多管程列管式換熱器的設計

1、南京工程學院課程設計說明書（論文）題目多管程列管式換熱器的設計課程名稱化工原理院（系、部、中心）專業(yè)環(huán)境工程班級學生姓名學號設計地點指導教師目錄一.符號說明1.1 物理量（英文字母）11.2 物理量（希臘字母）1二設計目的1三參數(shù)與條件設置21 已知參數(shù)21 設計條件2四.設計計算21、 確定設計方案2流動空間及流速的確定21.4、 選擇換熱器的類型21.4、 確定物性數(shù)據(jù)31.4、 計算總傳熱系數(shù)41.4、 設計傳熱面積5五工藝結(jié)構(gòu)尺寸5管徑和管內(nèi)流速5殼程數(shù)和傳熱殼數(shù)5平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)6傳熱管排列和分程方法6殼體內(nèi)徑6折流板6接管7六.換熱器核算7熱量核算7換熱器內(nèi)流體的流動阻力1

2、0七設計總結(jié)13八換熱器結(jié)構(gòu)圖14九.參考文獻14n指數(shù)N管數(shù)S傳熱面積，m2t管心距，mu流速，m/sp密度，Kg/m5有限差值平均通過課題設計進一步鞏固課程所學內(nèi)容,培養(yǎng)學生運用理論知識進行、符號說明:物理量（英文字母）B折流板間間距，mCp定壓比熱容，kJ/（kgC）d管徑，mD換熱器內(nèi)徑，mf摩擦因數(shù)F系數(shù)G重力加速度，m/s2P壓力，pa;物理量（希臘字母）a對流傳熱系數(shù)，W/（nbC）入導熱系數(shù)，w/（R）粘度Pa-s下標0管外m二、設計目的化工單元過程設計的能力，使學生能夠系統(tǒng)的運用知識。通過本次設計，學生應該了解設計的內(nèi)容，方法及步驟，使學生具有調(diào)研技術資料，自行確定設計方案，

3、獨自設計計算，準確繪制圖樣，編寫設計說三、參數(shù)與條件設置已知參數(shù)熱流體（油）：T1=130C,T2=50C,Wh=6000kg/h;冷流體（水）：t1=30C,t2=40C,壓力0.4MPa;設計條件：管程數(shù)：4;壓力降p<10100kPa（液體）；110kPa（氣體）；雷諾數(shù)Re<500020000（液體）；10000100000（氣體）；流動空間管材尺寸：25mmx2.5mm;管內(nèi)流速：1m/s;傳熱管排列方式：正方形排列；傳熱面積裕量S:20%;傳熱管長L,6m;折流擋板切口高度與直徑之比：0.20;管壁內(nèi)外污垢熱阻，自選；四、設計計算4.1確定設計方案：4.1、1選擇換熱器

4、的類型；兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度130C,出口溫度50C;冷流體（水）進口溫度30C,出口溫度40Co該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時進口溫度會減低，考慮這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫和殼體之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。2、流動空間及流速的確定水走殼程，油走管程。選25mmX2.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取1m/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。殼程油的定性溫度為T=130；50=90(C)管程水的定性溫度為T=30+40=35(C)2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)。油在90c下的有關物性數(shù)據(jù)如下：3將度P0=825kg/m定

5、壓比熱容Cpo=2.22kJ/(kgC)導熱系數(shù)入0=0.140W/(mC)粘度=0.000715Pa-s水在35c下的物性數(shù)據(jù)：密度pi=994kg/m3定壓比熱容Cpi=4.08kJ/(kgC)導熱系數(shù)入，=0.626W/(mC)粘度呼=0.000725Pas4.1、3計算總傳熱系數(shù).熱流量Qo=moCpoto=60002.22130-50=1065600(KJh)=296kw.平均傳熱溫差3:47ln9020=Ati+At2=(130-40),中l(wèi)n12.冷卻水用量Wi_QCpi；：t10656004.0830-40=26118kgh.總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)Re_diUi占_0.021

6、9944075Re-j-=274214075i0.000725ZUR27c尸1°,-4758.9_0.023Z廠|-!0.6260.8<4.08X0.725Y%=di-I4J=0.023(Re0.02I0.626)w/(m2,)殼程傳熱系數(shù)假設殼程的傳熱系ao=150w/(m2,C)污垢熱阻Rsi=0.000344m2C/wRo=0.000172m2-C/w管壁的導熱系數(shù)K=45w/(mC)K二dodobdRsiaididid0.0254758.90.02=131.7w/(m2,C)0.0250.0003440.0210.00250.025cm-10.000172450.021

7、504.1.4設計傳熱面積48(m2)S_Q=296103K.：tm131.747考慮20%的面積裕面，s=1.20S=481.2=58(m2)五.工藝結(jié)構(gòu)尺寸5.1.1管徑和管內(nèi)流速選用25mmx2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速=1m/s表3-1換熱器常用流速的范圍流速介質(zhì)循環(huán)水新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低黏度油局黏度油氣體管程流速，m/s1.02.00.81.50.53>1.00.81.80.51.55-30殼程流速，m/s0.51.50.51.50.21.5>0.50.41.00.30.82-155.1.2殼程數(shù)和傳熱殼數(shù)采用多管程結(jié)構(gòu)，取傳熱管L=6m,換熱器管程數(shù)為4,

