化工原理课程设计(多壳式换热器).docx
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i三课程名称：院（系、部）：专业：班级：学生姓名：学号：设计地点：指导教师：化工原理课程设计B尼学院环境工程K环境091文理楼A404李乾军张东平工程基础实验与训练中心设计起止时间：2011-12-52（H1.1216书目一、符号说明：1.1物理量（英文字母）：IN物理量（希脑字母）：二、设计目的:三、介数与条件设置：3.1 已知叁数，3.2 加好四、设iHf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 定性侬，5.2.2 物性Mi5.3.1 持流量：5.3.2 平均传然源差：5.3.4 总传热系数K5.4计算传热面积I55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I5.5.3 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t5.5.6 折流板：5.5.7 接管，1.1 .1热量核算I1.2 .2换热给内流体的流淌阻力I设计总结：6.1 综合设计总结：6.2 个人设计总结：七、弁考文献：一、符号说明：二、1.1.物理量(英文字母)CP定压比热容，KJ(kg.0C)Qm热容量流率比d管径,mD换热器壳径,mf摩擦系数F系数g重力加速度,ms2B挡板间距K总传热系数,W(m2JC)I长度,m1.长度,m1.2物理量(希腊字母)对流传热系数,W(m2.oC)导热系数,W(m2.oC)£传热系数n管数N程数P压强,Paq热通量,W7m2Q传热速率或热负荷,Wr汽化热或冷凝热KJ/kgR热阻，m2.oCVS传热面积，m2T流体温度，。Ct流体温度，"CV流速m/s黏度，Pa.s密度,kgm3。校正系数二、设计目的通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培育学生运用所学理论学问进行化工单元过程设计的初步实力，使所学学问系统化。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、编写设计说明书的实力。三、参数与条件设置：3.1 已知参数：（1）热流体（柴油）：T1=18O,C,T2=130r,VVh=36000kgh;（2）冷流体（油品）T=6（C,t2=110C,压力0.4MPa;3.2 设计条件：（1） 壳程数：2；（2） 压力降p<10-100kPa（液体）；I-IOkPa（气体）；雷诺数Re<500020000（液体）；10000-100000（气体）；（3） 流淌空间管材尺寸：19mm×2mm、25mm×2m11is25mm×2.5mm;（4） 管内流速，自选；<5）传热管排列方式：正三角形排列、正方形排列、正方形错列；（6） 传热面积裕量S：1025%;（7） 传热管长1.,3、4.5、6、9、12m；（8）折流挡板切口高度与直径之比：0.20.0.30；（9）管壁内外污垢热阻，自选，Rsi=5.1590X1.oT,Rso=3.4394×104m2.oCVV;四、设计计算4.1 确定设计方案4.1.1 选择换热器的类型：两流体温度的改变状况，热流体进口温度为180C,出口温度130To冷流体（原油）进口温度为60C.出口温度HOco该换热器用有油品进行冷却，内部用油品（煤油、汽油、石脑油），冬季操作温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温与壳体壁温相差较大，因此确定用浮头式列管式换热器。4.2 确定物性数据4.2.1 可取流体进口温度的平均值。管程柴油的定性温度T=国产=155。C壳程油品的定性温度t=当空=85式由于浮头式换热器拆卸比较简洁，应使冷却油柴油走壳程，原油走管程。柴油在155C时的物性数据如下：密度po=715kgm3定压比热容Cp）=2.48KJ（kg.oC）导热系数o=O.113W（m2.oC）粘度0=0.00064Pa.S原油在85fC时的物性数据如下：密度pi=815kgm3定压比热容Cpi=2.22KJ(kg.0C)导热系数)j=0.128W(m2.oC)粘度Hi=O.003Pa.sT=18()*C,T2=13(C,t=6(C,t2=11OC5.3计算总传热系数:5.3.1 热流量：Q,=WWPN、=3«XX)X2.4«X(IS)-13()=4.464XkJIh=124O(¼)5.3.2 平均传热温差：因为组=12,411,=A9"=50oC/,25.3.3 冷却油用量：QCpiM4.464XIO62.22x(110-60)=40216(g)5.3.4 总传热系数：管程传热系数d,uiptO.O2×O.5×815Kc=/,0.0033黑7严端髀壳程传热系数假设壳程的传热系0=290VV(m2.oC)污垢热阻Rm=5.1590×104m2.oCVVRso=3.4394×104m2.oCW管壁的导热系数=45VV(m2.oC)K<11.J0bd1.,1+R1-+-+R1+''d,dan。