化工原理课程设计答辩(煤油换热器的设计)

化工原理课程设计第三小组答辩课题名称：煤油换热器的设计指导老师：刘敏答辩人：邓**2013年6月21日2化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它因结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洁方便、适用性强等优点而在换热设备中占据主导地位。煤油是从石油中分馏制得，刚刚分馏的煤油温度很高，不便于保存和运输等，需要实行冷却。本设计的任务就是完成一满足煤油冷却生产要求的管壳式换热器的设计或选型。综述3化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计一般适用于壳体与管束间的温度差低于50℃，壳程压力小于6kgf/cm2的情况。这种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流体应是较清洁且不易结垢的物料。4化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头就可在壳体内自由伸缩，而与壳体无关，从而解决热补偿问题。另外，由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修，所以浮头式换热器应用较为普遍，其缺点是结构比较复杂，金属消耗量多，造价较高5化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计换热器结构较简单，重量轻，适用于高温和高压的情况。其主要缺点是管程清洗比较困难，且因管子有一定弯曲半径，管板利用率较低，管程不易清洗，因此管程流体必须清洁。化工原理课程设计第三小组答辩总体思路：查看任务要求估算选型根据计算结果确定设备规格核算是否满足要求确定设备规格尺寸，作图7化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计（1）处理能力：25000kg/h煤油（2）设备型式：列管式换热器（3）操作条件：①煤油：入口温度125℃，出口温度40℃②冷却介质：自来水，入口温度28℃，出口温度38℃，循冷却水的压力为0.4MPa煤油冷却器设计任务及操作条件8化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计（1）选择冷却剂的类型和进出口温度并查阅定性温度下的物理性质（2）选择列管换热器的类型（3）选择冷热流体流动的空间及流速（4）选择列管换热器换热管的规格（5）选择列管换热器折流挡板的形式（6）选择缓冲板、拉杆和定距管（7）估算传热面积（8）确定管程数和换热管根数（9）确定壳程数和换热管排列方式（10）确定挡板，隔板的规格和数量（11）确定壳体和各管口的内径并圆整（12）核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于25%（13）核算管程和壳程的流体阻力损失，要求管程和壳程的阻力都不大于105Pa具体设计要求：9化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计T=1.物性数据5.82240125oC3323828oC壳程流体的定性温度t=管程流体的定性温度12540283849.522mmTt2.冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定选用固定管板式换热器。10化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计3.流动空间及流速的确定由于循环水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。选用的碳钢管，初定管内流速ui=0.5m/s。4.试算和初选换热器的规格hkgWh/25000)(21TTCWQphhOskJ/64.1357360040125230025000）（21360036001357640113020(/)()4174(3828)opiQWcKghctt热流体质量流量:计算热负荷和冷却水的流量11化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计'1212(12538)(4028)37.86(12538)lnln(4028)mtttCtt计算两流体的平均温度差(单壳程，多管程，逆流计算)总传热系数K湍流13140000757.07.9945.002.0iiiieudRi07.5623.0000757.04174PriiiPIC0.80.40.40.820.023RePr0.6230.023131405.0727690.02iiiiiOdWmC1.管程传热系数：12化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计290o)(000344.0R02自来水WCmsi)(000172.0Rs020煤油WCm4500000201K1R1218.8()0.0250.0250.00250.02510.0003440.00017227690.0200.020450.0225290oiiiimddbdsRsdddWmC壳程传热系数：先假设壳程传热系数为污垢热阻为：W/(㎡.℃)管壁的导热系数W/(m·℃)13化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计6324.721010158.3()3600218.837.86omQSmKt21.151.15158.3182.02()SSm考虑安全系数和初估性质，常取实际传热面积是计算值的1.15~1.25倍。考虑15%的面积裕度化工原理课程设计第三小组答辩工艺结构尺寸管程数和传热管数5221.130210994.683600=201.22020.7850.020.54siVndu182.02L11.48()3.140.025202osSmdn按单程管计算，所需的传热管长度：按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热管管程数为传热管总根数（根）11.4826pLNl2022404N化工原理课程设计第三小组答辩125408.53828R38280.10312528P0.820.8t0.9137.8634.45()mtmttC平均传热温差校正按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1／R代替R，PR代替P，查同一图线，可得平均传热温差平均传热温差校正系数化工原理课程设计第三小组答辩025.1dt1.252531.2532()tmm1.191.1940423.9224cnN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形排列隔板两侧采用正方形排列。取管心距横过管束中心线的管数则有4041.051.0532807.2()0.7NDtmm采用多管程结构，取管板利用率圆整可取:D=900mm化工原理课程设计第三小组答辩0.3900270()Bmm6000119300折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为，故可取h=230(mm)取折流板间距B=0.3D，则取整：B=300N=传热管长/折流板间距-1=接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为，则接管内径为4425000/(3600825)0.1035()3.141Vdmu取标准管径为100mm18化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为，则接管内径为5441.130210/(3600994.68)0.1638()3.141.5Vdmu取标准管径为180mm19化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计换热器核算一.热量核算1.壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式00.551/30.1400000.36Pr()ewRd222200334()4(0.0320.7850.025)2420.020()3.140.025etdmdd当量直径，由正三角形排列得壳程流体流速及雷诺数分别为025000/(3600779.8)0.143(/)0.05906ums040.0200.143825Re29138.1102000.025(1)0.300.9(1)0.05906()0.032dSBDmt壳程流通截面积20化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计342.22108.110Pr12.840.140pc普兰特准数粘度校正:0.551/32000.1400.36291312.84470.61/(.)0.02WmC0.14()1w（2）管程对流传热系数0.80.40.023RePriiid管程流通截面积2224040.7850.020.0634()422siinSmd管程流体流速21化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计113020/(3600994.680.498m/s)0.0634iu0.020.498994136540.000725iiieiduR普兰特准数344.174107.2510Pr4.800.626pc0.80.40.80.4200.6260.023RePr0.023(13654)4.800.022999/(.)iiidWmC3.热系数K22化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计11ooosisoiiimoKddbdRRaddd2010.0250.0250.00250.02510.0003440.00017229990.0200.020450.0225470.61311.95/(.)WmC4.传热面积S321311.110135.36()311.9535.21QSmKt20()3.140.025(60.06)(40424)177.19()pcSdLNnm该换热器的实际传热面积23化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计000000177.19135.3610010030.90135.36pSSHS该换热器的面积裕度为二.换热器内流体的流动阻（压力降）1.管程流动阻力12()itspPPPFNN1,2,1.4sptNNF2212,22iluuPPd由，传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄图得200.038/(.)iWmC216994.680.4980.0381405.10.022PPa24化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计2229940.4983369.822uPPa12()(1405.1369.8)1.41249690.4itspPPPFNNPaMPa满足技术要求2.壳程阻力''012()tsPPPFN1,1stNF流体流经管束的阻力2'010(1)2cBuPFfnN0.2280.228000.5,5.0Re5.0(2913)0.8111Ff024,19,0.143m/scBnNu2'0102(1)28250.1430.50.811124(191)1645.132cBuPFfnNPa化工原理课程设计第三小组答辩流体流过折流板缺口的阻力B=0.30m，D=0.90m2'0222(3.5)220.308250.14319(3.5)454.09()0.902BBuPNDPa''012()(1642.13454.10)1.152410.66()0.4tsPPPFNPaMPa总阻力满足设计要求主要设计参数26化工原理课程设计第三小组答辩——煤油换热器的设计1.（煤油换热器主要技术参数：煤油换热器主要技术参数.docx）2.煤油换热