化工原理课程设计任务书ocean2(1)(1)

化工原理换热器的设计 0 错误 未找到目录项 错误 未找到目录项 一 设计任务和设计条件一 设计任务和设计条件 1 设计题目 设计题目 换热器的设计 用自来水冷却煤油的换热器设计 2 2 设计条件设计条件 1 处理能力 1 188 105吨 年煤油 2 设备型式 列管式换热器 3 操作条件 a 煤油 入口温度 120 出口温度 50 b 冷却介质 自来水 入口温度 15 出口温度 45 c 允许压强降 不大于 1 5 105Pa d 每年按 330 天计 每天 24 小时连续运行 3 3 设计任务设计任务 1 合理的参数选择和结构设计 2 传热计算和压强降计算 设计合适的换热器和核算总传热系数和压强降 二 设计方案简介二 设计方案简介 1 选择换热器的类型 我们设计的换热器其主要作用是用来冷却煤油 换热器是化工 石油等许 多工业部门通用的设备 由于生产中物料的性质 传热要求不同 所以有不同 种类的换热器 需要根据生产工艺的特点进行选择 其中列管式换热器有固定 的板式换热器 浮头式换热器等多种类型 列管式换热器的形式主要依据换热 器壳程和管程温度差来确定的 由于两流体的温差为 55 50 所以应选择 浮头式换热器 该种换热器结构简单 容易消除热应力 另外还易于清洗和检 修 但是不足之处在于结构有点复杂 造价较高 2 管程安排 由于水的对流传热系数较大 并且非常容易结垢 故让自来水走管程 煤 油走壳程 化工原理换热器的设计 1 3 流向选择 由于逆流的平均传热温差较其他形式较大 相当于换热器中两种流体热交 换的推动力较大 有利于换热 所以选择逆流的形式 一 确定物性参数一 确定物性参数 水的定型温度 30 2 4515 2 21 tt t 煤油的定性温度 85 2 21 tt t 密度 3 mkg 比热容 kgkJCp 热导率 W 黏度 u P S 水 35 995 74 1740 6176 80 07x10 5 煤油 85 8122 080 141 0 82x10 3 四 试管和换热器的规格四 试管和换热器的规格 1 计算热负荷和冷却水的流量 A 热负荷 wttcqTTcqQpmpm 7 606666 50120 1008 2 360024330 10188 1 3 8 12222111 B 冷却水的流量 skg ttc Q q p m 845 4 1545 10174 4 7 606666 3 122 2 2 计算两流体的平均温度差 化工原理换热器的设计 2 A 平均传热温差 C t t tt t CtTt CtTt 5 52 35 75 ln 3575 ln 351550 7545120 2 1 21 122 211 逆 B 温差校正系数 1 2857 0 15120 1545 11 12 tT tt P333 2 1545 50120 12 21 tt TT R 初步按单壳程 双壳程 根据图 3 28 a 得到 87 0 平均传热温差 66 45 5 5287 0 ttm 所以 Cttm 66 455 5287 0 逆 3 初选换热器规格 A 根据总传热系数的经验值范围 初步估计 K 400 2 Cmw 则相应的传热面 积为 估 估 2 m 2 33 66 45400 7 606666 t K Q A m B 初选的换热器相关参数 由于 CCtT 50553085 因此需要考虑热补偿 为此选择浮头式换热 器 由浮头式换热器系列标准中选定下列换热器 壳径 mm 500 管子规格 5 225 公称压强 MPa1 5 10 5管长 4 5 化工原理换热器的设计 3 五 核算总传热系数五 核算总传热系数 1 壳程对流传热系数 A 取换热器列管中心距 mmmt032 0 32 折流板间距 mmmh15 0150 则流体通过管间的最大截流面积 2 1 0164 0 032 0 025 0 1 5 015 0 1 m t d hDA B 当量直径 m d dt de027 0 025 0 025 0 4 032 0 4 4 4 22 1 2 1 2 C 壳径流速 skgqm 167 4 360024330 10188 1 8 1 sm A q u m 313 0 0164 0 812 167 4 11 1 1 D 雷诺数 8369 1082 0 313 0 812027 0 Re 3 1 11 1 ude E 普朗特数 1 12 141 0 1082 01008 2 Pr 33 1 12 1 pc F 壳程内对流传热系数 计算传热面积 40 1 管子总数 116 管程流通面积 0 0091 管子排列方式正方形旋转 45 中心管数 9 化工原理换热器的设计 4 由于壳程内煤油是被冷却 所以取 95 0 14 0 w 对圆缺型挡板壳采用克恩公式 58995 0 1 12 8369 027 0 141 0 36 0 PrRe36 0 23 155 0 14 0 1 3 1 1 55 0 1 1 1 1Cmw u u dew 2 管程对流传热系数 A 管程流速 由前面计算可知 skgqm 845 42 查换热器表格得 2 20091 0mA sm A q u m 535 0 0091 0 7 995 845 4 22 2 2 B 雷诺数 md02 0 10 25 225 3 2 13306 108007 0 7 995535 0 