，本次设计选用换热器为上述计算结果。再次，从压强降来看，管程约为10401Pa，壳程约为4432Pa，都低于要求值（50kPa），因此，可适当加大流速，从而加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低污垢热阻，然而，流速增加，流动阻力也会随之增大，动 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)力消耗就增多，因此，作出经济衡算在确定流速时是相当重要的。此外，其他因素（如加热和冷却介质用量，换热器的检修和操作等），在设计时也是不可忽略的。根据操作要求。在检修和操作方面，固定管板式换热器由于两端管板和壳体连接成一体，因此不便于清洗和检修。本次设计中，在满足传热要求的前提下，考虑了其他各项问题，但它们之间是相互矛盾的。如：若设计换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，可能使总传热系数或压强降减小，但却又受到换热器所能允许的尺寸限制，且换热器的造价也提高了。因此，只能综合考虑来选择相对合适的换热器。然而在本次设计中由于经验不足，知识有限，还是存在着很多问题。比如在设计中未考虑对成本进行核算，仅在满足操作要求下进行设计，在经济上是否合理还有待分析。在设计的过程中我发现板式换热器采用同一板片组成不同几何尺寸和形状的流道（非对称流道）解决了两侧水流量不等的问题，同时与对称结构相比具有相同的耐压性和使用寿命。总之，通过本次设计，我发现自己需要继学习的知识还很多，我将会认真请教老师，不断提高自己的 南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计)知识水平，扩展自己的知识面。明书（化工原理课程设计)七、参考文献 1、 化工传递与单元操作课程