化工原理課程設(shè)計(jì)煤油冷卻列管式放熱器

1、化工原理課程設(shè)計(jì)煤油冷卻列管式放熱器 目錄概述 1.1換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書1.2換熱器的結(jié)構(gòu)形式1.3換熱器材質(zhì)的選擇1.4列管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)1.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu)1.6管板式換熱器的類型及工作原理 1.7確定設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)參數(shù)2.2計(jì)算總傳熱系數(shù)2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.4換熱器核算3.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果匯總表4.結(jié)束語參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 化工原理課程設(shè)計(jì)，是將所學(xué)的化工原理理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。一方面，它要求綜合運(yùn)用物理，化學(xué)，化工原理，工程制圖的理論知識(shí)，確定生產(chǎn)工藝流程和計(jì)算設(shè)備的尺寸；另一方面，又要求根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的具體特征，憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)（或借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)），靈活運(yùn)

2、用設(shè)計(jì)的訣竅，對(duì)所選設(shè)備，工藝過程以及各種參數(shù)進(jìn)行合理的篩選，校正和優(yōu)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的生產(chǎn)要求。工業(yè)生產(chǎn)過程，兩種物料之間的熱交換一般是通過熱交換器完成的，所以換熱器的設(shè)計(jì)就顯的尤為重要。換熱器的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求確定換熱系統(tǒng)的流程方案并選用適當(dāng)類型的換熱器，確定所選換熱器中流體的流動(dòng)空間及流速等參數(shù)，同時(shí)計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所在地需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸且根據(jù)實(shí)際流體的腐蝕性確定換熱器的材料，根據(jù)換熱器內(nèi)的壓力來確定其壁厚。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型

3、，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器（板翅式、管翅式等）。11 換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書 1設(shè)計(jì)題目煤油冷卻列管式換熱器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)課題工程背景： 在石油化工生產(chǎn)過程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品（如汽油、煤油、柴油等）進(jìn)行冷卻，本設(shè)計(jì)以某煉油廠冷卻煤油產(chǎn)品為例，熟悉列管式換熱器的設(shè)計(jì)過程。 設(shè)計(jì)的目的：通過對(duì)煤油產(chǎn)品冷卻的列管式換熱器設(shè)計(jì)，達(dá)到讓學(xué)生了

4、解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋停瑫r(shí)還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力。 2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理能力 3105噸/年煤油 （2）設(shè)備型式 列管式換熱器 （3）操作條件 煤油：入口溫度 150，出口溫度 50 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度 20，出口溫度 30 允許壓強(qiáng)降：不大于一個(gè)大氣壓 每年按 300 天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 （4）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 主要輔助設(shè)備選型。 繪制換熱器總裝配圖

5、。 3設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 （1）目錄； （2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書)； （3）論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、主要結(jié)構(gòu))的選擇； （4）換熱器加熱過程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)； （5）設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)； （6）主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說明； （7）主要零件的強(qiáng)度計(jì)算（選做）； （8）附屬設(shè)備的選擇（選做）； （9）參考文獻(xiàn)； （10）后記及其它。 4設(shè)計(jì)圖要求 用 594841 圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一俯視圖，一剖面圖，兩個(gè)局部放大圖。 5設(shè)計(jì)思考題 （1）設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，通常都應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的換熱器，為什么？ （2）為

6、什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？ （3）在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時(shí)，其對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法有何不同？ （4）說明列管式換熱器的選型計(jì)算步驟？ （5）在換熱過程中，冷卻劑的進(jìn)出口溫度是按什么原則確定的？ （6）說明常用換熱管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格（批管徑和管長(zhǎng)）。 （7）列管式換熱器中，兩流體的流動(dòng)方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點(diǎn)？ 6. 部分設(shè)計(jì)問題指導(dǎo) （1）列管式換熱器基本型式的選擇 （2）冷卻劑的進(jìn)出口溫度的確定原則 （3）流體流向的選擇 （4）流體流速的選擇 （5）管子的規(guī)格及排列方法 （6）管程數(shù)和殼程數(shù)的確定 （7）擋板的型式 1.2 換熱器的結(jié)構(gòu)形式1.管殼式換熱器 管殼式換

