多管程列管式换热器的设计方案

1/18南京工程学院课程设计说明书论文）题目多管程列管式换热器的设计课程名称化工原理院(系、部、中心专业环境工程班级学生姓名学号设计地点指导教师2/18目录一．符号说明1.1物理量英文字母）.................................................................11.2物理量希腊字母）.................................................................1二．设计目的.................................................................1三．参数与条件设置.................................................................23.1已知参数.................................................................23.2设计条件.................................................................2四．设计计算.................................................................24.1确定设计方案.................................................................2流动空间及流速的确定...........................................................24.1.1选择换热器的类型................................................................24.1.2确定物性数据...............................................................34.1.3计算总传热系数...............................................................44.1.4设计传热面积..............................................................5五．工艺结构尺寸.............................................................55.1.1管径和管内流速...........................................................55.1.2壳程数和传热壳数.........................................................55.1.3平均传热温差校正及壳程数.............................................65.1.4传热管排列和分程方法.............................................65.1.5壳体内径.............................................................65.1.6折流板...........................................................63/185.1.7接管.............................................................7六.换热器核算............................................................76.1.1热量核算.............................................................76.1.2换热器内流体的流动阻力.................................................10七．设计总结..........................................................13八．换热器结构图..........................................................14九．参考文献..........................................................141/18一、符号说明：1.1物理量英文字母）B折流板间间距，mn指数Cp定压比热容，kJ/(kg·℃）N管数d管径，mS传热面积，m2D换热器内径，mt管心距，mf摩擦因数u流速，m/sF系数G重力加速度，m/s2P压力，pa；1.2物理量希腊字母）ɑ对流传热系数，W/(m2·℃）ρ密度，Kg/m3λ导热系数，W/(m2·℃）Δ有限差值μ粘度Pa·s下标О管外m平均二、设计目的通过课题设计进一步巩固课程所学内容，培养学生运用理论知识进行化工单元过程设计的能力，使学生能够系统的运用知识。通过本次设计，学生应该了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，独自设计计算，准确绘制图样，编写设计说明。2/18三、参数与条件设置3.1.1已知参数1）热流体油）：T1=130℃，T2=50℃，Wh=6000kg/h；2）冷流体水）：t1=30℃，t2=40℃，压力0.4MPa；3.1.2设计条件：管程数：4；压力降△p10~100kPa液体）；1~10kPa气体）；雷诺数Re5000~20000液体）；10000~100000气体）；流动空间管材尺寸：Φ25mm×2.5mm；管内流速：1m/s；传热管排列方式：正方形排列；传热面积裕量S：20%；传热管长L，6m；折流挡板切口高度与直径之比：0.20；管壁内外污垢热阻，自选；四、设计计算4.1确定设计方案:4.1、1选择换热器的类型。两流体温度变化情况：热流体进口温度130℃，出口温度50℃；冷流体水）进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环水冷却，3/18冬季操作时进口温度会减低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温和壳体之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2、流动空间及流速的确定水走壳程，油走管程。选Φ25mm×2.5mm的碳钢管，管内流速取1m/s。4.1、2确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为T=130502=90(℃）管程水的定性温度为T=30402=35(℃）根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90℃下的有关物性数据如下：密度ρo=825kg/m3定压比热容Cρo=2.22kJ/(kg·℃）导热系数λo=0.140W/(m·℃）粘度μo=0.000715Pa·s水在35℃下的物性数据：密度ρi=994kg/m3定压比热容Cρi=4.08kJ/(kg·℃）导热系数λi=0.626W/(m·℃）4/18(13040)(5030)4790ln20粘度μi=0.000725Pa·s4.1、3计算总传热系数1.热流量Qo=opootcm=60002.22130501065600(hKJ=296kw2.平均传热温差mt=2121ttttln=(℃）3.冷却水用量ipioitcQw1065600261184.083040kgh4.总传热系数K管程传热系数iiiiudRe=0.021994274210.0007254075i=iipiiiiiicudd800230..0.40.80.6264.080.7250.023Re4758.90.020.626w/(m2·℃）壳程传热系数假设壳程的传热系oa=150w/(m2·℃）污垢热阻siR=0.000344m2·℃/wsoR=0.000172m2·℃/w管壁的导热系数=45w/(m·℃）5/18osoioiosiiioRdbdddRdadK11==131.7w/(m2·℃）4.1.4设计传热面积SmtKQ=32961048131.747m2考虑20%的面积裕面，s=1.20S=481.258(m2五．工艺结构尺寸5.1.1管径和管内流速选用Φ25mm×2.5mm传热管碳钢），取管内流速=1m/s表3-1换热器常用流速的范围流速介质循环水新鲜水一般液体易结垢液体低黏度油高黏度油气体管程流速，m/s1.0~2.00.8~1.50.5~31.00.8~1.80.5~1.55~30壳程流速，m/s0.5~1.50.5~1.50.2~1.50.50.4~1.00.3~0.82~155.1.2壳程数和传热壳数采用多管程结构，取传热管L=6m，换热器管程数为4，则oSndL581243.140.0256(根）每程管数为124/4=62根2226118/(9943600)0.74/0.7850.02314isVLmsdn10.0250.0250.00250.02510.0003440.0001724758.90.020.02450.021506/185.1.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=1305084030P=40300.113030根据R=8P=1得出0.975t平均传热温差0.9754745.825mttt℃）5.1.4传热管排列和分程方法采用正方形排列，取管心距t=1.25od,则t=+1.2525=31.2532(mm横过管束中心线的管数cn=1.19N=1.1912412.213根）转热管排列方式——正方形直列5.1.5壳体内径才用多壳程结构，取管板利用率=0.6，则壳体内径为NtD051.1241.05324830.6mm圆整可取D=600mm5.1.6折流板采用弓形折流板，去弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%，则切去的圆缺高度为h0.2600120(mm7/18取折流板间距B=0.6D，则B=0.6600360(mm折流板数1-—折流板间距传热管长BN=6000115.716360(块）折流板圆缺水平装配。5.1.7接管壳程流体进口接管：取接管内流速为u=1m/s，则接管内径为uVd44600036008250.0513.141m取标准管径为60mm管程流体进出口接管：取接管内循环流速u=1.5m/s,则接管内径为d42611836009940.0783.141.5(m取标准管径80mm六.换热器核算6.1.1热量核算8/18图壳程摩擦系数f0与Re0的关系(1壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式14031550360..PrRe.wooeooda当量直径，由正方形排列得2244oeotddd2240.0320.7850.0250.0273.140.025(m壳程流通截面积tdBDSoo10.0250.360.610.047250.032(m壳程流体流速及其雷诺数分别为ou=600036008250.0430.04725(m/s）oRe=0.0270.0438250.0007151340普兰特准数9/18Pr=332.22100.7151011.340.14粘度校正0.14