列管式換熱器-煤油換熱器-工程原理課設(shè)

1、南 京 工 業(yè) 大 學?材料工程原理B?課程設(shè)計 設(shè)計題目： 列管式換熱器設(shè)計煤油處理能190000噸/年 專 業(yè)： 無機非金屬材料工程 班 級： 卓越工程師班 學 號： 1101130317 姓 名： 劉業(yè)奇 日 期： 2016年11月25日2016年12月9日 指導教師： 錢海燕 設(shè)計成績： 日 期： 目 錄一、設(shè)計任務書······················

2、3;·····································二、設(shè)計方案簡介···········&#

3、183;··············································1.換熱器的選擇··

4、··················································

5、····2.流體流動空間的選擇············································&

6、#183;·····三、主要物性參數(shù)···········································

7、;···············四、計算傳熱面積·································

8、83;························1.熱流量························

9、3;······································2.平均傳熱溫度差··········&

10、#183;············································3.冷卻水用量····

11、··················································

12、·····五、換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸···········································&

13、#183;·········1.初選換熱器規(guī)格······································

14、3;··············2.估算傳熱面積··································&#

15、183;······················六、換熱器核算··························&

16、#183;··································1.總傳熱系數(shù)核算·············

17、3;·········································2.裕量計算·······

18、3;·················································

19、3;···3.壓強降計算·············································

20、83;·············七、設(shè)計結(jié)果概要···································&

21、#183;·······················八、設(shè)計的評述·························

22、····································九、主要參考資料············

23、3;··············································十、換熱器總裝配圖··&

24、#183;·················································&

25、#183;····一、設(shè)計任務書在某生產(chǎn)過程中，用循環(huán)冷卻水將煤油油由102冷卻至40 。換熱器的年處理量為19×104噸/年；水的進口溫度和出口溫度分別為20 和28 。假設(shè)每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行，試設(shè)計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務。1、處理能力 列管換熱器設(shè)計煤油處理能力19×104噸/年2、設(shè)備型式 列管式換熱器3、操作條件1釜殘液： 煤油，入口溫度102，出口溫度402冷卻介質(zhì)：井水3換熱器的管程和殼程壓強降：不大于50k Pa4煤油平均溫度下的物性參數(shù)：名稱kg/m3Cp (kJ/.)Pa.s (W/m.

26、)煤油9864.190.54×10-30.662二、設(shè)計方案簡介在本次設(shè)計任務中，兩流體的溫度變化情況為：熱流體煤油進口溫度102，出口溫度40；冷流體井水進口溫度為20，出口溫度28。由于冷、熱流體間溫差不大于50，應選用固定板式列管換熱器，換熱器兩端管板和殼體連接成一體。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50且殼方流體較清潔及不宜結(jié)構(gòu)的物料。1.換熱器的選擇2.流體流動空間的選擇對列管式換熱器，流體流經(jīng)管程還是課程，遵循以下原那么：1不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。對于直管管束，宜走管程；2腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時被腐蝕；3為

27、增大對流傳熱系數(shù)，需要提高流速的流體宜走管程；4兩流體溫差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，以減小管壁和殼體的溫差，減小熱應力；5蒸氣冷凝宜走殼程，以利于排除冷凝液；6需要冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，以減少冷卻劑用量；但溫度很高的流體，其熱能可以利用，宜走管程，以減少熱損失；7 黏度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低Re下Re100即可到達湍流；對于本次設(shè)計任務因，釜殘液為腐蝕性介質(zhì)，適合走管內(nèi)，將冷卻水通入殼程三、主要物性參數(shù)定性溫度取冷、熱流體進出口溫度的算術(shù)平均值。煤油的定性溫度為；循環(huán)水的定性溫度為根據(jù)定性溫度，分別查出走殼程和管程的流體

28、的有關(guān)物性參數(shù)。表一 流體主要物性參數(shù)流體密度/黏度/比熱容/導熱系數(shù)/煤 油9860.662循環(huán)水9970.626四、計算傳熱面積1. 熱負荷令井水和煤油的角標分別為1和2。根據(jù)設(shè)計任務，換熱器每年的處理量 換熱器每年的工作時間，那么煤油的質(zhì)量流量據(jù)熱量衡算方程假設(shè)忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得，即2. 平均傳熱溫度差 逆流平均溫度差 校正系數(shù)是輔助量R與P的函數(shù)，=f(R,P)。 其中，假設(shè)為單殼程，根據(jù)圖1 查得溫差校正系數(shù)=0.94，因為0.8，假設(shè)成立。同時可選用單殼程的列管換熱器。那么有。圖1. 單殼程、四管程溫度校正系數(shù)圖 3. 冷卻水用量 根據(jù)熱量衡算方程式， 冷

