畢業(yè)設計_化工原理列管式換熱器設計

1、列管式換熱器設計說明書各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設計圖紙課程設計任務書設計一個列管式冷卻器，冷卻器的年處理能力為1.530 X104t。將煤油液體從 140C冷卻到40C。冷卻水的入口溫度為 30C,出口溫度為 40C。要求設計的換熱器的管程和殼程的壓 降不大于100kPa。設計要求(1) 換熱器工藝設計計算(2) 換熱器工藝流程圖(3) 換熱器設備結構圖(4) 設計說明目錄、前言 3、方案設計51、確定設計方案52、確定物性數(shù)據(jù)53、計算總傳熱系數(shù)64、計算傳熱面積65、工藝結構尺寸66、換熱器核算8三、設計結果一覽表11四、對設計的評述12五、參考文獻12六、主要符號說明1314一、方案簡介本設計

2、任務是利用冷流體（水）給煤油降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產中用到的列管式換熱器.選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟,傳熱效果優(yōu)，方便清洗,復合實際需要 等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴 淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管 式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列 管式換熱器在生產中被廣泛利用。它的結構簡單、堅固、制造較容易、 處理能力大、適應性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝 置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設計基礎。二、方案設計某廠在生產過程中，需將煤油液

3、體從140C冷卻到40C。冷卻器的年處理能 力為19.8X104 t。冷卻水入口溫度30T，出口溫度40C。要求換熱器的管程和 殼程的壓降不大于100kPa。試設計能完成上述任務的列管式換熱器。1確定設計方案(1) 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140C，出口溫度40C冷流體。冷流體進口溫度30C,出口溫度40C。該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估 計該換熱器的管壁溫和流體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管 板式換熱器。(2) 流動空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，煤油走殼 程。另外，這樣的

4、選擇可以使煤油通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。 同時，在此選擇逆流。選用 巾25x2.5mm的碳鋼管，管內流速取ui=1.2m/ s。2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。T = 140+80 =110C殼程煤油的定性溫度為：2管程流體的定性溫度為：t= 3+ 40 =35C2根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)。煤油在110C下的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度 p o=825 kg/m3定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kgC )導熱系數(shù)入o=0.14 W/(m C )粘度卩 o=0.000715Pa- s冷卻水在35C下的物性數(shù)據(jù)：密度p i=994kg/m3

5、定壓比熱容cpi=4.08kJ/(kg C )導熱系數(shù) 入i=0.626 W/(m C )粘度 卩 i=0.000725 Pa- s3 計算總傳熱系數(shù)(1)熱流量二 2.75 X 104Kg/h1.98x10s X103L=300x24Qo=Lcp| t =；卑轉忙內梵2.22 (140-40)=6.11(： j 臚 KJ/h=1697.2Kw6.11xl0&(2)冷卻水用量(3)平均傳熱溫差qm2=149755Kg/h選一.述2 t2(14040)-(40-30),14040In40 -30=39.C(4)總傳熱系數(shù)假設 =300W/m 2 . Cn 學吵R 0.02xL2x954=3290

6、41 叫 L2Sx10H1,0.8 r 0,4.=0.023亠=5506管壁的導熱系數(shù) A45W/(nM):=0.00034？C/W=0.000172療?C/WK=1=236.+0,00034 X+0,000172 5506XCLO20.0 245X0L022S3 007： :J :Katm236.7X39= 183.9 -若考慮15%的面積裕度S=1.15一=211.55、工藝結構尺寸(1)管徑和管內流速及管長選用屮25 x 2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內流速=1.2m/sI(2)管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)149755-994-3600=1121O.785xO.

7、O2Zxl12按單管程計算，所需傳熱管長度為S2115L= = 24.1血 Xs 3.14x0.025x112則該按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構，現(xiàn)取傳熱管長度L=6m ,換熱器的管程數(shù)為=4傳熱管總根數(shù)N=112 4=448(根)(3) 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)140-4040 -3010010-1040 -30140 -3011按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數(shù)應查有關圖表?？傻?平均傳熱溫差：tm 二 t .-：tm =0.82 39 =32C(4) 傳熱管排列和分程方法取管采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列心距 t=1.25

8、 d0,貝Ut=1.25x 25=32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)NC =1.19、448 ： 26(根)(5) 殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率n二0.7,則殼體內徑為NM48D =1.05t1.05 32850mm n 0.7圓整可取 D = 900mm(6) 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為 h = 0.25X 900= 225mm,故可取 h= 220 mm。取折流板間距 B = 0.3D，貝U B = 0.3X 900= 270mm,可取 B 為 300mm。折流板數(shù)W(塊) 瀚M験(塊)折流板圓缺面水平裝配。(7)接管殼程流體進出

9、口接管：取接管內煤油流速為u= 1 m/s，則接管內徑為_ I4V：4 匯 275002970000 小d- 0.1086m,二 u ，3.14 1圓整后可取管內徑為100mm管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速u = 2.0m/s,貝U接管內徑為d24 149755-3578400V3.14 7.0=0.163m圓整后可取管內徑為160mm6 換熱器核算(1)熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式：0 =0.36Reo0.55Pr1/3)14de陀當量直徑，由正三角形排列得d=0.02m殼程流通截面積do0.025So =BD (1 -)0.3 0.9 (1) 0.0591

