列管式換熱器設(shè)計

1、XXX學(xué)校本科課程設(shè)計題 目： 列 管 式 換 熱 器 專 業(yè)： 應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 院： XX 學(xué)院 班 級： XX級XX 班 姓 名： X X X 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： X X X 目錄1 概述31.1課程設(shè)計學(xué)習(xí)目的及其重要性31.2換熱器設(shè)計的重要性及其步驟32 課程設(shè)計任務(wù)書33 設(shè)計方案的確定44 生產(chǎn)條件及其物料的物性參數(shù)54.1生產(chǎn)條件及工藝參數(shù)54.2主要物料的物性參數(shù)55 工藝設(shè)計計算55.1 傳熱面積估算55.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算及選型65.3 換熱器核算86 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和技術(shù)結(jié)果107 課程設(shè)計收獲及建議118 設(shè)備工程圖樣129 參考文獻12化工原理課程設(shè)計說明書（

2、化學(xué)化工系 應(yīng)用化學(xué)）1 概述1.1 課程設(shè)計學(xué)習(xí)目的及其重要性 使學(xué)生初步掌握列管式換熱器操作設(shè)計的基本方法和程序； 訓(xùn)練學(xué)生的基本技能，如計算、繪圖、運用設(shè)計資料（手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）； 使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)、進行經(jīng)驗估算和處理數(shù)據(jù)等； 提高學(xué)生運用工程語言（簡潔的文字、清晰的圖表、正確的估算）表達設(shè)計思想能力； 培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的正確思想，訓(xùn)練綜合運用已學(xué)過的理論和實際知識去分析和解決工程能力的問題。1.2 換熱器設(shè)計的重要性及其步驟重要性：換熱器是在具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝

3、流程規(guī)定的目標(biāo)，以滿足工藝過程的需求。列管式換熱器是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、造價低廉、用材廣泛等優(yōu)點，也是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱器。步驟： 換熱器的類型及流體走向 ：確定定性溫度、物性數(shù)據(jù) ： 估算傳熱面積 ：工藝結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定 : 換熱器核算2 課程設(shè)計任務(wù)書現(xiàn)生產(chǎn)車間需要一臺列管式換熱器，用于油品回收柴油的熱量。流量為36000kg/h的柴油從180降至130，油品從60升至110。設(shè)計要求： 設(shè)計該熱量回收利用的原則流程； 設(shè)計計算該主體設(shè)備換熱器的主要尺寸及型號規(guī)格，并繪制出該換熱器的設(shè)備圖； 編制設(shè)計說明書。3 設(shè)計方案的確定選擇換熱器類型

4、、管程安排確定物性參數(shù)計算熱負(fù)荷Q、傳熱溫差tm估算傳熱系數(shù)K、估算傳熱面積S工藝結(jié)構(gòu)尺寸及選型（管徑、管內(nèi)流速、管程數(shù)和傳熱管數(shù)、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)、傳熱管排列方式、折流擋板、其他部件、接管）換熱器核算（計算管程傳熱膜系數(shù)、殼程傳熱膜系數(shù)、核算總傳熱系數(shù)、核算傳熱面積）否S/S=1.11.25是換熱器內(nèi)壓降核算內(nèi)壓降符合要求，則計算完成4生產(chǎn)條件及其物料的物性參數(shù)4.1 生產(chǎn)條件及工藝參數(shù)生產(chǎn)條件： 操作壓力 常壓（絕壓） 當(dāng)?shù)卮髿鈮?96 kPa（絕壓）柴油流量為36000kg/h確定設(shè)計方案：（1）選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況： 熱流體進口溫度180，出口溫度130; 冷

5、流體進口溫度60，出口溫度110.tm柴=155，tm油品=85 tm柴=tm柴-tm油品=155-85=70因該換熱器管壁溫度與殼體溫度差較大，故選用浮頭式換熱器。（2）管程安排 由于油品黏度大，為減少損失且充分利用柴油的熱量、便于清洗，所以安排柴油走管程，油品走殼程。4.2 主要物料的物性參數(shù)定性溫度指流體進、出口溫度的平均值。故管程流體的定性溫度T= =155,殼程流體的定性溫度t= =85，依據(jù)定性溫度，查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：柴油在155下的物性數(shù)據(jù)：1=715/ m³，CP,1=2.48kJ/·，1=0.133w/m·, 1=6.4

