化工原理课程设计列管换热器的工艺设计和选用.docx
《化工原理课程设计列管换热器的工艺设计和选用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计列管换热器的工艺设计和选用.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
化工原理课程设计列管换热器的工艺设计和选用
成绩
华北科技学院
化工原理课程设计
说明书
设计题目：
列管换热器的工艺设计和选用
姓名：
熊先清
专业：
化学工程与工艺
班级：
化工B091
学号：
200901034112
指导教师：
高丽花
设计时间：
2011年12月12日至2011年12月22日
完成时间：
2011年12月12月22日
目录
1.列管换热器的设计任务书……………………………………………………………………2
2.设计方案的确定………………………………………………………………………………2
2.1,列管换热器的型式……………………………………………………………………2
2.2.流程的选择……………………………………………………………………………2
3.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式……………………………2
3.1．定性温度………………………………………………………………………………2
3.2．物性参数………………………………………………………………………………2
4.换热器的工艺计算……………………………………………………………………………2
4.1.估算总传热系数…………………………………………………………………………2
4.1.1.热流量……………………………………………………………………………3
4.1.2平均传热温差……………………………………………………………………3
4.1.3．冷却剂原油的用量………………………………………………34.1.4.估算壳程传热系数，选取K值，估算总传热系数…………………………3
4.2计算传热面积……………………………………………………………………………4
5.换热器的工艺结构尺寸设计…………………………………………………………………4
5.1.管径和管内流速…………………………………………………………………………4
5.2.管程数和传热管数………………………………………………………………………4
5.3.传热管排列和分程方法…………………………………………………………………4
5.4.计算平均传热温差………………………………………………………………………4
5.5.壳体内径…………………………………………………………………………………5
5.6.折流板……………………………………………………………………………………5
5.7.计算壳程流通面积及流速………………………………………………………………5
5.8.计算管程流通面积及流速……………………………………………………………6
6.换热器核算……………………………………………………………………………………6
6.1传热系数的校核…………………………………………………………………………6
6.1.1．传热面积………………………………………………………………………6
6.1.2.核算总传热系数………………………………………………………………6
6.1.3.污垢热阻………………………………………………………………………7
6.1.4对流传热系数……………………………………………………………………7
6.1.5壳体对流传热系数……………………………………………………………7
6.2．换热器内流体的流动阻力……………………………………………………………8
6.2.1.管程流动阻力…………………………………………………………………8
6.2.2.壳程流动阻力……………………………………………………………………8
6.3.附件………………………………………………………………………………………8
7.换热器的主要结构尺寸和计算结果………………………………………………………9
8.总结……………………………………………………………………………………………10
9.参考文献………………………………………………………………………………………10
10附图“浮头式换热器总装配图”………………………………………………………11
1．化工原理课程设计任务书
设计题目：
列管换热器的工艺设计和选用
设计任务书:
炼油厂用原油将柴油从175℃冷却到130℃，柴油流量为12500kg/h;原油初温为60℃经换热后升温到110℃，换热器的热损失可以忽略。
管、壳程阻力压降均不大于30kPa，污垢热阻均取0.0003㎡℃/W，试设计能完成上述任务的列管换热器。
2．计方案的确定
2.1，列管换热器的型式
由于两侧的温差比较大，故考虑用浮头式列管换热器。
2.2流程的选择
冷流体为原油，热流体为柴油。
柴油的温度高，走管程可以减少热损失，原油的粘度比较大，当装有折流板时，走管程可在较低的雷诺数下即能达到湍流，有利于提高壳程一侧的对流传热系数。
3，确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式
3.1.定性温度
定性温度：
可取流体进出口温度的平均值。
管原油的定性温度为：
壳流体的定性温度为：
3.2.物性参数
根据在定性温度，分别查询壳程和管程流体的有关物性数据。
原油及柴油在定性温下的的物性参数：
物性参数
温度/℃
密度ρ/（kg/m³）
粘度μ/Pa.s
比热容
热导率λ/[W/（㎡.℃）]
柴油
原油
152.5