29、卻水用量5、 換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸初選1. 管徑和徑內(nèi)流速 考慮到煤油具有一定的腐蝕性，不便清潔。為了便于清洗，所以管徑取。那么管內(nèi)徑，管外徑，徑內(nèi)流速不宜太小，取水的流速u=1.2m/s2. 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)N=根初選換熱器規(guī)格采用25×2.0的碳鋼管，取管內(nèi)流速為u=1.2m/s殼徑D：600.00 公稱面積：110.00 管程數(shù)Np：4.00 傳熱管總根數(shù)NT：242.00 管長：6.00 排列方法：正三角形實際傳熱面積：112.1 總傳熱系數(shù) K0=Q/S*tm：695.4 3. 傳熱管排列方式和分程方法 取管中心距。 每管程的管數(shù)n=22

30、6/4=56.5根 4. 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼內(nèi)徑的25%，那么切去的圓缺高度為。 取折流板間距h=320mm 折流板數(shù)NB=-1=(塊 那么有 )圖2. 換熱器總傳熱系數(shù)K的選取范圍六、換熱器核算 1.總傳熱系數(shù)核算（1） 管程對流傳熱系數(shù) (湍流 所以液體被冷卻 )(2) 殼程對流傳熱系數(shù) 換熱器中心附近管排中流體流通截面積為 式中 h折流擋板間距，取300mm T管中心距，對的管子，t=32mm 因為，所以， 由正三角形排列，得 因為在范圍內(nèi)，故可用下式計算 由于液體被加熱，取1.05，所以 確定污垢熱阻 圖3. 管外對流傳熱系數(shù)的計算方法3總傳熱系數(shù) 因為管

31、子材料選擇不銹鋼，取其導熱系數(shù)=16.5，所以 2. 裕量計算 ，即傳熱面積有23.10%的裕量。 計算說明所選換熱器的規(guī)格可用。3.壓強降計算 1計算管程壓強降 前已算出 湍流 取不銹鋼管壁粗糙度為0.1mm，那么，由摩擦系數(shù)圖查得=0.037，所以 對于的管子，且,所以 2計算殼程壓強降 其中， 管子為正三角形排列，取F=0.5 折流板間距h=0.32m 折流板數(shù) 所以， 從上面計算可知，該換熱器管程和殼程壓強降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器適宜。七、設(shè)計結(jié)果概要參數(shù)管程 殼程進/出口溫度 102 40 20 28壓力/Pa4445.221275定性溫度71.00 24.00 密度986.0

32、0 997.00 定壓比熱容4.1904.174 粘度0.5400.894 熱導率0662 0.626 普朗特數(shù)3.424.85形式固定式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑600殼程數(shù)1管徑25×2.0管心距32管長6管子排列正三角形管數(shù)242折流板數(shù)18傳熱面積112.1折流板間距300管程數(shù)4材質(zhì) 不銹鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速0.340.75外表傳熱系數(shù)1976.064480.36污垢熱阻0.0001720.0002傳熱溫差24.79 傳熱系數(shù)766.99裕度23.10%八、設(shè)計的評述本次工程原理課程設(shè)計，是對我們教材中第四章?傳熱?知識的綜合運用，對于我們了解傳熱過程的本質(zhì)以及換熱器的工作原理具有很好的穩(wěn)固作用。對于此次課程設(shè)計，我主要分成以下三個階段來進行：第一階段仔細閱讀教材第四章?傳熱?的相關(guān)內(nèi)容，查閱換熱器設(shè)計的有關(guān)資料，了解換熱器設(shè)計的根本步驟；第二階段結(jié)合書本例題4-26進行換熱器的選型、數(shù)據(jù)計算和最終核算；第三階段把所有的資料進行整理，制成設(shè)計報告。在這些過程中，我學會了如何根據(jù)工藝條件查找相關(guān)資料，并從相關(guān)資料中篩選出對本次設(shè)計有用的信息。而且，通過此次課程設(shè)計，加深了對主體設(shè)備圖的印象，對化工原理設(shè)計的相關(guān)步驟和有關(guān)內(nèi)容也有了一定的了解。除此之外，在制作設(shè)計報告時，由于很多都是計