化工原理课程设计--煤油换热器的设计.docx
化工原理课程设计设计题目：列管式换热器的设计一、课程设计任务书(一)设计题目：煤油换热器的设计(二)设计条件煤油2.376X1()5吨/年处理量：每年按330天计，每天24小时连续运行(2.376×105×103)(330×24)=3×IO4kg/h进口温度：Tl=I200出口温度：T2=50团允许压强降：不大于2x105Pa进口温度：1020*Ctl=20C出口温度：4045Ct2=40*C允许压强降：不大于2X105Pa确定设计方案流体定性温度确定定性温度是指某种介质(冷介质或热介质)在求物性参数时使用的温度,如果介质粘度不大，取进出口温度的算术平均温度。因此：煤油的定性温度：T=等=85水的定性温度：=30流体在定性温度下的物性数据表1水和25%甘油在定性温度下的物性数据流体温度p(kgm3)"PasQkJ(kgC)AW(m°C)/煤油85774.00.664×lO32.3300.1042水30995.70.8×lO34.1740.6176二.设计方案简介（一）选择换热器的类型（二）管程安排三.设计原则（一）满足工艺和操作的要求（二）经济合理（三）保证安全生产四.换热器加热过程有关计算热负荷和冷却水流量的计算热负荷计算:QFmI品(71-介尸3"23X359166.67w冷却水流量的计算:Qm2=QCp2(tl-t2)1359166.67x36004.174×103×(40-20)=58612.84kgh3.5平均温度差的计算计算两流体的平均温差，暂按单壳程，偶管程计算。且已确定流体的流向为逆流，所以逆流时平均温度差为：(Tl-t2)-(T2-tl)%=,Ge=In(T2-tl)HCt2-t40-20C而=0.2T1-t1120-20W-。)=5=5"ln(120-40)ln2.67(50-20)T1-T2-120-50AJ.D亡2-亡工4020TLtl(a)单壳程,两管程或两管程以上图11-2折流单壳程2、4、6管程对数平均温度差校正系数由图1得修正系数=0.85则Atm=RAt逆=0.85x50.91=43.273又因外产0,9>0.8,故可选单壳程的固定管板式换热器。(一)传热面积根据冷热流体情况参考书151轻油，取k340W(r112.C),则估算传热面积:=9L18m2Q_1341666.7KOAtm_340X43.274初选BES900-2.5-279-6/19-2型换热器，有关参数如下:表2换热器规格参数规格参数数据规格参数数据公称直径/mm600管子尺寸mm19×2公称面积Sm294.2管程流通面积A/n)?0.0106管心距a/mm25管长L/m4.5管子根数n/根360管子排列方式正三角形中心排管数叫根20管程数Np实际传热面积：So=ndo>574××0.019X4.5=96.65(m2)（四）总传热系数K的计算4.1核算总传热系数K01.管侧传热膜系数管程流体体积流量:1.54 (m3s)(/m258612.84pA_宙995.7×3600雷诺数：“呼喘瞪等=28799.55因为Re=28799.55>10000所以管内流体流动是充分湍流的。ncp4.174×103×0.8007×103L普朗特数：Pr=-=5.410.6176所以管程流体对流传热系数为：a2=0.023-Re08Pfv-4=O.O23××28799.55o8×5.41040.015=6871.10W(m2oC)2 .壳侧传热膜系数换热器列管之中心距二黑二29mm，折流板间距取h=150mm,则流体通过管间最大截面积为：Sf,lax=hD(J-9=0.3x0.6x(1-需)=0.030m2壳程流体的流速：4=3×o2=o.35711sPSm(IX3600×0.0300×774当量直径：=0.028m4(t2-dl)4(×0.0292-三×0.0192)Trdl×0.019雷诺数：Re=0028x03574=820.850.664×103K占口，l+mnCp2.330×103×0.664×103普朗特数：Pr=-=14.840.1042Re=2X1()37XU,因为壳程中煤油被冷却，取UL)O./4=095w所以=0.363)°55学)033(JL)0.14=0.36×X11820.85°55×14.84033×0.950.028=535.94W(m20C)3 .污垢系数参考中工业上常用流体形成的污垢热阻的经验值，得管内、外侧污垢热阻分别为：2=0.000172m2oCW(冷却水)Rs/=0.000172m2/W(煤油)碳钢内管材料热导率;l7n=45W(m)4 .总传热系数K换热管对数平均直径：d1-d2- q-d- 日20.019-0.015,0.019In0.015=0.0169mK二1"导段1+怒+&2彘535.94+0.000172+零翳+。】72><嘿+奇茄=389.2lW(m20C)按此传热系数，计算所需要的传热面积:1359166.7K .,Atm 389.21X43.274=80.72m2-=留竺二1.1977A在1.151.25之间，所以Ko=384.O9W/(m2°C)符A计80.72A计合。