7、熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉，用材廣泛，清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為以下幾種： （1） 固定管板式換熱器 固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于 50且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。 帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這種補(bǔ)償方法適用于兩流體溫差小于70且殼方流體壓強(qiáng)不高于600Kpa 的情況。 （2） 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的管板有一個(gè)不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與

8、外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應(yīng)用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 （3） 填料涵式換熱器 填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。 2.蛇管式換熱器 蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，操作最方便的一種換熱設(shè)備，通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。 3.套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內(nèi)管用 U 型時(shí)管順次 連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，傳熱

9、面積可根據(jù)需要增減， 適當(dāng)?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動(dòng)，有利于傳熱。此換熱器適用于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。 1.3 換熱器材質(zhì)的選擇 在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對(duì)材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)

10、構(gòu)有著密切關(guān)系。 一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。 （1）碳鋼 價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為 10 號(hào)和 20號(hào)碳鋼。 （2）不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以 1Crl8Ni9Ti 為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的 18-8 奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。 （

11、3）管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過 4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過 350的場(chǎng)合。 （4）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 封頭 當(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時(shí)

12、需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。 分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程多者可達(dá) 16 程，常用的有 2、4、6 程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。 1.4 列管式換熱器的優(yōu)點(diǎn) (1) 換熱效率高,熱損失小 在最好的工況條件下,換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/m2K，在一般的工況條件下，換熱系數(shù)也可以在 30004000W/m2K 左右，是管殼式換熱器的 35 倍。設(shè)備本身不存在旁路,所

13、有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流，進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過程，板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的 1/31/4。 (2) 占地面積小重量輕 除設(shè)備本身體積外，不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為 0.60.8mm。同樣的換熱效果，板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。 (3) 污垢系數(shù)低 流體在板片間劇烈翻騰形成湍流，優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在，使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。 (4) 檢修、清洗方便 換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起，當(dāng)檢修、清洗時(shí)，僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。 (5) 產(chǎn)品適用

14、面廣 設(shè)備最高耐溫可達(dá) 180，耐壓2特別適應(yīng)各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面, 在低品位熱能回收方面, 具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對(duì)腐蝕性的要求。當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn)，比如工作壓力和工作溫度不是很高，限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于板片通道較小，也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介質(zhì)。1.5 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。 （1）換熱管布置和排列間距 常用換熱管規(guī)格有192 mm、252 mm(1Crl8Ni9Ti)、252.5 mm(碳鋼 10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄

15、；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列。 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。 （2）管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。脹接法一般用在

16、管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過 4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過350的場(chǎng)合。 （3）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 封頭 當(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時(shí)需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。 分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程

17、多者可達(dá) 16 程，常用的有 2、4、6 程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。 1.6 管板式換熱器的類型及工作原理 板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對(duì)性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同，采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對(duì)板片的腐蝕，并且設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式

18、板式換熱器，可以達(dá)到 250、2.5MPa。因此同樣是板式換熱器，因其形式的多樣性，可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域，在大多數(shù)熱交換工藝過程都可以使用。 雖然板式換熱器有多種形式，但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力將換熱板片夾緊組裝在一起，介質(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng)，在板片波紋的作用下形成激烈的湍流，猶如用筷子攪動(dòng)杯中的熱水，大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動(dòng),湍流形成的大量換熱面與板片接觸，通過板片來進(jìn)行充分的熱傳遞,達(dá)到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的分割，或者通過大量的焊縫來保證，在換熱板片不開裂穿孔的情況下，冷熱介質(zhì)不會(huì)發(fā)生混淆。1.7

19、確定設(shè)計(jì)方案1 選擇換熱器的類型 兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 150 出口溫度 50；冷流體進(jìn)口溫度 20，出口溫度為 30，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器。 2 管程安排 從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使煤油走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 物性流體定性溫度密度粘度mPas導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)比熱容kj/(kg)煤油1007800.7520.

