化工原理课程设计 列管式换热器的工艺设计

1.华北科技学院课程设计报告题目列管式换热器的工艺设计课程名称化工原理课程设计专业化学工程与工艺班级学生姓名学号设计地点指导教师设计起止时间：2011年5月2日至2011年5月13日成绩2课程设计任务书设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用物料密度Kg/m3粘度Pa.s比热容kJ/(kg.℃)λ导热系数W/(m.℃)原油8153×10-32.20.128柴油7150.64×10-32.480.133设计题目4、炼油厂用原油将柴油从175℃冷却至130℃，柴油流量为12500kg/h；原油初温为70℃，经换热后升温到110℃。换热器的热损失可忽略。60kPa。管、壳程阻力压降均不大于30kPa。污垢热阻均取0.0003㎡.℃/W一、确定设计方案1、选择换热器类型俩流体温度变化情况：柴油进口温度175℃，出口温度110℃。原油进口温度70℃，出口温度110℃从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2、流程安排该任务的热流体为柴油，冷流体为原油，由于原油的黏度大，因此使原油走壳程，柴油走管程。二、工艺结构设计（一）估算传热面积1.换热器的热流量（忽略热损失）31112312500()2.4810(17530)38750003600mpQqcTTW2.冷却剂原油用量（忽略热损失）22123875004.40/()2200(11070)mpQqkgsctt2.平均传热温差'1212(175110)(13070)62.5175110lnln13070mtttCtt3.估K值2220KWmC估（）4.由K值估算传热面积A估=2Q38750028.2220mmKt估（二）工艺结构尺寸1.管径、管长、管数○1管径选择选用192mm传热管（碳钢）○2估算管内流速取管内流速0.6/ums估○3计算管数2212500360071545.8460.0150.644vsiqndu估（根）○4计算管长28.2L10.280.01946osAmdn估○5确定管程按单管程设计，传热管稍长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=2.5m，则该传唤器管程数为：10.284(2.5pLNl管程），则传热管总根数N=46×4=184（根）2.管子的排列方法○1采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列，管子和管板采用焊接结构○2计算管心距1.251.251923.7524otdmm4○3隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=24/2+6=18mm各程相邻管心距为36mm各程各有传热管46根3.壳体内径的计算采用多管程结构，取管板利用率η=0.7○1计算1.05/1.0524184/0.7408()DtNmm○2圆整D=450mm4.折流板○1圆缺高度的计算25%0.2532581.25iHDmm○2折流板间距300hmm○3折流板数量21160.3blNhη5.计算壳程流通面积及流速○1计算流通面积1.191.19649.5210cnN2()0.3(0.325100.025)0.0225()ocoAhDndm○2计算壳程流体流速432100.2250.022536001.0954710oovumsA6.计算实际传热面积210.05oANdlm实7.传热温差报正系数的确定211140200.16714020ttPTt12211401101.54020TTRtt查表：0.928.管程与壳程传热系数的确定○1壳程表面传热系数4.10wo315.50oeooPrRed6.30）（5当量直径，由正方形排列得：2222oeo4ad40.031250.02544d0.0247md0.025（）（）壳程流通截面积：20.025(1)0.30.325(1)0.01950.03125odAhDma壳程流体流速：smAWuho26.00195.01009547.13600200003雷诺数：4.123641068981.51009547.126.00247.0Re43oooeoud普兰特准数：46.71034945.11068981.51077029.1Pr143ooopoC粘度校正14.10w）（)/(W495.68446.74.12364247.0034945.106.302315.50oCm○2管程表面传热系数4.08.0PrRe023.0iiidi管程流体流速：3223.54509100.7050.021644iiisvumsdn雷诺数：615.176091079732.078.995705.002.0Re3iiiiiud普兰特准数：41.561564.01079732.0101790.4Pr33iipiiC6)/(W6.346614.5615.1760902.061564.0023.024.08.0Cmi9.