02 0 Re 3 2 222 2 ud C 普朗特数 41 5 6176 0 108007 010174 4 Pr 33 2 22 2 pc D 管程的对流传热系数 2779 41 5 13306 02 0 6176 0 023 0 PrRe023 0 24 08 04 0 2 8 0 2 2 2 2Cmw d 3 污垢热阻 经查阅资料得 自来水的污垢热阻 wcm Rs 2 00034 0 2 煤油的污垢热阻 wcmRs 00017179 0 2 1 直径的对数平均数 化工原理换热器的设计 5 0 022mmm In dd d d d m 3 21 10022 0 2 1 4 计算总的传热系数 K 管壁厚度 0 0025mb 采用碳钢材质的管子 则查资料其热传导系数 45 cmw 356 02 0 2779 025 0 02 0 025 0 00034 0 022 045 025 0 0025 0 00017179 0 589 1 1 1 1 2 22 1 2 1 2 1 1 1 Cmw d d d d Rs d bd Rs K m 计 5 传热面积裕度 A 换热器的实际换热面积 2 4 32 55 52356 7 606666 m tK Q S m 计 计 B 传热面积裕度 查选择的换热器的参数表得 换热器的换热面积 2 1 40 mSp 25 7 23 4 32 4 32 1 40 计 计 S SS S SSPp 换热器的面积具有足够的裕度 所以选择的换热器合适 六 核算压强降六 核算压强降 1 管程压强降 pstiNNFppP 21 由前面可知壳程数 1 sN 管程数 4 pN 查资料得结垢校正系数 mm5 225 的管子取 4 1 tF 化工原理换热器的设计 6 A 由前面计算可知 13306Re2 传热管的相对粗糙度 0005 0 20 01 0 d 查克迪 图 得到 029 0Cmwi 查的换热器的管子长度 mL5 4 Pa u d L Pi930 2 535 0 7 995 02 0 5 4 029 0 2 22 22 2 1 B 回弯管阻力 由回弯管阻力经验公式得 Pa u P427 2 535 0 7 995 3 2 22 22 2 C 总的管程流动阻力 PaPa NNFPPPpsti 5 21 105 1 2 7599 414 1 427930 管程流动阻力在允许的范围内 化工原理换热器的设计 7 2 壳程压强降 A 挡板数 采用弓形折流挡板 取弓形折流挡板圆缺高度为壳径的 35 则切去高度 mmmDh175 0 17550035 0 35 0 取折流挡板间距为 mmmDB3 03005006 06 0 挡板数 BN 块 折流挡板间距 传热管长 141 300 1005 4 1 BN B 流体横流过管束的压力降 NFPPPt 2 10 经查资料结垢校正系数 1 tF 管程数 1 sN 由于管子采用的排列方式是三角形排列 所以查资料得校正系数 5 0 F 壳程流体的摩擦系数 637 0 83695Re5 228 0 228 0 10 f 查得所选换热器参数表可知 横过管束中心线的管数 9 cn 流体横流过管束的压力降 Pa u NnfFPBc 1710 2 313 0 812 114 9637 0 5 0 2 1 2 2 11 00 1 C 流体流过折流挡板缺口的压力降 化工原理换热器的设计 8 由前面计算可知折流挡板间距 B 0 3m 壳径 D 0 5 挡板数 14 BN 流体流过折流挡板缺口的压力降 Pa u D B NPB 1281 2 313 0 812 5 0 3 02 5 3 14 2 2 5 3 2 2 11 2 D 壳程总的压强降 PaPa NFPPPst 5 2 10 105 1299111 12811710 壳程流动阻力在合理的压力降范围内 七 设计结果一览表七 设计结果一览表 设备名称 煤油冷却器 换热面积 40 1 序号名称单位壳程管程 1 物料名称煤油水 2 操作压力 Pa 不大于 1 5 105Pa 3 操作温度 120 进 50 出15 进 45 出 4 流量 4 1674 845 5 密度 812995 7 6 比热容 kgkJCp 2 084 174 7 热负荷 W606666 7 8 传热系数 W 356 9 程数 14 化工原理换热器的设计 9 10 材质碳钢碳钢 11 直径 50025x2 5mm 12 管子长度 m4 5 13 压降 Pa29917599 2 14 管子规格116 根 管心距 32 毫米 切口高度 35 15 折流挡板14 块 弓形 立式 间距为 150 八 设计评述八 设计评述 首先我们通过确定物料的生产温度 计算出物料的定性温度 分别通过 查找大量的资料得到在定性温度下 各物料的密度 比热容 黏度 导热率等 等到了物性数据一览表 第二 用热量衡算定律算出换热过程中的总的热负荷 和冷却水的流量 另外计算出平均传热温差 然后初步假设换热器是单壳程 双管程的 根据查资料得到相应的温差校正系数 从而计算出平均传热温差 在已知热负荷和平均传热温差下 根据经验估计一个总的传热系数 根 据总的传热系数方程计算出估计状态下的换热面积 然后通过估计下的换热面 积 选择一个面积相当的换热器 并列出该换热器相应的参数 选出换热器后 就可以通过一系列的参数计算出管程 壳程的相应对流 传热系数 然后通过查的污垢