化工原理课程设计列管式换热器的工艺设计

设计华北科技学院课告 告程设计报题目列管式换热器的工艺课程名称化工原理课程设计专业化学工程与工艺班学生学设计指导级姓名号地点教师工 原 理 课 程 设 计 列 管 式 换 执八、 器 的 工 -艺设计设计起止时间：2011年5月2日至2011年5月13日课程设计任务书设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用物料密度Kg/m3粘度Pas比热容kJ/(kg. c)入导热系数W/(m. c )原油8153X 10-32.20.128柴油7150.64 X 10-32.480.133设计题目4、炼油厂用原油将柴油从 175C冷却至130C，柴油流量为12500 kg/h ；原油初温 为70C，经换热后升温到 110C。换热器的热损失可忽略。60kPa。管、壳程阻力压降均不大于30kPa。污垢热阻均取0.0003 m2 .C /W一、确定设计方案1、选择换热器类型俩流体温度变化情况：柴油进口温度175C，出口温度110C。原油进口温度 70 C，出口温度110C从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2、流程安排因此使 原油走该任务的热流体为柴油，冷流体为原油，由于原油的黏度大,壳程，柴油走管程。1、工艺结构设计（一）估算传热面积1换热器的热流量（忽略热损失）125003Q qmi8（T2）2.48 1 03 （175 30） 3875000W36002.冷却剂原油用量（忽略热损失）3875002200 (110 70)4.40kg / sQqm2Cp2(t1t2)2.平均传热温差tmt1 t2(175 110) (130 70)175 110130 7062.5 CK估 220W( m2 C)3875002204.由K值估算传热面积28.2m2（二）工艺结构尺寸1.管径、管长、管数取管内流速u估0.6m/s 管径选择选用19 2mm传热管（碳钢）12500计算管数nqvns3600 71545.8 4(根)d：u估2-0.0150.644A古28 2计算管长L10.28mdons0.01946估算管内流速确定管程 按单管程设计，传热管稍长，宜采用多管程结构。现取传热管长l =2.5m,则该传唤器管程数为：N10.28l 2.54（管程），则传热管总根数N=46X 4=184 (根)2管子的排列方法管子和采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列, 管板采用焊接结构 计算管心距 t 1.25do 1.25 19 23.75 24mm隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=24/2+6=18mm各程相邻管心距为36mm各程各有传热管46根3. 壳体内径的计算采用多管程结构，取管板利用率n =0.7CD计算D 1.05t. NT 1.05 24 ,184/0.7 408(mm)圆整 D=450mm4. 折流板C圆缺高度的计算H 25%Di 0.25 325 81.25mm折流板间距 h 300mml2C折流板数量 Nb - 11 6 nb h0.35. 计算壳程流通面积及流速C计算流通面积nc 1.19 N 1.19 649.52 10Aoh(D n cd。)0.3(0.325 10 0.025)0.0225(m2)C计算壳程流体流速2 1040.0225 3600 1.09547 1030.225m s6. 计算实际传热面积A实 N dol 10.05m27. 传热温差报正系数的确定t2 t140 20T； t1140 200.167R 口 14LJ105t2 ti40 200.92查表:8管程与壳程传热系数的确定壳程表面传热系数0.55o ./p,3( o )。1424( ado)dedT -do0.0247m当量直径，由正方形排列得:4(0.0312$ 0.0252)40.025壳程流通截面积:A hD(1 虫)a0.30.325(1 g0.031250.0195m2壳程流体流速:Uo WhA 36002000031.09547 103 0.01950.26 m s雷诺数:Re。deUoo0.0247 0.26 1.095471035.68981 10 412364.4普兰特准数:1.77029 103 5.68981 10 41.34945 10 17.46粘度校正（）0.141w0.36 0.134945 12364.40.55 7.43684.495W/(m20.0247C)管程表面传热系数0.80.4i 0.023Rei Prdi管程流体流速：UiVidi2讥33.54509 100.705 m. s0.022 164雷诺数:diui iRei.2 0-705 9957817609.6150.79732 10 3普兰特准数:Cpi iPri334.1790 100.79732 105.410.61564i 0.02317609.61508 5.140.40.0223466.6W /(m C)9.