85
715
815
2.48
2.20
0.133
0.128
4，换热器的工艺计算
4．1估算总传热系数
4．1.1热流量（忽略热损失）
4．1．2平均传热温差（忽略热损失）
4．1.3.冷却剂原油的用量
4．1．4估算壳程传热系数，选取K值，估算总传热系数
管程传热系数：
1047W/（㎡.℃）
壳程传热系数：
假设壳程的传热系数
污垢热阻：
管壁的导热系数：
4.2计算传热面积
考虑15%的换热面积裕度，
5．换热器的工艺结构尺寸设计
5.1管径和管内流速
选用的碳钢管，管内流速取。
5.2管程数和传热管数
依据传热管内径流速确定单程传热管数：
按单程管计算，所需的传热管的管长度为：
由上面的计算结果可知，按单程管设计的话，传热管过长，应该采用多管程结构。
现取传热管长l=6m，则该换热器管程数为：
传热管数量为：
5.3传热管排列和分程方法
采用组合排列方法，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,则
t=1.25×25≈32mm
横过管束中心线的管数：
5.4.计算平均传热温差
计算逆流平均温差
由R和P查“度差修正系数图”得
因两流体的平均温差为：
5.5.壳体内径
壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出之用。
采用多管程结构，取管的利用率η=0.7，则壳体的内径为：
圆整可取D=325mm。
5.6.折流板
安装折流板的目的是为了加大壳程流体的湍流速度，使湍流速度加剧，提高壳程流体的对流传热系数。
在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以流体横向穿过管束，增加流体速度，以增强传热，同时用以支撑管束、防止管束震动和管子弯曲的作用。
弓形折流板简单，性能优良，在实际中最常用。
本次设计采用弓型折流板。
①圆缺高度
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则圆缺高度为：
h=0.25×325=81.25mm，可取h=80mm
②折流板间距
折流板间距B=0.3D，则：
B=0.3×325=97.5mm，可取B=100mm
③折流板数
折流板数
5.7.计算壳程流通面积及流速
流通面积：
壳内原油流速：
当量直径：
5.8.计算管程流通面积及流速
流通截面积：
管内柴油流速：
雷诺数：
6.换热器核算
6.1传热系数的校核
6.1．1．壳体对流传热系数
对圆缺形折流板，可用Kern公式：
普朗特准数：
粘度校正：
≈1.05，则
6.1．2．对流传热系数
普朗特准数：
则管程对流传热系数为：
6．1．3.污垢热阻
6．1．4.计算总传热系数
以表面为基准计算总传热系数，由下式可得：
6.1．5.核算总传热系数
6.1．6.传热面积
该换换热器的实际传热面积：
该换热器的面积裕度为：
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
6.2.换热器内流体的流动阻力
6.2．1管程流动阻力
由Re=23038，传热管相对粗糙度，查图得摩擦系数
管程流动阻力在允许的范围内。
6.2．2.壳程阻力损失
因Re>500,故
前面计算所得挡板数为：
取污垢校正系数,则
壳程流动阻力在允许的范围内。
6.3.附件
（1）拉杆数量
本换热器壳体内径为325mm，故其拉杆直径为，拉杆数量不得少于4个。
（2）壳程流体接管直径：
取接管内液体流速为，
则接管内径为：
（3）管程流体接管直径：
取接管内液体流速为，
则接管内径为：
7．换热器的主要结构尺寸和计算结果
表换热器的主要结构尺寸和计算结果：
换热器型式：
浮头式列管换热器
换热面积/m²：
28.26
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
进口温度
柴油
原油
175
60
物性参数
出口温度/℃
130
110
流量kg/s
3.47
3.52
粘度
0.00064
0.003
比热容
2.48
2.2
热导率
0.233
0.128
密度
715
815
计算结果
流速m/s
1.03
0.576
传热量kW
387.5
总传热系数
280.7
对流传热系数
956.2
658.6
污垢热阻
0.0003
0.0003
压降MPa
0.026909
0.027220
传热温差
65.45
温度校正系数
0.91
设备结构参数
程数
4
1
材料
碳钢
碳钢
管子规格
壳体内径mm
325
程数
4
1
接管
78
98
管长
6
排列方式
正方形错列
圆缺高度mm
81.25
拉杆直径及数量
管数
60
折流板数
59
折流板型式
上下
间距/mm
100
切口高度25%
8.总结
课程设计不同于平时的作业，在设计过程中需要我们自己做出决策，即自己确定方案，选择工艺参数和条件，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选择最理想的方案和最合理的设计。
所以这对培养我们独立工作的能力有很大帮助。
在“列管换热器的工艺设计和选用”的设计过程中，感觉到理论和实践能力都有一定的提升。
主要有以下几点：
（1）查找资料，选用公式和收集数据的能力。
设计任务数给出后，有许多数据需要由我们自己取收集，有些物性参数要查去或估算，计算公式也要求我们自己选择，这就要求我们运用各方面的知识，通过详细全面的考虑才能选定。
（2）准确、迅速地进行工程计算的能力。
设计计算是一个反复试算的过程，计算工作量大，这就要求我们需要有准确迅速的能力。
（3）综合分析问题的能力。
课程设计不仅要
升级会员 