6、15;10-4Pa·S油品在85下的物性數(shù)據(jù)：2=860/ m³, CP,2=2.2kJ/·, 2=2.2w/m·, 2=5.2×10-3Pa·S5工藝設(shè)計計算5.1 傳熱面積估算5.1.1熱流量（忽略熱損失）QT=qm,1·CP,1·T=36000×2.48×(180-130)=4.464×106 (kJ /h)=1240 (kw)5.1.2油品用量（忽略熱損失）qm,2=QT/CP,2t=1240×103/2.2×103×(110-60)=11.27(

7、/s)=40572(/h)5.1.3平均傳熱溫差tm 先按純逆流計算得t1=180-110=70 ， t2=130-60=70t1/t2=12,可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值tm=t1+t2/2=705.1.4初算傳熱面積假設(shè)K=280 (W/·)，則估算的傳熱面積為 S估=QT/K·tm= 1240×103/（280×70）=63.3 ()5.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算及選型5.2.1管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速ui=1.2m/s.5.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)NS=qv/di

8、2ui=37按單程管計算，所需傳熱管長度為L=22(m)按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。依據(jù)本設(shè)計實際情況，采用非標(biāo)設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長l=6m, 則該換熱器的管程數(shù)為NP=4 傳熱管總根數(shù) n= NS·NP=37×4=1485.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù)計算如下：P=(t2-t1)/(T1-T1)=(110-60)/(180-60)=0.417R=(T1-T2)/(t2-t1)=(180-130)/(110-60)=1按單殼程、四管程結(jié)構(gòu)，查溫度差校正系數(shù)圖得t=0.85, 平均傳熱溫差tm=t·tm=0.85×70

9、=59.5()t>0.8 , 采用單殼程適宜.5.2.4傳熱管排列和分程方法因流體黏度大、易結(jié)垢，為便于清洗，故采用正方形排列法。管子間距Pt，一般是管外徑的1.25倍左右，以保證脹管時管板的剛度。取管心距Pt=1.25d0 , 則Pt=1.25×25=31.2532（）隔板中心到離其最近的一排管中心距離Z=（）各程相鄰管的管心距為44。5.2.5殼體直徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑D=1.05Pt（n/）估算。取管板利用率=0.5，則殼體直徑為D=1.05Pt（n/）=1.05×32×（148/0.5）578.1（）按卷制殼體的進級擋，可取D=600。5.2.

10、6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=600×0.25=150()故取h為150。取折流板間距B=0.95D(0.2D<B<D)，則B=0.95×600=570故取B為600。折流板數(shù)目NB=(傳熱管長/折流板間距)-1=（6000/600）-1=95.2.7接管管程流體進出口接管：取接管內(nèi)流體流速u1=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為D1=(4qv/u1)= 4×（36000/3600×715）/（3.14×1.5）0.11（m），圓整后可取管內(nèi)直徑為110。殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)流

11、體流速u2=1m/s，則接管內(nèi)徑為D2=(4qv/u2)= 4×（40572/3600×880）/（3.14×1）0.128（m），圓整后可取管內(nèi)直徑為130。 5.3 換熱器核算5.3.1傳熱面積核算5.3.1.1管程傳熱膜系數(shù)根據(jù)=0.023(/ di)計算管程流體流通截面積Si=(/4) ·(n/4) ·di2=0.785×(148/4)×0.022=0.0116()管程流體流速和雷諾數(shù)分別為ui= qv,1/Si=36000/(3600×715) /0.0116=1.21（m/s），Re=diui1/1=（

12、0.02×1.21×715）/6.4×10-427036普朗特數(shù)Pr=CP,1·1/1=（2.48×103×0.64×10-3）/0.133=11.93 i=0.023×(0.133/0.02) ×（27036）0.8×（11.93）0.3=1130(w/·)5.3.1.2殼程傳熱膜系數(shù)根據(jù)=0.36(/ de) ·Re0.55·Pr0 ·(/w)0.14 ，管子按正方形排列，傳熱當(dāng)量直徑為de =4×Pt2-(/4) ·d02/d0=

13、4×（0.0322-0.785×0.0252）/(3.14×0.025)=0.0272(m)殼程流通截面積S0=BD(1-d0/Pt)=600×600×(1-25/32)=0.0787（）殼程流體流速和雷諾數(shù)分別為U0= qv,2/S0=40572/(3600×880) /0.0787=0.1627（m/s），Re0=deu02/2=（0.0272×0.1627×880）/5.2×10-3748.9普朗特數(shù)Pr0=CP,2·2/2=（2.2×103×5.2×10-3