10、mt0.032殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為27500 29700000.0591二 0.157m / sRe。0.02 0.157 8250.000715普蘭特準數(shù)i2mmu5p=(U40 11.34粘度校正(丄)0.14 ： 1 %：o =0.36014 36230.5511.341/31 =509W(m2 C)0.02 管程對流傳熱系數(shù)冷=0.02Re0.8Pr0.4di管程流通截面積S = 0.785 0.022 44 4 = 0.0352m2149755-7994 360叭 1.2m/sUi管程流體流速0.0352r 0.02x1.2x994 ccc Re i329040.000725

11、普蘭特準數(shù)片/080.000725 =4.73二=0.0230.626026 329040.84.730.40.02= 5830W/(m2C) 傳熱系數(shù)do0.025+0.000344 5830 0.02= 351.8W/(m2 C)10.0250.0025 0.0251+0.000172+0.0245 0.0225509 傳熱面積SQo1.6972 106-351.8 322=150.8mSpPL (“子)該換熱器的實際傳熱面積Sp= 3.14 0.025 (448 -65 T0) (6 - 0.06) = 173.9m2該換熱器的面積裕度為S -SIIS173.9-150.8150.810

12、0% =15.3%傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務(2)換熱器內流體的壓力降管程流動阻力E A P=(A R+A P2)FtNsNpNs=1, Np=4, Ft=1.42r2 P u, P2 二2 2由Re= 41131,傳熱管相對粗糙度一=0.005,查莫狄圖得入i = 0.035W/mC, d流速1.2m/s, p = 994kg/m3,所以6994 匯 1.22P1 =0.0377.94KPa0.02 2994I.22P2 -32.14KPa2Z 也P =(7.94+2.14)1.44=64.512KPa100KPa 管程壓力降在允許范圍之內。殼程壓力降Z 也p(也P + 也P

13、2) FtNsNs =1,Ft =1.152Uo2流體流經(jīng)管束的阻力只二Ff。%(Nb 1)-= 0.50.228=5 3623nc= 26, Nb =19, u。=0.1572P； =0.5 0.772 26 20825 0.157=2.04 KPa流體流過折流板缺口的阻力2B ? u 卩2 二 Nb(3.5)DUo -19 (3.5-825 0.157=0.547KPaB 二 0.3m, D = 0.9m巴譏皆一等20.9 2總壓力降 .中。(2.04 0.547) 1 1.15 =3.0061KPa100KPa殼程壓力降也比較適宜三、設計結果一覽表換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器形式：

14、固定管板式換熱面積(m) ：i72.i工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水煤油操作壓力，Pa0.40.3操作溫度，C30/40140/40流量，kg/體密度，kg/m3994825流速，m/s1.20.157傳熱量，kW1697.2總傳熱系數(shù)，W/mK236.7傳熱系數(shù)，W/ ( m2 -C)5830509污垢系數(shù)，mk/w0.0003440.000172阻力降，kPa64.5123.0061程數(shù)41推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格 25X2.5官數(shù)448管長 mm:6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm 300切口高度25%殼體內徑，mr900保

15、溫層厚度，mm未知四、對設計的評述初次接觸化工原理課程設計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的， 聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得 好難。有一段時間都在觀望。所以自己設計的時候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù) 據(jù)，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15%,在合理范圍內，但是，一看壓力降卻完全不合理。再細看模板和自己的設計的時 候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，我的設計根本是行不同，果真用這設計的話，也是謀財害 命。所以我決定重新來過，但做出來的裕度居然一直都在 50%以上，重新分析 計算的過程中也出現(xiàn)了幾次錯誤，由于急于求成，

16、算出來后的結果偏離太多，檢 查才發(fā)現(xiàn)部分數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯誤，而且老師給的模板里面也有一些錯誤， 這樣照搬 下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認真地理解和消化原有的一些公式， 這樣又一次重新算過。因此，我又花了一天的時間在計算上。那么接下來就是畫圖了，由于學過化工制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時 左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設計的時候，沒有兼顧考慮 到畫圖，因此設計出來的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了 好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己

17、 真的學到了很多東西，比如 word文檔公式的運用，比如如何使自己的設計更加 合理，這就要求自己在設計前要詳細的考慮各種可能出現(xiàn)的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)， 接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯誤的，那設計出來的東西也是錯 誤的，而且很可能導致嚴重的后果。六、參考文獻化工原理，王志魁 編，化學工業(yè)出版社，2006.化工設備設計，潘國呂，郭慶豐 編著，清華大學出版社，1996.化工物性算圖手冊，劉光啟等 編著，化學工業(yè)出版社，2002. 生物工程專業(yè)課程設計，尹亮，黃儒強 編.石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊化學化工工具書等 .七、主要符號說明煤油的定性溫度T冷卻水定性溫度t煤油密度P o冷卻水密度P i煤油定壓比熱容Cpo冷卻水定壓比熱容Cpi煤油導熱系數(shù)入o冷卻水導熱系數(shù)入i煤油粘度卩o冷卻水粘度1 i熱