傳熱學課程設計--列管式換熱器的設計

1、<p>　　題 目：列管式換熱器的設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計任務及操作條件3</p><p>　　2.定性溫度下流體物性數(shù)據(jù)3</p><p>　　3.確定設計方案3</p><p><b>　　4.確定物性5

2、</b></p><p>　　5.估算傳熱面積4</p><p>　　6.工藝尺寸的確定5</p><p><b>　　7.換熱器核算7</b></p><p><b>　　8.設計小結11</b></p><p>　　一、設計任務及操作條件</p&

3、gt;<p>　　某煉油廠用柴油將原油預熱。柴油和原油的有關參數(shù)如下表, 兩側的污垢熱阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求兩側的阻力損失均不超過0.5×105Pa。試選用一臺適當型號的列管式換熱器。(x:學號) </p><p>　　二、定性溫度下流體物性數(shù)據(jù)</p><p>　　推薦總K=45~280 W/m.℃</p><p

4、><b>　　三、確定設計方案</b></p><p><b>　　1、選擇換熱器類型</b></p><p><b>　　因為， </b></p><p><b>　　所以，=</b></p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（柴油）進口溫度

5、175℃，出口溫度129℃；冷流體（原油）進口溫度70℃，出口溫度110℃。浮頭式特點：便于清洗和檢修，完全消除溫差應力，應用普遍。我們設計的換熱器的該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，流體是油，易結垢，再根據(jù)可以完全消除熱應力原則我們選用浮頭式換熱器。</p><p><b>　　2、管程安排</b></p><p>　　根據(jù)以下原則：(1)不潔凈和易結垢的流體宜走

6、管內，以便于清洗管子。(2)腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3)壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓。(4)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。(5)需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(6)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re&

7、gt;100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。綜合來看，我們選擇柴油走管程，原油走殼程。</p><p><b>　　四、確定物性</b></p><p>　　為減少熱損失和充分利用柴油的熱量，采用柴油走管程，原油走殼程。選用φ25×2.5mm的碳鋼管，管內流速取=1.0m/s。</p><p>　　由上表可知柴油和原油的相關物性

8、數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　1、柴油：</b></p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導熱系數(shù)</b></p><p><b>　

9、　黏度</b></p><p><b>　　2、原油： </b></p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導熱系數(shù)</b></p><p>&

10、lt;b>　　黏度</b></p><p><b>　　五、估算傳熱面積</b></p><p><b>　　1、熱流量</b></p><p><b>　　2、平均傳熱溫差</b></p><p>　　先按照純逆流計算，得：</p><p

11、>　　3、初估算換熱系數(shù)K</p><p>　?。?）管程傳熱系數(shù)：</p><p><b>　?。?）殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　假設殼程的傳熱系數(shù)為 </p><p><b>　　兩側的污垢熱阻均為</b></p><p><b>　　管壁的

12、導熱系數(shù)</b></p><p><b>　?。?）換熱系數(shù)K：</b></p><p><b>　　4、傳熱面積</b></p><p>　　考慮15%的面積裕度，</p><p><b>　　六、工藝尺寸的確定</b></p><p>　

13、　1、管徑和管內流速：選用Φ25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內流速</p><p>　　2、管程數(shù)和傳熱管數(shù):</p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p>　　因按按單程管設計,傳熱管過程,宜采用多管程結構。根據(jù)設計實際情況，采用非標設計，現(xiàn)在取傳熱管長,</p><p>　　則該換熱器的管程數(shù)為：<

14、/p><p><b>　　傳熱管總根數(shù)為：</b></p><p>　　3、傳熱溫差校平均正及殼程數(shù)</p><p><b>　　平均溫差校正系數(shù)：</b></p><p>　　按單殼程，6管程結構，查表得：</p><p><b>　　平均傳熱溫差為：</b&g

15、t;</p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　4、傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法,即每程內均按正三角排列,隔板兩側形排列.取管心距</p><p><b>　　，則</b></p><p>　　橫

16、過管束中心線的管數(shù)：</p><p><b>　　5、殼體內徑：</b></p><p>　　采用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑為</p><p><b>　　圓整可取</b></p><p><b>　　6、折流擋板</b></p><p>　　

17、采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的5%,則切去的圓缺高度為：</p><p><b>　　取折流板間距則</b></p><p><b>　　折流板數(shù) </b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　　7、接管</b><

18、/p><p>　　殼程流體進出口接口：取接管內流速為，則接管內徑為：</p><p>　　取標準管徑為200mm。</p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內循環(huán)水流速 ，則接管內徑為：</p><p>　　取標準管徑為150mm。</p><p><b>　　七、換熱器核算</b></p

19、><p><b>　　1、熱流量核算</b></p><p>　?。?）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可采用克恩公式：</p><p>　　當量直徑,由三角形排列得：</p><p><b>　　殼程流通截面積：</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p>

20、<p><b>　　普朗特準數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正： </b></p><p>　　(2)管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：</p><p><b>　　管程流通截面積：</b></p><p>　　管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：</p>&

21、lt;p><b>　　m</b></p><p><b>　　普朗特準數(shù)：</b></p><p><b>　?。?）傳熱系數(shù)K：</b></p><p>　?。?）傳熱面積和裕度：</p><p><b>　　計算傳熱面積</b></p>

22、;<p>　　該換熱器的實際傳熱面積為:</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　傳熱面積裕度大,該換熱器能夠完成生產任務。</p><p>　　2、換熱器內流體的流動阻力</p><p><b>　?。?）管程流動阻力</b></p><p><b>

23、;　　, , </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　由，傳熱管相對粗糙度，查圖——摩擦系數(shù)與雷諾準</p><p>　　數(shù)及相對粗糙度的關系得</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，&

24、lt;/b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內。</p><p><b>　　（2）殼程阻力</b></p><p><b>　　流體流經管

25、束的阻力</b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　總阻力 ：

26、</b></p><p>　　殼程流動阻力也比較適宜。</p><p><b>　　八、設計小結</b></p><p>　　通過本次設計，我學會了根據(jù)工藝過程的條件查找相關資料，并從各種資料中篩選出較合適的資料，根據(jù)資料確定主要的工藝流程，主要設備，以及如何計算出主要設備及輔助設備的各項參數(shù)及數(shù)據(jù)。通過課程設計可以鞏固對主體設備圖

27、的了解，以及學習到工藝流程圖的制法。對化工原理設計的有關步驟相關內容有一定的了解。通過本次設計熟悉了解化工原理的設計流程，加深對冷卻設備的了解。在設計的過程中培養(yǎng)了大膽假設，小心求證的學習態(tài)度，同時也在與同學的交流學習中認識到合作的重要性及交流的技巧。我認識到，組員一定要多溝通，多交流意見，不然，一個人再出色也是很難完成繁重的工作量的。由于本次設計時間較倉促，能力有限，可能有許多不完善的地方。</p><p>

28、　　最后，很感謝一起談論的同學及老師的解疑給我很大的幫助，有了這些幫助我才得以短時間內完成這次的設計任務。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　?。?］匡國柱，史啟才．化工單元過程及設備課程設計[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002</p><p>　?。?］戴鍋生，傳熱學（第二版），北京，高等教育出版社，1999