14、）/0.119=96.13黏度校正 (/w)0.141.050=0.36×(0.119/0.0272) ×（748.9）0.55×（96.13）×1.052019(w/·)5.3.1.3污垢熱阻和管壁熱阻查化工原理課程設(shè)計附錄9知，管外側(cè)污垢熱阻R0=5×10-4(·/w)，管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri=5×10-4(·/w)。已知管壁厚度b=0.0025m，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50 w/·。5.3.1.4總傳熱系數(shù)K 總傳熱系數(shù)K為K=1/(d0/idi)+(Rid0/di)+(bd0/dm)+R0

15、+(1/0)366.9(w/·)5.3.1.5傳熱面積校核根據(jù)S=Q/K·tm，可得所算傳熱面積S為S=QT/K·tm=1240×103/(366.9×59.5)=56.8()換熱器的實際傳熱面積為SS=d0LNt =3.14×0.025×6×148=69.708()換熱器的面積裕度為S/S=69.708/56.81.23傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成任務(wù)。5.3.2換熱器內(nèi)壓降核算5.3.2.1管程阻力Pi=(P1+P2)NsNpFtNs=1，Np=4，P1=(l/d)·(ui2/2)由Re=270

16、36，傳熱管相對粗糙度0.01，查化工原理（上）中Re雙對數(shù)坐標(biāo)圖得=0.038，流速ui=1.21m/s，=715kg/m³， 所以 P1 =0.038×(6/0.02)×(715×1.212)/2=5966.94(Pa) P2 =3×(ui2/2)= (3×715×1.212)/2=1570(Pa)Pi =(5966.94+1570) ×1×4×1.4=42206.86（Pa）管程流體阻力在允許范圍內(nèi)。5.3.2.2殼程阻力按下式計算P0=(P1+P2) ·NsFt 其中Ns =1

17、，F(xiàn)t =1.15流體流經(jīng)管束阻力P1=Ff0nc(NB+1) ·(u02)/2 F=0.3f0=5Re-0.228=5×748.9-0.228=1.1056nc=1.19=1.19×=14.48NB=9 u0=0.1627m/sP1=0.3×1.1056×14.48×(9+1) ×(880×0.16272)/2=559.39(Pa)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力P2 =NB(3.5-2h/D) ·u02/2其中h=0.15m，D=0.6m，則P2 =9×（3.5-2×0.15/0.6）&#

18、215;880×0.16272/2=314.48（Pa）總阻力P=（P1+P2）·NsFt =（559.39+314.48）×1×1.15=1004.95(Pa)6 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和技術(shù)結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/（kg/h）3600040572進（出）口溫度/180（130）60（110）壓力/MPa常壓常壓物性定性溫度/15585密度/（kg/m³）715880定壓比熱容/kJ/（kg·）2.482.2黏度/Pa·S6.4×10-45.2×10-3熱導(dǎo)率/W/(m·)0.1330.119普朗特

19、數(shù)11.9396.13設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/600臺數(shù)1管徑/25×2.5管心距/44管長/6000管子排列正方形管數(shù)目/根148折流板數(shù)/個9傳熱面積/69.708折流板間距/600管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.210.1627表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(·)11302019污垢熱阻/（·/W）0.00050.0005阻力/MPa0.04220.0010熱流量/KW1240傳熱溫差/K59.5傳熱系數(shù)/W/(·)366.9裕度/% 1.237 課程設(shè)計收獲及建議本次化工原理課程設(shè)計歷時九周，是學(xué)習(xí)化工原理以來第一次獨

20、立的課程設(shè)計?；ぴ碚n程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法;學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧;掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、換熱器結(jié)構(gòu)等圖形;理解計算機輔助設(shè)計過程，利用CAD制圖。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟合理性。在這九周里，從開始的一頭霧水，到與同學(xué)討論、老師的指導(dǎo)，再到進行整個流程的計算，然后對工業(yè)材料上的選取論證和后期的流程的編寫以及流程圖的繪制等過程，我真切感受到了理論與實踐相結(jié)合中的種種困難，也體會到了利用所學(xué)的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。我從中也明白了學(xué)無止境的道理，在我所查找到的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于皮毛，所學(xué)的知識結(jié)構(gòu)還很不完善，我們對設(shè)計對象的理解還僅限于書本上，對實際當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟成本方面上考慮的還很不夠。在實際計算過程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒有及時將所得結(jié)果總結(jié)，以致在