化工原理课程设计多壳式换热器.docx

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化工原理课程设计多壳式换热器

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：

化工原理课程设计B

院（系、部）：

康尼学院

专业：

环境工程

班级：

K环境091

学生姓名：

学号:

设计地点：

文理楼A404

指导教师：

李乾军张东平

工程基础实验与训练中心

设计起止时间：

2011-12-5～2011-12-16

南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）

目录

1、符号说明:

1.1物理量（英文字母）:

…………………………………………

1.2物理量（希腊字母）:

…………………………………………

二、设计目的:

…………………………………………

三、参数与条件设置：

3.1已知参数：

…………………………………

3.2设计条件：

…………………………………………

四、设计计算：

…………………………………………

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定性温度：

…………………………………………

5.2.2物性数据：

…………………………………………

5.3计算总传热系数：

…………………………………………

5.3.1热流量：

…………………………………………

5.3.2平均传热温差：

…………………………………………

5.3.3冷却油用量：

…………………………………………

5.3.4总传热系数K：

…………………………………………

5.4计算传热面积：

…………………………………………

5.5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：

…………………………………………

5.5.3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：

…………………………………………

5.5.6折流板：

…………………………………………

5.5.7接管：

…………………………………………

五、5.6换热器核算：

…………………………………………

5.6.1热量核算：

…………………………………………

5.6.2换热器内流体的流动阻力：

…………………………………………

设计总结：

…………………………………………

6.1综合设计总结：

…………………………………………

6.2个人设计总结：

…………………………………………

七、参考文献：

………………………………………………

南京工程学院课程设计说明书（化工原理课程设计）

1、符号说明：

2、1.1物理量（英文字母）

Cp定压比热容，KJ/（kg.°C）

n管数

Qm热容量流率比N程数

d管径,mP压强,Pa

D换热器壳径,mq热通量,W/m²

f摩擦系数Q传热速率或热负荷,W

F系数r汽化热或冷凝热KJ/kg

g重力加速度,m/s²R热阻，m².ºC/W

B挡板间距S传热面积，m²

K总传热系数,W/（m².ºC）T流体温度，ºC

I长度,mt流体温度，ºC

L长度,mv流速m/s

1.2物理量（希腊字母）

α对流传热系数,W/（m².ºC）µ黏度，Pa.s

λ导热系数,W/（m².ºC）

密度,kg/m³

ε传热系数ψ校正系数

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二、设计目的

通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学知识系统化。

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、编写设计说明书的能力。

三、参数与条件设置：

3.1已知参数：

（1）热流体（柴油）：

T1=180℃，T2=130℃，Wh=36000kg/h；

（2）冷流体（油品）：

t1=60℃，t2=110℃，压力0.4MPa；

3.2设计条件：

（1）壳程数：

2；

（2）压力降△p<10~100kPa（液体）；1~10kPa（气体）；雷诺数Re<5000~20000（液体）；10000~100000（气体）；

（3）流动空间管材尺寸：

Φ19mm×2mm、Φ25mm×2mm、Φ25mm×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：

10~25%；

（7）传热管长L，3、4.5、6、9、12m；

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（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=5.1590×10-4，Rso=3.4394×10-4m².°C/W；

四、设计计算

4.1确定设计方案

4.1.1选择换热器的类型：

两流体温度的变化情况，热流体进口温度为180℃，出口温度130℃。

冷流体（原油）进口温度为60℃，出口温度110℃。

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=

=155°C

壳程油品的定性温度t=

=85°C

由于浮头式换热器拆卸比较简单，应使冷却油柴油走壳程，原油走管程。

柴油在155℃时的物性数据如下：

密度ρ0=715kg/m³

定压比热容Cp0=2.48KJ/（kg.°C）

导热系数λ0=0.113W/（m².ºC）

粘度µo=0.00064Pa.s

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原油在85℃时的物性数据如下：

密度ρi=815kg/m³

定压比热容Cpi=2.22KJ/（kg.°C）

导热系数λi=0.128W/（m².ºC）

粘度µi=0.003Pa.s

T1=180℃,T2=130℃,t1=60℃,t2=110℃

5.3计算总传热系数：

5.3.1热流量：

=

5.3.2平均传热温差：

因为

，

5.3.3冷却油用量：

5.3.4总传热系数：

管程传热系数

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壳程传热系数

假设壳程的传热系αo=290W/（m².ºC）

污垢热阻Rsi=5.1590×10-4m².°C/W

Rso=3.4394×10-4m².°C/W

管壁的导热系数λ=45W/（m².ºC）

5.4计算传热面积

考虑15%的面积裕度，

5.5工艺结构尺寸

5.5.1管径和管内流速

选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=0.5m/s

表5-1换热器常用流速的范围

流速

介质

循环水

新鲜水

一般液体

易结垢液体

低粘度油

高粘度油

气体

管程流速

1.0-2.0

0.8-1.5

0.5-3.0

>1.0

0.8-1.8

0.5-1.5

5-30

壳程流速

0.5-1.5

0.5-1.5

0.2-1.5

>0.5

0.4-1.0

0.3-0.8

2-15

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5.5.2管程数和传热管

根据传热管内径和流速确定单程传热管数

（根）

按照单程管计算，所需的传热管长度为

=

，S=41.448,因壳程=2，管程=1,所以

按单程管设计，传热管过长，则采用多管程结构。

现在传热管长L=6m，则该换热管程数为

（根）

表5-2设计方案中选取的4种管程的管程布置

程数

流动顺序

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

，又因为壳程=2

按照多壳程，单管程结构，温差校正应查有关图表。

但R=1

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的点在图上难以读出，由《化工原理》上册

页查图4－19可得:

平均传热温差

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图壳程摩擦系数f

与Re

的关系

5.5.4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。

去管心距t=1.25d0,则

横过管束中心线的管数

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5.5.5壳体内径

采用多壳程结构，则壳体内径为

圆整可取D=350mm

5.5.6折流板

采用弓形折流板,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

故可取h=90mm

取折流板间距B=0.3D,则

故取B为110mm。

折流板数NB=

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=1.0m/s,则接管内径

管程流体进出口接管：

取接管内原油流速为u=1.5m/s，则

5.6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，可采用克恩公式

当量直径，由正三角形排列得

壳程流通截面积:

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壳程流体流速及其雷诺数分别为

普兰特准数

粘度校正

（2）管程对流传热系数

管程流通截面积

管程流体流速

普兰特准数

（3）传热系数K

（4）传热面积S

该换热器的实际传热面积Sp

该换热器的面积裕度为

传热面积合适，该换热器能完成任务。

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5.6.2换热器内流体的流动阻力

（1）管程流动阻力

由Re=5379，传热管相对粗糙度

，查莫狄图得

由Re=，传热管相对粗糙度，查莫狄图得

管程流动阻力在允许范围之内。

（2）壳程阻力

流体流经管束的阻力

流体流过折流板缺口的阻力

总阻力

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结果见表5-3

表5-3换热器主要结构尺寸和计算结果

换热器型式：

浮游器式换热器

管口表

换热面积

符号

尺寸

用途

连接型式

工艺参数

a

名称

管程

壳程

b

物料名称

原油

煤油

c

操作压力，MPa

d

操作温度，°c

180/130

110/60

e

排气口

流量，kg/h

f

放净口

流体密度，kg/m3

825

附图

流速，m/s

0.5

0.5

传热量，kw

总传热系数，w/m2.k

对流传