广东传热学课程设计

1广东石油化工学院课程设计题目：列管式换热器的设计指导教师：姓名：班级12-4学号:12014270423完成时间:2015年1月8日评阅教师成绩：2目录1.设计任务及操作条件.............................32.定性温度下流体物性数据.........................33.确定设计方案...................................34.确定物性.......................................55.估算传热面积...................................46.工艺尺寸的确定.................................57.换热器核算.....................................78.设计小结......................................113一、设计任务及操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表,两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。(x:学号)二、定性温度下流体物性数据物料温度℃质量流量kg/h比热kJ/kg.℃密度kg/m3导热系数W/m.℃粘度Pa.s入口出口柴油175T234000+10x2.487150.1330.64×10-3原油7011044000+15x2.208150.1283.0×10-3推荐总K=45~280W/m.℃三、确定设计方案1、选择换热器类型因为，QQ21所以，111TCqpm=222TCqpm)70110(102.2360044345)175(1048.2360034230323T0.1292T℃两流体温度变化情况：热流体（柴油）进口温度175℃，出口温4度129℃；冷流体（原油）进口温度70℃，出口温度110℃。浮头式特点：便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。2、管程安排根据以下原则：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(5)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(6)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。综合来看，我们选择柴油走管程，原油走壳程。四、确定物性为减少热损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，原油走壳程。选用φ25×2.5mm的碳钢管，管内流速取u𝑖=1.0m/s。由上表可知柴油和原油的相关物性数据如下：1、柴油：密度31/715mkg定压比热容℃kgkJcp/(48.215导热系数）℃mW/(133.01黏度sPa311064.02、原油：密度32/815mkg定压比热容℃kgkJcp/(20.22导热系数）/(128.02℃mW黏度sPa32100.3五、估算传热面积1、热流量Q111TCqpmW631008.1)129175(1048.23600342302、平均传热温差先按照纯逆流计算，得：℃tttttm0.6270129110175ln)70129()110175(ln2121'3、初估算换热系数K（1）管程传热系数：4411111023.2104.67150.102.0Reud℃mWcuddp24.0438.044.0118.01111111/1241133.0104.61048.21023.2020.0133.0023.0023.0（2）壳程传热系数6假设壳程的传热系数为℃mW22/450两侧的污垢热阻均为W℃mRRdd/1072.12421管壁的导热系数℃mW/45（3）换热系数K：22212111211dmdRdbdddRddK45011072.10225.045025.00025.0020.0025.01072.1020.01241025.0144℃mW2/6.2604、传热面积26m'670.626.2601009.1tmKQS考虑15%的面积裕度，2776715.1'15.1mSS六、工艺尺寸的确定1、管径和管内流速：选用Φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速𝑢1=1.0𝑚𝑠⁄2、管程数和传热管数:（根）430.102.0785.03600715342304221udVns按单程管计算，所需的传热管长度为mndSLs8.2243025.014.37727因按按单程管设计,传热管过程,宜采用多管程结构。根据设计实际情况，采用非标设计，现在取传热管长ml4,则该换热器的管程数为：（管程）648.22lLNp传热管总根数为：（根）258643N3、传热温差校平均正及壳程数平均温差校正系数：15.170110129175R38.07017570110P按单壳程，6管程结构，查表得：92.0t平均传热温差为：℃ttmtm576292.0'由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。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排列,隔板两侧形排列.取管心距225.1dt，则mmt3225.312525.1横过管束中心线的管数：（根）182581.11.1Nnc5、壳体内径：采用多管程结构，取管板利用率7.0，则壳体内径为8mmNtD1.6457.02583205.105.1圆整可取mmD8006、折流挡板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的5%,则切去的圆缺高度为：mmh20080025.0取折流板间距DB25.0则mmB20080025.0折流板数（块）折流板间距传热管长19120040001BN折流板圆缺面水平装配。7、接管壳程流体进出口接口：取接管内流速为smu/5.0，则接管内径为：）（196.05.014.381536004434544muVd取标准管径为200mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速smu/1，则接管内径为：）（130.00.114.371536003423044muVd取标准管径为150mm。七、换热器核算1、热流量核算（1）壳程表面传热系数，可采用克恩公式：914.023155.0222PrRe36.0wed当量直径,由三角形排列得：)(02.0025.014.3025.0785.0032.02344234220202mddtde壳程流通截面积：)(035.0032.0025.0180.02.010mtdBDSo壳程流体流速及其雷诺数分别为)/(43.0035.08153600443452smu3301034.210381543.0020.0Re普朗特准数56.51128.01031020.2cPr33p粘度校正：15.1w℃mW23155.032/64205.156.51)1034.2(020.0128.036.0(2)管内表面传热系数：3.08.0111PrRe023.0d管程流通截面积：)(014.0625802.0785.0221mS管程流体流速及其雷诺数分别为：10950.0014.0)7153600/(342301um441012.2104.6715950.0020.0Re普朗特准数：9.11133.01064.01048.2Pr33℃mW23.08.041/9309.11)1012.2(02.0133.0023.0（3）传热系数K：22212111211dmdRdbdddRddK64211072.10225.045025.00025.0020.0025.01072.1020.0930025.0144℃mW2/298（4）传热面积和裕度：计算传热面积cA266.630.572981008.1mtKQAmc该换热器的实际传热面积为PA:)(2.741825806.04025.014.322mnNLdScp该换热器的面积裕度为11％％％AAAHccp6.161006.636.632.74100传热面积裕度大,该换热器能够完成生产任务。2、换热器内流体的流动阻力（1）管程流动阻力pstNNFPPP2111sN,6pN,4.1tF2211udlP,222uP由41012.2Re，传热管相对粗糙度005.02001.0，查图——摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系得℃mW/033.01，smu/950.01，3/715mkg，所以，PaP21292715950.002.04033.021PauP9682950.071532222PaPaNNFPPPpst5211105.02601564.19682129管程流动阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力stNFPPP''212121sN15.1tF流体流经管束的阻力2122'1oBcuNnFfP4.0F，7563.039605228.02f18cn，19BN，43.0ouPaP8206243.0815119187563.04.02'1流体流过折流板缺口的阻力：225.322'2uDBNPBmB2.0，mD80.0PaP4295243.081580.02.025.3192'2总阻力：PaPaP52105.01437615.1)42958206(壳程流动阻力也比较适宜。八、设计小结通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较合适的资料，根据资料确定主要的工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。对化工原理设计的有关步骤相关内容有一定的了解。通过本次设计熟悉了解化工原理的设计流程，加深对冷却设备的了解。在设计的过程中培养了大胆假设，小心求证的学习态度，同时也在与同13学的交流学习中认识到合作的重要性及交流的技巧。我认识到，组员一定要多沟通，多交流意见，不然，一个人再出色也是很难完成繁重的工作量的。由于本次设计时间较仓促，能力有限，可能有许多不完善的地方。最后，很感谢一起谈论的同学及老师的解疑给我很大的帮助，有了这些帮助我才得以短时间内完成这次的设计任务。参考文献：［1］匡国柱，史启才．化工单元过程及设备课程设计[M]．北京：化学工业出版