化工原理课程设计答辩(煤油换热器的设计)

d 4( 3 t2
de
24 d 0
2) 4( 3 0.0322 0.785 0.0252 )
0

2
0.020(m)
3.14 0.025
小 组 答 辩
——
壳程流通截面积
S0

BD(1
d0 t
)

0.30

0.9

(1

0.025) 0.032

0.05906(m2 )
m2 OC
设 计
化
壳程传热系数：先假设壳程传热系数为 o 290 W/(m·℃)
工 原
污垢热阻为： W/(㎡.℃)
理 课
Rs 0 0.000172 m2 0C W (煤油)
程 设
Rsi 0.000344 m2 0C W (自来水)
计 第
管壁的导热系数 45
三 小
组
答
换 热
器
的
3.热系数K
设
计
化
K
1
工 原
do aidi

Rsi
do di

bdo
dm

Rso
1
o
理 课 程
1
0.025 0.000344 0.025 0.0025 0.025 0.000172 1
2999 0.020
0.020 45 0.0225
470.61
设 计 第 三
器
的
设
计
1.管程传热系数：
化
工
计算两流体的平均温度差
(单壳程，多管程，逆流计算)
原 理
课
t ' m

t1 t2 ln t1 t2

(125 38) (40 28) ln (125 38)(40 28)

37.86oC
程 设 计 第
三
总传热系数K
小
组
答
辩
Rei

diui i i

0.02 0.5 994.7 0.000757
13140湍流
——
Pri
CPI i i

4174 0.000757 5.07 0.623
煤 油 换
i

0.023 i di
Rei 0.8
Pri 0.4
热 器 的
0.023 0.623 131400.8 5.070.4 2769 W 0.02
177.19(m2)设
计
化
该换热器的面积裕度为
工 原
H

Sp S
S
100 00

177.19 135.36 135.36
100 00

30.90 00
理 课 程 设
二.换热器内流体的流动阻（压力降）
计 第
三
1.管程流动阻力
小
Pi (P1 P2)Ft NsN p
组 答 辩
化 工 原 理 课 程 设 计 第 三 小 组 答 辩
——
煤
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
油 换 热 器
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 的
的
设
计
化 工 原 理 课 程 设 计 第 三 小 组 答 辩
——
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
煤 油 换
比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束
热 器
不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流
的
体应是较清洁且不易结垢的物料。
设 计
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
d 4V 4 25000 / (3600 825) 0.1035(m)
u
3.14 1
取标准管径为100 mm
化
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为 ，则接管内
工 原
径为
理
课
程
d 4V 4 1.1302 105 / (3600 994.68) 0.1638(m)
K0

1
0

Rs0

Rsi
1 d0 di
d0
idi

bdo
dm
——
辩

0.025
1 0.000344 0.025 0.0025 0.025 0.000172
1
煤 218.8W (m2 0C)油
换
2769 0.020
0.020 45 0.0225
290
价较高
设
计
化 工 原 理 课 程 设 计 第 三 小 组 答 辩
——
煤
换热器结构较简单，重量轻，适用于高温和高压的情况。其主
油 换
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
热
利用率较低，管程不易清洗，因此管程流体必须清洁。
器 的
设
计
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
管程数和传热管数
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
Np

L l
11.48 2 6
传热管总根数
N 202 2 （40根4）
化工原理课程设计第三小组答辩
平均传热温差校正系数
平均传热温差校正
P 38 28 0.103 R 125 40 8.5
换 热
器
的
设
计
化
1.物性数据
工 原
T= 125 40 82.5 oC 壳程流体的定性温度 2
理 课 程
设
计
t= 28 38 33 oC 管程流体的定性温度
第 三
2
小
组
Tm
tm

125 2
40

28 2
38

49.5
答 辩
——
2.冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步
煤 油 换
壳程流体流速及雷诺数分别为
热
器
u0

25000
/ (3600 779.8) 0.05906

0.143(m
/
s)
的 设 计
Re0

0.020 0.143825 8.1 104

2913
化
普兰特准数
工 原
Pr cp 2.22 103 8.1104 12.84
组 答
管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它因结构 辩
——
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
煤 油
存和运输等，需要实行冷却。本设计的任务就是完成一
换 热
满足煤油冷却生产要求的管壳式换热器的设计或选型。 器
小
组
311.95W / (m2.0C)
答 辩
4.传热面积S
——
S Q 1311.1103 135.36(m2 ) Kt 311.95 35.21
煤 油 换
热
该换热器的实际传热面积
பைடு நூலகம்
器
的
Sp
d0L(N
nc )

