化工原理课程设计多壳程换热器

1、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院（系、部、中心）康尼学院专业.环境工程班级K环境091学生姓名单超凡学号240094435设计地点文王里楼A404指导教师李乾军张东平目录一.符号说明1.1物理量（英文字母）11.2物理量（希腊字母）1二设计目的1三参数与条件设置21已知参数21设计条件2四.设计计算21、确定设计方案2流动空间及流速的确定21.4、选择换热器的类型31.4、确定物性数据31.4、计算总传热系数1.4、设计传热面积5五工艺结构尺寸5管径和管内流速5壳程数和传热壳数6平均传热温差校正及壳程数6传热管排列和分程方法6壳体内径8折流板8接

2、管8六.换热器核算9热量核算9换热器内流体的流动阻力11、儿、4刖百在工业、石油、动力、制冷、食品等行业中广范使用各种换热器，且他们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求也不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计。制造、结构改造及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。列管换热器的应用已有很悠久的历史。现在，它被

3、当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门大量使用，尤其化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，大量地应用于工业中。为此对多壳换热器进行设计。一、符号说明：物理量（英文字母）B折流板间间距，mCp定压比热容，kJ/（kgC）d管径，mD换热器内径，mf摩擦因数F系数G重力加速度，m/s2P压力，pa;物理量（希腊字母）a对流传热系数，W/（后）一一一一2。入导热系数，W/（m-C）粘度Pa-s下标0管外m二、设计目的料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说n指数N管数S传热面积，m2t管心距，mu流速，m/sP密度，Kg/m3有限差值平均培养学生运用理论知识进行通过本次

4、设通过课题设计进一步巩固课程所学内容,化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资三、参数与条件设置已知参数热流体（柴油）：T1=180C,T2=130C,Wh=36000kg/h;冷流体（油品）：t1=60C,t2=110C,压力0.4MPa;设计条件：壳程数：2;压力降p10100kPa（液体）；110kPa（气体）；雷诺数Re500020000（液体）；10000100000（气体）；流动空间管材尺寸：25mmx2.5mm;管内流速，0.75m/s;传热管排列方式：正三角形排列、正方形排列、正方形错列；传热面积裕量S:20

5、%;传热管长L,3;折流挡板切口高度与直径之比：0.20、0.30;管壁内外污垢热阻，自选；四、设计计算4.1确定设计方案：4.1、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180C,出口温度130C;冷流体(油品)进口温度60C,出口温度40Co该换热器用循环油冷却， 冬季操作时进口温度会减低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温和壳体之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。2、流动空间及流速的确定柴油走壳程，油品走管程。选25mmx2.5mm的碳钢管，管内流速取0.75m/s。2确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值壳程柴油的定性温度为管程油的定

6、性温度为T=60+110=85()2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。柴油在155c下的有关物性数据如下：密度P0=715kg/m3定压比热容Cpo=2.48kJ/(kgC)导热系数入。=0.113W/(mC)粘度po=0.64M10”Pa-s煤油品在85c下的物性数据：密度pi=815kg/m3Cpi=2.22kJ/(kgC)T=18130=155(0定压比热容导热系数粘度4.1、3计算总传热系数.热流量Qo=mocpoto=360002.48180-130)=4464000(KJh).平均传热温差1112(180130180130)(1106011060)-：tm=O.：

7、t12 2Int23.冷却水用量壳程传热系数假设壳程的传热系ao=w/(m2,C)污垢热阻Xi=0.128W/(mC)邛=3.0 x10，Pas=50(C)4.总传热系数K管程传热系数Re=dm：i=0.020.75815=4075:0.0030.023di0.128y0.80=0.023(Re)0.02一_0.42.22父0.00302=34.7w/(m244640002.2110-60=40582du匕1.00.81.80.51.55-30壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.82-155.1.2壳程数和传热壳数依据传热管内径和流速确定单程传热管数

8、Vns二s二/diu405828153600一_一一2一0.7850.020.75=58.73忠59(根)0.0250.0004334.70.0270(m2)按单程管计算，所需的传热管长度为L=S=3(m)二dons3.140.02559按单管程设计，传热管过长，宜采用多壳管程结构。先取传热管长L=3m,则该换热器壳程数为LNp=T=1传热管总根数N=59M1=59(根)平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=180180- -130130- -110-60p-110-60p=0.42180-60根据R=1P=0.42得出%=0.91&m=中白4炉=0.91M50=45.5(C

