管式换热器煤油冷却器的设计.docx

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管式换热器煤油冷却器的设计

课程设计

课程名称

化工原理课程设计

题目名称

煤油冷却器的设计

专业班级

09级生物工程

（2）班

学生姓名

学号

指导教师

孙兰萍

二O一一年十二月二十日

1设计任务书

1.1设计题目

煤油冷却器的设计

1.2设计任务及操作条件

（1）处理能力:

M104t/Y煤油

（2）设备型式:

列管式换热器

（3）操作条件

①煤油：

入口温度140℃，出口温度40℃。

②冷却介质：

循环水，入口温度30℃，出口温度40℃。

③允许压降：

不大于105Pa。

④煤油定性温度下的物性数据：

；

；

＝2.22kJ/（kg.℃）；

＝0.14W/（m.℃）

⑤每年按330天计，每天24小时连续运行。

（4）建厂地址天津地区

1.3设计要求

试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。

1.4工作计划

1、领取设计任务书，查阅相关资料（1天）；

2、确定设计方案，进行相关的设计计算（2天）；

3、校核验算，获取最终的设计结果（1天）；

4、编写课程设计说明书（论文），绘制草图等（1天）。

1.5设计成果要求

1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，并附简单的设备草图。

2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师：

（1）封面（具体格式见附件1）

（2）目录

（3）课程设计任务书

（4）课程设计说明书（论文）（具体格式见附件2）

（5）参考文献

（6）课程设计图纸（程序）

1.6几点说明

1、本设计任务适用班级：

09生物工程（本）2班（其中：

学号1-15号，M=15；学号16-30号，M=25；学号31-46号，M=40）；

2、课程设计说明书（论文）格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范》中的相关内容。

指导教师：

教研室主任：

系主任：

2确定设计方案

2.1选择换热器的类型

两流体的温度变化情况：

热流体即煤油的进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体即循环水进口温度30℃，出口温度40℃。

该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用列管式换热器。

2.2流动空间及流速的确定

在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间也便于清洗。

由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。

选用Ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=1.5m/s。

3确定物性数据

定性温度：

对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。

故壳程油的定性温度为

管程流体的定性温度为

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

油在90℃下的有关物性数据如下：

密度

粘度

定压比热容

导热系数

循环冷却水再35℃下的物性数据如下：

密度

定压比热容

导热系数

粘度

4计算总传热系数

4.1热流量

4.2平均传热温差

先按纯逆流计算（一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑）

4.3冷却用水量

5估算传热面积

由于壳程气体压力较高，故选取较大的K值。

假设K估=315W/（m2.K），则估算的传热面积为：

考虑到25%的面积裕度，

6工艺结构尺寸

6.1管径和管内流速

选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速。

我国国标换热器中常见的换热管规格有以及

流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺数大于10000。

对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体选取较大流速，以利于增加表面传热系数，降低结垢程度与速度。

并要考虑合适的流速下，换热器有适当的管长和管程数。

6.2管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

按单程管计算，所需的传热管长度为

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为

传热管总根数

6.3平均传热温差校正及壳程数

平局传热温差校正系数

按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关突图表。

但的点在图上难以读出，因而相应以代替，，查同一图线，可得

平均传热温差

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

6.4传热管排列和分程方法

对于多管程换热器，常采用组合排列方式。

各程内采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方法。

故拟采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧用正方形排列

取管心距，则

横过管束中心线的管数

各程相邻管的管心距为44mm。

6.5壳体内径

采用多管程结构，壳体内径可由下式估算。

取管板利用率。

（正三角形排列，2管程，=0.7-0.85，4管程以上，=0.6-0.8），则壳体内径为：

按卷制壳体的进级档，圆整可取。

6.6折流板

（作用说明：

列管式换热器壳程流体流通面积比管程流通截面积大，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热系数，需设置折流板。

对于多壳程换热器不仅需要设置横向折流板，而且需要设置纵向折流板将换热器分为多壳程结构。

对于多壳程换热器，设置纵向折流板的目的不仅在于提高壳程流体的流速，而且是为了实现多壳程结构，减少多壳程结构造成的温度损失。

）

采用弓形折流板，可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：

取折流板间距,则，可取为

折流板数

并且折流板圆缺面水平装配。

6.7接管

壳程流体进出口接管：

取接管内气体流速，则接管内径为

取标准管径为。

管程流体进出口接管：

取接管内液体流速，则接管内径为：

，取标准管径为。

7换热器核算

7.1热流量核算

7.1.1壳程对流传热系数

对圆缺型折流板，可采用克恩公式

（适用条件：

Re0=2×（103-106），弓形折流板圆缺高度为直径的25%。

）

换热管呈三角形排列时，当量直径为：

壳程流体流通截面积：

壳程流体流速及其雷诺数分别为：

普兰特准数：

粘度校正：

7.1.2管程对流传热系数

管程流体流通截面积：

管程流体流速：

普兰特准数：

7.1.3污垢热阻和管壁热阻：

管外侧污垢热阻

管内侧污垢热阻

依表，碳钢在该条件下的热导率为50W/（m·K）,

管壁热阻：

7.1.4传热系数

所以系数

7.1.4传热面积

该换热器的实际传热面积为：

该换热器的面积裕度为：

为了保证换热器操作的可靠性，一般应使换热器的面积裕度大于15%-20%。

本换热器传热面积裕度16%，满足生产要求，故能够完成生产任务。

7.2换热器内流体的流动阻力

7.2.1管程流动阻力

由传热管相对粗糙度，查莫狄图得，流速，，所以

故管程流体阻力在允许范围之内。

7.2.2壳程阻力

流体流经管束的阻力为：

流体流过折流板缺口的阻力：

总阻力为：

壳程流体的阻力也比较适宜。

7.2.3换热器的主要结构尺寸和计算结果见表

换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：

换热器型式：

固定管板式

换热器面积（㎡）：

253.9

工艺参数

名称

管程

壳程

物料名称

循环水

煤油

操作压力，MPa

0.4

0.3

操作温度，℃

30/40

140/40

流量，kg/h

274509

50505.05

流体密度，kg/

994

825

流速，m/s

0.999

0.288

传热量，kw

3111.1

总传热系数，w/㎡·k

441

对流传热系数，w/㎡·k

4757

711

污垢系数，㎡·k/w

0.000344

0.000172

阻力将，Pa

23734.2

5754

程数

3

1

使用材料

碳钢

碳钢

管子规格

Φ

管数489

管长，mm

7000

管间距，mm

32

排列方式

正三角形

折流挡板型式

上下

间距，mm

300

切口高度25%

壳体内径，mm

500

保温层厚度，mm

项目

数据

项目

数据

壳径D（DN）

900mm

管尺寸

¢25mmX2

管程数Np（N）

4

管长l（L）

4.5m

管数n

144

管排列方式

正三角形排列

中心排管数nc

13

管心距

32mm

管程流通面积Si

0.0125m

传热面积

49.7m