列管式换热器-煤油换热器-工程原理课设

1、南 京 工 业 大 学材料工程原理B课程设计 设计题目： 列管式换热器设计煤油处理能190000吨/年 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 卓越工程师班 学 号： 1101130317 姓 名： 刘业奇 日 期： 2016年11月25日2016年12月9日 指导教师： 钱海燕 设计成绩： 日 期： 目 录一、设计任务书·······················

2、·····································二、设计方案简介···········

3、3;··············································1.换热器的选择··&#

4、183;·················································&#

5、183;···2.流体流动空间的选择············································

6、83;·····三、主要物性参数···········································&

7、#183;··············四、计算传热面积··································

8、;························1.热流量·························

9、······································2.平均传热温度差··········

10、83;············································3.冷却水用量····&#

11、183;·················································&#

12、183;····五、换热器工艺结构尺寸···········································

13、83;·········1.初选换热器规格·······································

14、··············2.估算传热面积··································

15、3;······················六、换热器核算··························

16、83;··································1.总传热系数核算··············

17、·········································2.裕量计算········

18、··················································

19、···3.压强降计算··············································

20、;·············七、设计结果概要···································

21、83;·······················八、设计的评述·························&#

22、183;···································九、主要参考资料·············

23、··············································十、换热器总装配图··

24、83;·················································

25、83;····一、设计任务书在某生产过程中，用循环冷却水将煤油油由102冷却至40 。已知换热器的年处理量为19×104吨/年；水的进口温度和出口温度分别为20 和28 。假设每年按330天计，每天24小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。1、处理能力 列管换热器设计煤油处理能力19×104吨/年2、设备型式 列管式换热器3、操作条件（1）釜残液： 煤油，入口温度102，出口温度40（2）冷却介质：井水（3）换热器的管程和壳程压强降：不大于50k Pa（4）煤油平均温度下的物性参数：名称（kg/m3）Cp (kJ/.)

26、（Pa.s） (W/m.)煤油9864.190.54×10-30.662二、设计方案简介在本次设计任务中，两流体的温度变化情况为：热流体（煤油）进口温度102，出口温度40；冷流体（井水）进口温度为20，出口温度28。由于冷、热流体间温差不大于50，故选用固定板式列管换热器，换热器两端管板和壳体连接成一体。这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50且壳方流体较清洁及不宜结构的物料。1.换热器的选择2.流体流动空间的选择对列管式换热器，流体流经管程还是课程，遵循以下原则：（1）不清洁或易结垢的流体宜走容易清洗的一侧。对于直管管束，宜走管程；（2）腐蚀性流体宜

27、走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀；（3）为增大对流传热系数，需要提高流速的流体宜走管程；（4）两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走壳程，以减小管壁和壳体的温差，减小热应力；（5）蒸气冷凝宜走壳程，以利于排除冷凝液；（6）需要冷却的流体宜走壳程，便于散热，以减少冷却剂用量；但温度很高的流体，其热能可以利用，宜走管程，以减少热损失；（7） 黏度大或流量较小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，在低Re下（Re100）即可达到湍流；对于本次设计任务因，釜残液为腐蚀性介质，适合走管内，将冷却水通入壳程三、主要物性参数定性温度取冷、热流体进出口温度的算术平均值。煤油的定性温度

28、为；循环水的定性温度为根据定性温度，分别查出走壳程和管程的流体的有关物性参数。表一 流体主要物性参数流体密度/黏度/比热容/导热系数/煤 油9860.662循环水9970.626四、计算传热面积1. 热负荷令井水和煤油的角标分别为1和2。根据设计任务，换热器每年的处理量 换热器每年的工作时间，则煤油的质量流量据热量衡算方程若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得，即2. 平均传热温度差 逆流平均温度差 校正系数是辅助量R与P的函数，=f(R,P)。 其中，假设为单壳程，根据图1 查得温差校正系数=0.94，因为0.8，假设成立。同时可选用单壳程的列管换热器。则有。图1. 单壳程、四管程温

29、度校正系数图 3. 冷却水用量 根据热量衡算方程式， 冷却水用量5、 换热器工艺结构尺寸初选）1. 管径和径内流速 考虑到煤油具有一定的腐蚀性，不便清洁。为了便于清洗，所以管径取。则管内径，管外径，径内流速不宜太小，取水的流速u=1.2m/s2. 管程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定单程传热管数N=（根）初选换热器规格采用25×2.0的碳钢管，取管内流速为u=1.2m/s壳径D：600.00 公称面积：110.00 管程数Np：4.00 传热管总根数NT：242.00 管长：6.00 排列方法：正三角形实际传热面积：112.1 总传热系数 K0=Q/（S*tm）：695.4 3

30、. 传热管排列方式和分程方法 取管中心距。 每管程的管数n=226/4=56.5（根） 4. 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳内径的25%，则切去的圆缺高度为。 取折流板间距h=320mm 折流板数NB=-1=(块） 则有 )图2. 换热器总传热系数K的选取范围六、换热器核算 1.总传热系数核算（1） 管程对流传热系数 (湍流） 所以（液体被冷却） )(2) 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 式中 h折流挡板间距，取300mm T管中心距，对的管子，t=32mm 因为，所以， 由正三角形排列，得 因为在范围内，故可用下式计算 由于液体被加热，取1.05，所

31、以 ） 确定污垢热阻 图3. 管外对流传热系数的计算方法（3）总传热系数 因为管子材料选择不锈钢，取其导热系数=16.5），所以 ） 2. 裕量计算 ，即传热面积有23.10%的裕量。 计算表明所选换热器的规格可用。3.压强降计算 （1）计算管程压强降 前已算出 （湍流） 取不锈钢管壁粗糙度为0.1mm，则，由摩擦系数图查得=0.037，所以 对于的管子，且,所以 （2）计算壳程压强降 其中， 管子为正三角形排列，取F=0.5 折流板间距h=0.32m 折流板数 所以， 从上面计算可知，该换热器管程和壳程压强降均满足题设要求，故所选换热器合适。七、设计结果概要参数管程 壳程进/出口温度 102

32、 40 20 28压力/Pa4445.221275定性温度71.00 24.00 密度986.00 997.00 定压比热容4.1904.174 粘度0.5400.894 热导率0662 0.626 普朗特数3.424.85形式固定式台数1壳体内径600壳程数1管径25×2.0管心距32管长6管子排列正三角形管数242折流板数18传热面积112.1折流板间距300管程数4材质 不锈钢主要计算结果管程壳程流速0.340.75表面传热系数1976.064480.36污垢热阻0.0001720.0002传热温差24.79 传热系数766.99裕度23.10%八、设计的评述本次工程原理课程设计，是对我们教材中第四章传热知识的综合运用，对于我们了解传热过程的本质以及换热器的工作原理具有很好的巩固作用。对于此次课程设计，我主要分成以下三个阶段来进行：第一阶段仔细阅读教材第四章传热的相关内容，查阅换热器设计的有关资料，了解换热器设计的基本步骤；第二阶段结合书本例题4-26进行换热器的选型、数据计算和最终核算；第三阶段把所有的资料进行整理，制成设计报告。在这些过程中，我学会了如何根据工艺条件查找相关资料，并从相关资料中筛选出对本次设计有用的信息。而且，通过此次课程设计，加深了对主体设备图的印象，对化工原理设计的相关步骤和有关内容也有了一定的了解。除此之外，在制