8、則Sn二二d°L583.140.0256=124(根)，2diA4i每程管數(shù)為124/4=62根=0.74m/s26118/(9943600)20.7850.02231平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)130-50°R=840-30p-40-30八,P=0.1130-30根據(jù)R=8P=1得出匕=0.975平均傳熱溫差tm=0.975x47=45.825(C)傳熱管排列和分程方法采用正方形排列，取管心距t=1.25do,則t=+1.2525=31.2532(mm)橫過管束中心線的管數(shù)nc=1.19VN=1.19V124=12.213(根)轉(zhuǎn)熱管排列方式一一正方形直列

9、殼體內(nèi)徑才用多殼程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.6,則殼體內(nèi)徑為D=1.05tJ=1.05父32J12%6=483(mm)圓整可取D=600mm折流板采用弓形折流板，去弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20%,則切去的圓缺高度為h=0.2600=120(mm)取折流板間距B=0.6D,則B=0.6600=360（mm）折流板數(shù)nb傳熱管長6000,一、-1=折流板間距3601=15.7比16（塊）折流板圓缺水平裝配。接管殼程流體進口接管：取接管內(nèi)流速為u=1m/s,則接管內(nèi)徑為4-6000S84.051m）取標準管徑為60mm二u,3.141管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)”2611%600M994）3

10、.141.5=0.078（m）流速u=1.5m/s,則接管內(nèi)徑為取標準管徑80mm六.換熱器核算6.1.1熱量核算5800圖殼程摩擦系數(shù)f0與Re0的關系(1)殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用克恩公式ao=0.36±0Re0.55P03de0.14兒L1<w/當量直徑,由正方形排列得de,12二.24t-4do40.0322-0.7850.0252二d°3.140.025=0.027(m)殼程流通截面積So=BD1-do=,工tJ00.025)0.36父0.601I0.032)=0.04725(m)殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為Uo60003600825/,、二0

11、.043(m/s)0.04725Reo=0.0270.043825J3400.000715普蘭特準數(shù)Pr=2.221030.7151040.14=11.34粘度校正0.14丁kw，:0.95ai=0.36x014LM13400.55x11.3413M0.95=209W/(m2.C)0.027(2)管程對流傳熱系數(shù)ai=0.023Re0.8Pr0.4di管程流通截面積S=0.7850.0224=0.0173(m2)管程流體流速26118Ui3600994二0.4220.0173Re=0.020.422994=115720.72510，普蘭特準數(shù)0.1282.22103310，Pr=52.03ai

12、=0.03012880960.852.030.3=2044(w/(m20.02(3)傳熱系數(shù)K1旦RsidobdoRso-aididi-diao0.02520440.020.0003440.0250.020.00250.025450.02250.0001721209=152w/(m2,C)(4)傳熱面積S5=工K；：tm3-=43(m2)15245.825該換熱器的實際傳熱面積SppSp=ndoL(N-nc)=3.140.25(6-0.06)(124-14)=51(m2)該換熱器的面積裕度為H=Sp-S100%=51-43©%=18.6%S43傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任

13、務。6.1.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1)管程流動阻力V舊=EEFlNsNpNs=1Np=4Ft=1.4.：P=,il：u2Pu.R二-由Re=11572傳熱管相對粗糙度黑二°.°°5，.03W/mC流速Ui=0.419m/sp=994kg/m3所以：P1=0.03一-2一0.419994x0.02=785.3pa；U2c0.94192994二3=261.8pa£&r=(785.3+261.8)父1.4M4=3864pa<10Kpa管程流動阻力在允許的范圍內(nèi)。(2)殼程阻力v汜ReFiNsNs=1Ft=1.15流體流經(jīng)管束的阻力.Pi=Ff

14、cNb1F=0.3fo=5115720228=0.592nc-14Nb=16uo=0.032coRK.30.592142f7p0032-(pa)7.86流體流過折流板缺口的阻力Ap；=Nb3.5B=0.36mD=0.6m20.36甲2=16：13.50.6m82"0.0322=l5.54(pa)總阻力“Po=17.8615.54=33.4100KPa殼程流動阻力也比較適宜。(3)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果結(jié)果見表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算換熱器模式：浮頭式換熱器管口表換熱面積（m2）:51符號尺寸用途連接型式工藝參數(shù)aDn60油入口平囿名稱管程殼程bDn60油出口平囿物料名稱油水cD

15、n80循環(huán)水入口凹凸面操作壓力；MPa0.40.3dDn80循環(huán)水出口凹凸面操作溫度；C30進/40出130進/50出eDn20排氣口凹凸面流量，m/s261186000fDn20放凈口凹凸面?zhèn)鳠崃浚琸w296詳圖見一一八.換熱器結(jié)構(gòu)圖總傳熱系數(shù)，W/m2K152對流傳熱系數(shù)，w/m2k1248.6638.9污垢系數(shù)，m2k/w0.0003440.000172阻力降，Pa386433.4程數(shù)41推薦使用材料c.sc.s管子規(guī)格25mmx2.5mm管數(shù)124管長mm6000管間距，mm32排列方式止方形直排折流板型式上下間距，mm360切口高度20%流體密度kg/m3815715流速m/s1.91.6七.設計總結(jié)化工原理課程設計是培養(yǎng)個人綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練，也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。在換熱器的設計過程中我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點：1掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集的能力；2樹立了既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力；3培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力；4學會了用簡潔的文字