传热系数Ko的确定 Ri、R。、Rw的查取管外侧污垢热阻Ro=1.7197 10 4m2KW管内侧污垢热阻Ri 3.4394 10 4m2管壁热阻碳钢在该条件下的热导率为45W (m k)，则Rw0.00250.000056m2 K W45的计算Kodoididi1Rwd odmRo4 0.0253.439410 4 3466 .60.020.02402 .310.0251.00056.251.71971040.0225684 .495Ko 402.313401.18310、传热面积A理Ko tm295048.3402.31 0.92 94.91228.4山A 10.051.19611、附件cd拉杆数量本换热器壳体内径为325mm,故其拉杆直径为12，拉杆数量不得少于4个C壳程流体接管直径：取接管内液体流速为 u11.8ms，则接管内径为D1 . ：3600薦爲1.8。嘶C管程流体接管直径：取接管内液体流速为 U21.8m s ,则接管内径为D24V U24 3.54509 10 30.05mV1.812、换热器流体流动阻力c管程流体阻力R ( PR)FtNsNpNs 1,Np4, Ft1.4由Rej17609.615，传热管对粗糙度一di0.1200.005 ,查莫狄图得i 0.031每程直管压降P匚丄2Ui-0.03120.7052995.78 767.14Padi20.0222 2每程回弯压降Pr 3Ui3 W05 99578 742.39Pa2 2总压降 P (767.14 742.39) 1 4 1.48453.368 Pa 8.45 kPa 35kPa壳程流体阻力Ps ( POPp)FsFs 1.15管速压降PoFfoNgZF 0.3(正方形),NB 6,uo0.26 m sNTC12364.4 500,故f。5.0Re。0.2285 12364.4 0.2280.5830 50 5Po0.3 0.583 10 (6 1)0.262 1.09547 1032453.62Pa1.19(ns)1.19 649.52 10Nb(3.5Pp6 (3.52 0.3)0.325 )230.262 1.09547 102367.42 Pa折流板缺口压降Pp h 0.3m, D 0.325m总压降Ps(453.62367.42) 1.15944.196 Pa 0.94 kPa 35kPa（五）结果概要换热器主要结构尺寸和计算结果见下表:数参程 管率 流201/ 度 温 口 出40O14030物性参数30253m 创 / 度 密3- -C ? kg z(/ 度 粘率 热数 特 朗 普467.设备结构参数式 浮数 程 壳15231m /m 管5252m m I 住 心 t管53m m / 管O002列 子 管形 方 正根 / 数 管64620513数 程 管4质 材冈 碳圆缺高度/mm81.25拉杆直径及数量12/ 4接管/mm5060主要计算结果管程壳程流速/ (m/s)0.7050.26表面传热系数/W/ （m?C）3466.6684.495污垢热阻/（ m?c /W）3.4394 X 10-41.7197 X 10-4管壁热阻/（ m?c /W）0.000056阻力/ kPa8.450.94热流量/KW295.0483温度校正系数0.92传热温差/C87.32总传热系数ko/W/ （m?C）402.31（六）总结1结果 估算管内流速u 0.75m.；s，在0.53范围内，符合要求。 由计算得管长L 8m，取单程管长I 2m，符合要求。I2 换热器的长度与壳体直径之比- 6.154，在610之间，符合要D 0.325求。 壳程流体流速uo 0-225 m s，在0.21.5范围内，符合要求。传热温差校正系数0.92 0.8，符合要求。K 亠 1.183，在1.151.25范围内，符合要求。K估管程流体阻力 R 8.45kPa 35kPa，符合要求。壳程流体阻力Ps 0.94kPa 35kPa ，符合要求。七）参考文献贾绍义柴诚敬 主编天津大学出版社夏青 陈常贵 主编天津大学出版社任晓光主编化学工艺出版社董大勤主编化学工艺出版社1】化工原理课程设计2】化工原理（上） 3】化工原理课程设计指导 4】化工设备机械基础八）附录ChemCA运行结果TABULATED ANALYSISOverall Data:Area Totalm210.05 % Excess83.74Area Requiredm25.16 U Calc. W/m2-K590.49Area Effectivem29.48 U Service W/m2-K321.37Area Per Shellm29.48 Heat Duty MJ/h1.03E+003Weight LMTD C94.91LMTD CORR Factor 0.9888CORR LMTD C 93.85Shellside Data:Crossflow