裕度：公三六100%二竺更a竺XKX)%=9.77%A80.72传热裕度应在15%-25%之间，即传热面积裕度合适，且裕度为H=19.77%,该换热器能够完成生产任务。5 .管壁温度-Ta+t2-5×535.94+30×6871.10-tw34Ca1+2535.94+6871.10查34C下水的黏度为：jtH=0.7371×W3Pa.s查35C下甘油的黏度为：%=1.0800×103Pa.s对壳程:对管程:0.7255014 “c )=0.93 ,1.5000/°.(H,0.7225/所以计算管程、壳程Q时假定的(AJ)°14=O.95值是正确的6 .压力损失计算管程的压强降设管壁粗糙度£=0.Immj=0.00667管程：Re=28799.55查图2得/1=0.0350.09OOS0.070.0600500400300250020.015OOI00090008F«y 331OI5)OO6),O(MOOOl0.00040.0002 0 0001000005000l图2摩擦系数人与雷诺数Re及相对粗糙度;的关系图因为管子排列的方式为正三角形，所以查得E=L5M=l,Np=6"2=(注+3)凡&Np号/八”6小«,995.7X1.542=(0.04Ix113)×1.5×1×6×0.0152=143941.68Pa=1.44×105Pa<2×IO5Pa所以管程流体阻力在允许范围之内壳程的压强降API=卜/oFC(N8÷1)÷(3.5-渤fs嘤对液体FS=LI5管子排列方式为正三角形F=0.5Re_uodop=7908.9159>500fi)=5.0Rea228=5.0×1820.85-0-228=0.589管子排列方式为正三角形,nc=1.1n=1.1360=21/Vo=7-1=-1=29,Bh0.15'壳程压力降为：P1=,5×0.589×21×(29+1)+29×(3.5-2)1X1.15X'，初炉=13399.61Pa=1.33×105Pa<2×IO5Pa所以管程流体阻力在允许范围之内五.换热器结构设计1.管束分程（一）管束及管壳分程管束分程t=20,管程流体（水）进出口温度差较小，故不需避免管束紧邻。程数2流动顺序©管厢隔板介质返回侧隔板O管壳分程E型（二）传热管25×2.5（三）管子布置正方形错列（四）管板对于固定刮板式换热器，常采用不可拆连接方式，即直接将两端管板焊接在壳体上。(五)管子与管板的连接胀接法多用于压力低于3.92MPa和温度低于300的场合(六)管板与壳体的连接在刚性结构、两端管板均固定换热器中，常采用不可拆连接(七)折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，并提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果。弓形折流板结构简单，性能优良。在实际中最为常用。弓形折流板切去弓形高度为壳体直径Di的10%40%°常用值为20%25%,采用25%的圆缺型折流板。为了检修时能完成排除卧式换热器壳体内的液体，折流板应开小缺口。弓形折流板在卧式换热器壳体中的排列分为圆缺上下方向和圆缺左右方向两种。选用上下方向排列，可造成液体的剧烈运动，但可增大传热膜系数，且这种排列较常用。根据壳体直径，查表5-13,可知折流板直径与壳体内直径的间隙为3.5mm则折流板数目：NB二*一I=震一1=38根据壳体直径和折流板间距，查表5-14得折流板厚度为5mm折板高度H=600×0.15=90mm(八)壳体直径及厚度1壳体直径的计算Di=t(nc-l)+2e=1.4d0(1.19N-1)+2×1.2d0=1.4×0.025×(1.19198-1)+2×1.2do×O.025=0.588m按照系列标准进行圆整，Di取60Omm胀接法连接t=(1.3L5d0)取1.4d0管子按正方形排列nc=1.19iq通常e=（l."1.5do）取1.2d02壳体厚度计算二一+c2H-p2.5×600,C=F22×167×0.852.5=7.33。材料在设计温度下的应力，壳程温度85。根据碳钢板杆应用力，查得。=167C,腐蚀裕度，mm,可在8mm范围内，根据流体腐蚀性取2mm还应考虑安全系数及开孔补强等措施，查表后，取厚度IOmm,取双面焊缝=0.85P设计压力取2.5Mpa（九）材料选用选用碳钢材料6.1 管箱因为DN=600mm,DNN900mm,所以应选封头管箱。6.2 封头对于封头，有方形和圆形两种，方形用于直径小（一般小于400mm）的壳体；圆形用于较大直径的壳体。因为壳体直径D=900mm>400mm,所以其封头采用圆形封头。6.3旁路挡板因为DN=900mm,在800-120Omm之间，所以旁路挡板数量选3对6. 4折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，并提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果。折流板采用25%的圆缺型折流板。折流板间距h=450mm,折板高度H=600×0.15=90