传热系数oK的确定○1woiRRR、、的查取管外侧污垢热阻oR=1.7197WKm2410管内侧污垢热阻WKmRi24104394.3管壁热阻碳钢在该条件下的热导率为45)(kmW，则WKmRw2000056.0450025.0○2oK的计算31.402495.6841107197.10225.0025.0000056.002.0025.0104394.302.06.3466025.011144oooioiiioRddRddRddKmwo○3估KKo的确定估KKo402.311.18334010、传热面积2295048.38.40402.310.9294.9122omQAmKt理10.051.1968.4AA实理11、附件○1拉杆数量本换热器壳体内径为325mm，故其拉杆直径为12，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smu8.11，7则接管内径为muVD06.08.11009547.13600102443411○3管程流体接管直径：取接管内液体流速为smu8.12，则接管内径为muVD05.08.11054509.34432212、换热器流体流动阻力○1管程流体阻力()tirtspPPPFNN1,4,1.4sptNNF由615.17609Rei，传热管对粗糙度0.10.00520id，查莫狄图得0.031i每程直管压降2220.705995.780.031767.1420.022iiiiulPPad每程回弯压降220.705995.7833742.3922iruPPa总压降(767.14742.39)141.48453.3688.4535tPPakPakPa○2壳程流体阻力()soipsPPPF1.15sF管速压降20.2280.2280.50.523(1)20.3(),6,0.26Re12364.4500,5.0Re512364.40.5831.19()1.19649.52100.261.09547100.30.58310(61)453.622oooTCBBooooTCsouPFfNNFNumsfNnPPa正方形故折流板缺口压降82232(3.5)20.3,0.32520.30.261.09547106(3.5)367.420.3252oipBipuhPNDhmDmPPa总压降(453.62367.42)1.15944.1960.9435sPPakPakPa（五）结果概要换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数管程壳程流率(kg/h)12708.46820000进口温度/℃20140出口温度/℃40110压力/Mpa0.40.3物性参数定性温度/℃30125密度/（kg/m3）995.781.09547×103定压比热容/[kJ/（kg•℃）]4.17901.77029粘度/（mPa•s）0.797325.68981×10-1热导率（W/m•℃）0.615641.34945×10-1普朗特数5.417.46设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm325台数1管径/mm252.5管心距mm31.25管长/mm2000管子排列正方形管数/根64折流板数/个6传热面积/m210.05折流板间距mm300管程数4材质碳钢圆缺高度/mm81.25拉杆直径及数量12/4接管/mm5060主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.7050.26表面传热系数/[W/（m2•℃）]3466.6684.495污垢热阻/（m2•℃/W）3.4394×10-41.7197×10-4管壁热阻/（m2•℃/W）0.000056阻力/kPa8.450.94热流量/KW295.0483温度校正系数0.929传热温差/℃87.32总传热系数ko/[W/（m2•℃）]402.31（六）总结1、结果○1估算管内流速0.75ums，在0.5~3范围内，符合要求。○2由计算得管长8Lm，取单程管长2lm，符合要求。○3换热器的长度与壳体直径之比26.1540.325lD，在6~10之间，符合要求。○4壳程流体流速0.225oums，在0.2~1.5范围内，符合要求。○5传热温差校正系数0.920.8，符合要求。○61.183oKK估，在1.15~1.25范围内，符合要求。○71.196AA实理，在1.15~1.25范围内，符合要求。○8管程流体阻力8.4535tPkPakPa，符合要求。○9壳程流体阻力0.9435sPkPakPa，符合要求。（七）参考文献【1】《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬主编天津大学出版社【2】《化工原理（上）》夏青陈常贵主编天津大学出版社【3】《化工原理课程设计指导》任晓光主编化学工艺出版社10【4】《化工设备机械基础》董大勤主编化学工艺出版社（八）附录ChemCAD运行结果TABULATEDANALYSIS------------------OverallData:AreaTotalm210.05%Excess83.74AreaRequiredm25.16UCalc.W/m2-K590.49AreaEffectivem29.48UServiceW/m2-K321.37AreaPerShellm29.48HeatDutyMJ/h1.03E+003WeightLMTDC94.91LMTDCORRFactor0.9888CORRLMTDC93.85ShellsideData:CrossflowVel.m/sec9.2E-002EndZoneVel.8.0E-002WindowVel.1.6E-001FilmCoef.W/m2-K2158.05Reynold'sNo.2669AllowPress.DropMPa0.03Calc.Press.DropMPa-0.01InletNozzleSizem0.15Press.Drop/InNozzleMPa0.00OutletNozzleSizem0.15Press.Drop/OutNozzleMPa0.00MeanTemperatureC30.00RhoV2INkg/m-sec235.16Press.Drop(Dirty)MPa-0.01StreamAnalysis:SAFactors:A7.74B70.23C16.27E5.76F0.00Id