而+5.159。Xm妈+两荻(M巴34394M+,25.22x0.0200.02()45×0.02254=6875.4计算传热面积S=WKrm1240x10'X”、一=36.10»')687x50考虑15%的面积裕度，S=1.I5×5=1.15x36.1=41.44K(n2)5. 5工艺结构尺寸6. 5.1管径和管内流速选用25X2.5传热管(碳钢)，取管内流速W=O.5ms表51换热器常用流速的范围流速介质循环水除新水一-般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体管程流速1.0-2.00.8-1.5O.5-3.O>1.00.8-1.80.5-1.55-30光程流速0.5-1.50.5-1.50.2-1.5>0,50.4-1.0O.3-O,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管程数和传热管依据传热管内径和流速确定单程传热管数40216/(815x36()0)O.785×O.O22×0.5=87.388(根)依据单程管计算，所需的传热管长度为SnSj1.1.11r3.14×O.O25×88=6,S=41.448,因壳程=2,管程S,所以A=1x6=60）按单程管设计，传热管过长，则采纳多管程结构。现在传热管长1.=6m,则该换热管程数为N=IX88=88（根）表5-2设计方案中选取的4种管程的管程布置程数流淌依次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1.=110-60=042T1.-tiISO-60R=蜡=j三=,又因为壳程=2依据多壳程，单管程结构，温差校正应查有关图表。但R=I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，由幺化工原理上册小页查图4-19可得0=898平均传热温差w=SVArm=0.98×50=49'C图光程摩擦系数f0与RCt）的关系5.5.4传热管排列和分程方法采纳组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采纳正方形排列。去管心距t=1.25d0,则=1.25×25=31.2532（nvn）横过管束中心线的管数=I.I9v=1.1988=II.2I25.5.5壳体内径采纳多壳程结构，则壳体内径为。=，("c-1)+34=32(12-1)+3X0.025=352.1(圆整可取D=350mm5.5.6折流板采纳弓形折流板,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=0.25x350=87.5,故可取h=90三取折流板间距B=O.3D,则8=0.3X350=1050mm),故取B为11011UDo传热管长36000折流板数NB=丽丽而"=F"=326(g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=1.0ms,则接管内径回=/4X3三)(三X715)=00178(VmV3.14x1.0管程流体进出口接管：取接管内原油流速为u=1.5ms,则=0.0116(7»)UX40216/(36(6)×815)N3.14x1.55.6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，可采纳克恩公式当量直径，由正三角形排列得X0.032-0.785×0.0252)3.14x0.0250.020(m)壳程流通截面积：SD=BfX1.-¾=0.1×().35(1-竺身)=8.42xK)j(mi)t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360(X)“3600x715)ReO=8.42×I00.020x1.66x7153×IO,=1.66("js)=7913普兰特准数2.48×I(XX)X0.(4×1031.0.113粘度校正Pr=14.05（八）"14N40=0.36Xy×791.30j,×14.05'=678W/(m2.,C)(2)管程对流传热系数q=0.0234Re<,W4管程流通截面积Si=0.785XO.O22y=0.0138(M)管程流体流速40216(36×815)0.0138=0.99(”5)C0.02×0.99×815UFCRc=：=537930,Pr=222×w×3×1°=52.03普兰特准数0.128O1%=O.O23潦*37帖X52.02”，=690W".P)(3)传热系数K().()25690x0.020+5,159()1.0-三÷0-m25×00250.020450.0225-=230.57W(n-.C)+3.4394×10*+6781240x10'-230.57x50(4)传热面积S=107.6(w2)该换热器的实际传热面积SpS,.=W1.)(,-j.)=3.14X0.025×6×(88-I2)=35.8(w2)该换热器的面积裕度为H=X100%=""S-.8X%=6?%S