Vel. m/sec 9.2E-002 EndZone Vel. 8.0E-002 Window Vel.1.6E-001Film Coef. W/m2-K2158.05Reynolds No.2669AllowPress.DropMPa0.03 Calc.Press. Drop MPa -0.01InletNozzleSizem0.15 Press.Drop/In Nozzle MPa 0.00OutletNozzleSizem0.15 Press.Drop/Out Nozzle MPa 0.00Mean Temperature C 30.00Rho V2 IN kg/m-sec2 35.16 Press.Drop (Dirty) MPa -0.01Stream Analysis:SA Factors: A 7.74 B 70.23 C 16.27 E 5.76 F 0.00Tubeside Data:Film Coef. W/m2-K1603.99Reynolds No.38686AllowPress. DropMPa0.03 Calc.Press. Drop MPa 0.01InletNozzle Sizem0.15 Press.Drop/InNozzle MPa 0.00OutletNozzle Sizem0.15 Press.Drop/OutNozzle MPa 0.00Interm.Nozzle Size m0.00 MeanTemperatureC 125.00Velocitym/sec1.01 MeanMetal Temperature C 67.47Clearance Data:Baffle m 0.0032 Outer Tube Limit m 0.2900Tube Hole m0.0008 Outer Tube Clear. m0.0350Bundle Top Space m0.0000 PassPart Clear. m 0.0000Bundle Btm Space m0.0000Baffle Parameters:Number of Baffles 5AEW Max. Heat Flux Btu/ft2-hr 0.00Baffle Type Single SegmentalInlet Spacem0.342Center Spacem0.300Outlet Spacem0.342Baffle Cutpercent25.000Baffle Overlapm0.050Baffle Cut DirectionHorizontalBaffle Cut BasisDiameterNumber of Int. Baffles0Baffle Thicknessm0.003Shell:Shell O.D. m0.35 OrientationHShell I.D. m0.33 Shell in Series1Bonnet I.D. m0.33 Shell in Parallel1TypeImping. Plate ImpingementPlate Sealing StripTubes:NumberLength mTube O.D. m64 Tube Type Bare2.00 Free Int. Fl Area m20.000.025 Fin Efficiency 0.000Tube I.D. m0.020 Tube PatternSQUAR0.003 Tube Pitch0.032Tube Wall Thk. mNo. Tube PassResistances:Shellside Filmm2-K/W0.00046Shellside Foulingm2-K/W0.00018Tube Wallm2-K/W0.00005Tubeside Foulingm2-K/W0.00018Tubeside Filmm2-K/W0.00062Reference Factor (Total outside area/inside area based on tube ID)1.250Pressure Drop Distribution:Tube SideShell SideInlet Nozzle MPa0.0000 Inlet Nozzle MPaTube Entrance MPa0.0008 ImpingementTubeMPaTube Exit MPa EndMPaOutlet0.0065 Bundle MPa0.0022 Outlet Nozzle MPa0.0020 Total Fric. MPaTotal Fric. MPa Total Grav. MPa Total Mome. MPaNozzle MPa 0.0000 Total0.0115 Total Mome. MPa0.0000 Total MPa-0.00000.0000MPa 0.00000.00020.00000.0003Grav. MPa0.0000-0.0059-0.0061TotalMPa0.0115