9、)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。取管心距t=1.25do,则t=+1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数nc=1.19vN=1.19相=9.1之10（根）转热管排列方式一一正方形直列壳体内径才用多壳程结构，取管板利用率*1=0.7,则壳体内径为D=1.05tJ=1.05父32、5%7=308.4(mm)圆整可取D=350mm折流板采用弓形折流板，去弓形折流板圆缺高度为壳体内径的40%,则切去的圆缺高度为h=0.4父350=140(mm)故取B为140mm.取折流板间距B=0.3D,则B=0.3350=105(mm)可取B

10、为110mm折流板圆缺水平装配。接管壳程流体进口接管：取接管内流速为u=0.75m/s,则接管内径为4360001=也=/( (3600715) )=0.154(m)取标准管径为150mm折流板数NB传热管长=3000折流板间油一不0-1=26.2定27(块)二u3.140.75管程流体进出口接管：取接管内循环流速u=1.5m/s,则接管内径为六.换热器核算6.1.1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de二do40.0322-0.7850.025223.140.025=0.02(m)壳程流通截面积440582,3600820d.-3.141=

11、0.132(m)取标准管径130mmSo=BD151=tJ00.025、/、0.11X0.3511=0.0084(m)、0.032J壳程流体流速及其雷诺数分别为Uo3600036007153600715=1.6(m/s)0.0084Reo=0 0.0202工6 6715715.357500.00064普兰特准数33PL2.48100.6410Pr=14.050.1130.14粘度校正二%021.a=0.36M0113M357500.55M14.0513M0.21=638.9w/(m2-C)0.02(2)管程对流传热系数a=0.023二Re08Pr04di管程流通截面积596=0.7850.02

12、27=0.009263(m2)管程流体流速Ui40582一八36003600 815815),),490.009263Re=0 0.02021.4981549815=80960.003普兰特准数32.2210310Pr=52.030.1280128d=0.03-80960852.030.40.02=1248.6(w/(m2,C)(3)传热系数KP1=0.021-30.02-2_1.9815=4.6KpaK二-do-dobdo-1T-Rsi-ooRsoaidididiao=309.6w/(m2,C)(4)传热面积S3124010309.645.5该换热器的实际传热面积Sp2、Sp=ndoL(N-

13、nc)=3.14M0.25M(3-0.03*59-10)=114(m)该换热器的面积裕度为Sp-S114-88H=-p100%100%=29.5%S88传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务6.1.2换热器内流体的流动阻力(1)管程流动阻力P=RFNNpNs=1Np=2Ft=1.15由Re=8096传热管相对粗糙度蛔=0.005,%=0.021W/m-C流速20Ui=1.9m/sP=815kg/m3所以0.0251248.60.020.0250.000344-0.020.00250.025+450.00250.0001721638.9=88(m2)2=：u2结果见表P2=“23.92815

14、8152=0.4Kpa布=(4.6+0.4)M1.5x210Kpa管程流动阻力在允许的范围内。(2)壳程阻力工党=(阻+FiNsNs=1Ft=流体流经管束的阻力Pi=FfnicNB1F=0.5fo=531619228=0.7962nc=10NB=27uo=1.6p1=0.50.7962101827151.62=6.6io4(pa)流体流过折流板缺口的阻力p；=NB3.5B=0.11mD=0.35mp2=18黑3.50.35=4.7io4(pa)总阻力、po=6.61044.7104100KPa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壳体内径，mm350

15、保温层厚度，mm流体密度kg/m3815715换热面积（m2）:114符号尺寸用途连接型式工艺参数aDN80循环油入口平囿名称管程壳程bDN80循环油出口平囿物料名称油柴油cDN50柴油入口凹凸面操作压力；MPa0.40.3dDN50柴油出口凹凸面操作温度；C60/110180/130eDN20排气口凹凸面流量，m/s4o58232353fDN20放净口凹凸面传热量，kw1240b总传热系数，W/m2K309.6对流传热系数，w/m2-k1248.6638.9污垢系数，m2k/w0.0003440.000172阻力降，MPa0.15 0.116000eJ程数12150150c推荐使用材料丁管子

16、规格25mmX2.5mm管数59管长mm3000(1f月彭胀节1dra管间距，mm32排列方式正三角折流板型式上下间距，mm110切口tWj度40%换热器模式：固定管板式管口表流速m/s1.91.6七.设计总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。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。止匕外，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