3.14 0.025(6
0.06) (404

24)
热
器
的
设
计
化
考虑安全系数和初估性质，常取实际传热面积是
工 原
理
计算值的 1.15~1.25倍。
课 程
设
计
S Qo 4.72 106 103 158.3(m2 )
第 三
Ktm 3600 218.8 37.86
小 组
答
辩
——
考虑15%的面积裕度
煤
油
S 1.15 S 1.15 158.3 182.02(m2)
13654
设 计 第
三
普兰特准数
小 组
Pr cp 4.174 103 7.25 104 4.80
答 辩

0.626
——
i

0.023 i
di
Re0.8
Pr 0.4

0.023
0.626 (13654)0.8 0.02
4.800.4
煤 油
2999W / (m2.0C)
（7）估算传热面积 （8）确定管程数和换热管根数
三 小 组 答
（9）确定壳程数和换热管排列方式
辩
（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%
煤
（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 油
于105Pa

0.7
圆整可取:D=900mm
化工原理课程设计第三小组答辩
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 B 0.3 900 270(mm) 取整：B=300
N=传热管长/折流板间距-1=
6000 1 19 300
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
化
综述
工 原
理
课
程
换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为
设
间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应
计 第
用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅
三 小
片式换热器、热管换热器等。其中列管式换热器又称
理 课

0.140
程
粘度校正: ( )0.14 1 w
设 计 第 三
0

0.36
0.140 0.02

29130.55
12.841/3

470.61W
/
(m2. 0C)
小 组 答
辩
（2）管程对流传热系数
——
i

0.023 i
di
Re0.8
Pr 0.4
煤 油
管程流通截面积
换
热
d
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
化
煤油冷却器设计任务及操作条件
工 原
理
课
程
（1）处理能力：25000 kg/h煤油
设 计
（2）设备型式：列管式换热器
第 三
（3）操作条件 ：
小 组
①煤油：入口温度125℃，出口温度40℃
答 辩
——
②冷却介质：自来水，入口温度28℃，出口
确定选用固定管板式换热器。
煤 油
换
热
器
的
设
计
热流体质量流量:
化
3.流动空间及流速的确定
工 原
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
理
油走壳程。选用 的碳钢管，初定管内流速ui=0.5m/s。
课 程
设
4.试算和初选换热器的规格
计 第
三
小
Wh 25000 kg / h
计算热负荷和冷却水的流量
u
3.14 1.5
设 计 第
取标准管径为180mm
三 小
组
答
辩
——
煤 油 换 热 器 的 设 计
换热器核算
化
一.热量核算
工 原
1.壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用克恩公式
理
课
0

0.36
0
d0
R 0.55 e0
Pr1/3( 0 w
)0.14
程 设 计
当量直径，由正三角形排列得
第 三
温度38℃ ，循冷却水的压力为0.4MPa
煤 油
换
热
器
的
设
计
化
工
（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
原 理 课
（3）选择冷热流体流动的空间及流速
程
（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
设 计 第
具体设计要求： （6）选择缓冲板、拉杆和定距管
Si 4
2 ns 0.785 0.022 404 0.0634(m2 )
i2
2
器 的 设
计
管程流体流速
化
工
ui

113020
/ (3600 994.68 0.0634

0.498m/s)
原 理 课
程
Re

d i ui i i

0.02 0.498 994 0.000725
组 答
辩
QO WhCph(T1 T2) 25000 2300（125 40） 3600 1357.64kJ / s
——
Wc 3600Qo 3600 1357640 113020(Kg / h) cpi (t2 t1) 4174 (38 28)
煤 油 换 热
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 t 1.25d0
则有 t 1.25 25 31.25 32(mm)
横过管束 中心线的管数
nc 1.19
N 1.19
404 23.92 24
采用多管程结构，取管板利用率
D 1.05t N 1.05 32 404 807.2(mm)
125 28
38 28
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
t 0.82 0.8
tm ttm 0.91 37.86 34.45(C)
化工原理课程设计第三小组答辩
换 热
器
的
设
计
化工原理课程设计第三小组答辩
按单程管计算，所需的传热管长度：
工艺结构尺寸
1.1302 105
ns


4
V di2u

994.68 3600 0.785 0.022 0.5
=201.2

202
L S
182.02
11.48(m)
dons 3.14 0.025 202
Ns 1, N p 2, Ft 1.4
——
P1

i
l d
u2
2
, P2

u2
2
煤 油 换
热
由 ，传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄图得