化工原理课程设计--无相变列管式换热器的设计.docx

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1、化工原理课程设计化工原理课程设计换热器设计任务书班级精化07-1姓名一、设计题目：无相变列管式换热器的设计二、设计任务及操作条件某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油。1、柴油入口温度：140,出口温度：602、柴油流量：6500kWh,压力：0.3MPa3、循环冷却水压力：0.4MPa,入口温度：29C,出口温度：39已知柴油的有关物性数据：密度P=994kgn;定压热比容Cp.=2.22kJ（kgC）;热导率1=0.14W（moC）;黏度=7J5W4Pas三、设计项目（说明书格式）1、封面、任务书、目录。2、设计方案简介：对确定的换热器类型进行简要论述。3、换热器的工艺计算：1）确定物性数据2

2、）估算传热面积3）工艺结构尺寸4）换热器核算：包括传热面积核算和换热器压降核算4、换热器的机械设计5、绘制列管式换热器结构图（CAD）。6、对本设计进行评述。7、参考文献成绩评定指导教师2010年6月8日目录1设计方案简介11.1 选择换热器类型11.2 冷热流体流动通道的选择12换热器的设计计算22.1 确定物性数据22.2 估算传热面积22.2.1热流量22.2.2平均传热温差22.2.3冷却水用量32.2.4总传热系数32.2.5计算传热面积32.3 工艺结构尺寸32.4 换热器核算52. 4.1热量核算53. 4.2换热器内流体的流动阻力73换热器机械设计103.1 壳体壁厚103.2

3、 管板尺寸103.3 接管尺寸113.4 换热器封头选择124. 5膨胀节选择123.6其他部件134评述145. 1可靠性评价146. 2个人感想145参考文献151设计方案简介1.1 选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体柴油入口温度140C,出口温度60C；冷流体入口温度29,出口温度39Oz_y2,t?=(29+39)2=34oC,ti=(140+60)/2=IOOeC,2t热-1冷=IOO-34=66C,温差较大,但是柴油压力为0.3MPa,冷却水压力为0.4Mpa,压力偏低，故可以选用固定管板式换热器，采用逆流1.2 冷热流体流动通道的选择从两物流的操作压力看，应使冷却水走管程，

4、由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以冷却水走管程，柴油走壳程，以便散热。选用625X2.5的碳钢管，管内流速设为ui=1.0ms2换热器的设计计算2.1 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程柴油的定性温度：g(140+60)/2=100管程流体的定性温度：N=(29+39)2=34oC根据定性温度，查化工原理书附录，利用内插法计算壳程和管程流体的有关物性数据。柴油的有关物性数据如下：密度p=994kgm3定压比热容Cp=2.22kJ(kg)热导率1=0.14W(m)粘度=7.15101Pas冷却水在34的有关物性数据如下:密度p

5、i=994.3kgm3定压比热容Cpi=4.174kJ(kgK)热导率i=0.6241W(mK)粘度i=0.0007428Pas2.2 估算传热面积2.2.1 热流量Q=mCpt=65002.22(140-60)=1.15106kJh=319.4kW2.2.2 平均传热温差z2t=60-29=31K,t2=140-39=101K所以，t,n=(101-31)1n(101/31)=59.27K2.2.3 冷去U水用量流量wi=QCpiti=1.151064.174(39-29)=2.755IO4kg/h2.2.4 总传热系数利用化工原理附表，根据两种流体的性质，可查出换热器总传热系数，取其值为3

6、501V(m2K)o2.2.5 计算传热面积rQ3194(X)-2S=W=15AmKM111350x59.27考虑15%的面积裕度,S=1.15S=1.1515.4=17.7m22.3 工艺结构尺寸2.3.1 管径和管内流速选用25X2.5传热管(碳钢)，取管内流速尸1.()ms2.3.2 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Vns=.diXdiu4,27550(3600994.3)3.1440.022117.7=9.02m按单程管计算，所需的传热管长度TCdOr1S3.140.02525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1=6m,则该换热器管程数为Np=

7、%2（管程）传热管总根数N=25x2=50根2.3.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数n14060CooZ-A=2.Zoo60-25P=6025=0.304140-25按单壳程，四管程结构，温差校正系数为1nfI-P1/In1(2/p)ir+F7TR-IU-PRJ(2/p)-I-R-JR?+132.2832+1/1-0304Q0304)-1-2.283+,2.2832+12.283-1U-0.304x2.283J“(20.304)-1-2.283-2,2832+1=0.81()=0.810.8,所以可采用单壳程结构换热器平均传热温差tm=000172+_I0.020450.020

8、430.364)传热面积S。Q3194(X)“S=17.56/7?KAtm3()6.9759.27该换热器的实际传热面积S，SP=Tido1N=3.140.025650=23.55w2该换热器的面积欲度H=(Sp-S)S=(23.55-17.56)/17.56=0.34=34%而一般换热器的面积欲度大于15%20%,就可以满足要求。故所设计的换热器较为合适。2.4.2换热器内流体的流动阻力(1)管程阻力ZM=(M+轨此乂叫N,=,NP=2,管程结垢校正系数4=1.4Ipu20.005,所以由Re=262362查化工原理书表1-2得传热管相对粗糙度为那再查图1-27得4=0.03W/(加C),流

9、速%=0.98ms,p=9943m3An699430.9824ECf、AJ=0.03XX=4297.2(Pa),10.022匕=3、处噗变2.4（即，ZM=(4297.2+14324)1.412=1604285(PQ),=0.50.818(29+1)；=520.5(Pa)流体流过折流板缺口的阻力记”(3.54)与B=0.2机,D=0.4z20,29940.10382,=29(3.5-X=388.2(Pa),总阻力Z引=(520.5+388.2)11.15=908.7(尸4)壳程流动阻力也比较合适。（3）换热器主要结构尺寸和计算结果见附录3换热器机械设计3.1 壳体壁厚3.2 管板尺寸固定管板厚度设计采用BS法。假定管板厚度b=40mm总换热管数量n=5O一根管壁金属的横截面积为=?(2-J.2)=竽(252-202)=1766而开孔强度削弱系数(双程)=0.5两管板间换热管有效长度(除两管板厚度)1估取591Omm计算数值KK213240050176i140V0.55910x40=3.6K=1.90按管板简支考虑，依K值查图