化工原理课程设计用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计.doc

化工原理课程设计 题 目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计 系 别： 班 级： 学 号： 姓 名: 指导教师： 日 期：2015年6月26日 任务书设计题目：一、设计方案 4 1.1换热器的选择 4 1.2流动空间及流速的确定 4 二、物性数据 5 三、计算总传热系数： 5 3.3、估算传热面积 5 3.3.1热流量 5 3.3.2平均传热温差 5 3.3.3传热面积 5 3.3.4冷却水用量 5 3.4、工艺结构尺寸 6 3.4.1管径和管内流速 6 3.4.2管程数和传热管数 6 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 6 3.4.4传热管排列和分程方法 7 3.4.5壳体内径 7 3.4.6折流板 7 3.4.7接管 7 3.5换热器核算 8 3.5.1热流量核算 8 3.5.2换热器内流体的流动阻力 10 四、设计结果设计一览表 12 五、设计自我评价 12 六、参考文献 13 七、主要符号说明 13 八、主体设备条件图及生产工艺流程图（附图） 13 一、设计方案 换热器类型 1、固定管板式 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。 2、U形管式 U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。 3、浮头式  换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。 在本次设计任务中，两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度℃，出口温度℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，120℃，,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60℃，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 流动空间及流速的确定 固定管板式式换热器(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)?饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5)?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。(6)?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。(7)?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。由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取=1.5m/ｓ。 物性 流体 定性温度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa·s 比热容 kJ/(kg·℃) 导热系数 W/(m·℃) 煤油 90 825 0.715 2.22 0.14 冷却水 35 994 0.728 4.174 0.626 三、换热器设计计算 （一）计算热流量 mh=（kg/h） Qh=mhcphΔth=27777.78×2.22×(140-40)=6.17×106kJ/h=1712.9 kW （二）平均传热温差(℃) （三）传热面积 假设壳程传热系数：α0=400 W（m2?℃），管壁导热系数λ=45 W（m2?℃） 则K=298.7W/(m2·℃),则估算面积为： S’=Qh/(K×Δtm)=1.7139×106/(298.7×39)=147.04 (m2) 考虑15%的面积裕度则：S=1.15×147.04=169.1(m2) （四）冷却水用量 3.4、工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用ф25×2.5mm碳钢管，取管内流速ui= 3.4.2管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算，所需的传热管长度为 =24（m） 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构 NP=L/l=24/6=4 传热管总根数： NT=89×4=356（根） 3.4.3平均传热温差校正