20、1382.23 水25996.90.9080.6084.1792.2計(jì)算總傳熱系數(shù) 1.總質(zhì)量：m0=3105/年=4.1667104kg/h Q0=m0Cp0T=416672.23(150-50)= kJ/h=2581 KW2.冷卻水用量（忽略熱損失） mi=Q0/Cpit=/4.179(30-20)=.6 (kg/h)3.平均傳熱溫差 tm=(t1-t2)/(t1/t2)= (130-20)/(130/20)=58.77 式中：t1=150-20=130 ,t2=50-30=204.計(jì)算傳熱數(shù)據(jù) 求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得煤油和水之間的傳熱系數(shù)在350W/(.)左右。由Q=KA

21、tm得A =Q0/Ktm =/(35058.77 ) =125.48 ()2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng)選用 25mmX2.5傳熱管（碳鋼）,取流速為ui=0.5m/s，選用管長(zhǎng)為3m。（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) Ns=4V/(di2ui)=441667/(36007803.140.0220.5)=80 按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 L=S /diNs=125.48 /(3.140.02580)=19.98 m 按單管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=5m,則該換熱器的管程數(shù)為 Np=L/l=19.98

22、 /5=3.996 =4傳熱管總根數(shù) n= NsNp =804=320（3）平均傳熱溫差校正及管殼數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù)計(jì)算如下 P=(30-20)/(150-20)=0.077 R=(150-50)/(30-20)=10按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表，可得 =0.98平均傳熱溫差 tm=tm1=0.9858.77=57.5946由于平均傳熱溫差校正4系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。（4）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距Pt=1.25di,則 Pt=1.2525=32mm隔板中心到離其最近一排

23、管中心距離， Z=Pt/2+6=32/2+6=22mm各程相鄰管的管心距為44mm.（5）殼體直徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑估算：取管板利用率=0.7，則殼體直徑為 D=1.05Pt(n/)0.5=1.0532(320 /0.7)0.5=651.6mm圓整可取，可取 D=700mm.（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為 h=0.25700=175mm故可取h=175mm。 取折流板間距B=0.3D(0.2DBD),則 B=0.3700=210mm可取B為210mm。 折流板數(shù)目NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=5000/210-1=22塊（7）

24、接管 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速為u1=2m/s,則接管內(nèi)徑為 D1=(4m00/u1)0.5=441667/(36007803.142)0.5=0.097m圓整后可取管內(nèi)徑為100mm。殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=1m/s,則接管內(nèi)徑為 D2=4.6/(3600996.93.141)0.5=0.280m圓整后取管內(nèi)徑為280mm。2.4換熱器的核算（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計(jì)算得i=0.36Re00.55Pr1/3(/w)0.14當(dāng)量直徑：de=0.02m殼程流通面積 Si=BD(1-di/Pt)=0.210.7(1-25/32)=0.0322 m2殼程流體流速

25、及其雷諾數(shù)分別為 ui=.6/(3600996.90.0322)=1.9m/s Rei=0.021.9996.9/(0.908)=4.17104普朗特?cái)?shù) Pri=4.1790.908/0.608=6.24（u/uw)0.14 i=0.360.608.556.241/3/0.02=7003 W/(m2.）管程傳熱膜系數(shù)。0=0.023Re0.8Pr0.4 管程流體流通截面積S0=0.7850.022320/2=0.0502m2管程流體流速和雷諾數(shù)分別為u0=41667/(36007800.0502)=0.3m/sRe0=0.020.3780/0.=6223普朗特?cái)?shù) Pr0=2.2310000.7

26、52/0.138=12 0=0.023 0.138.85.70.4/0.02=622W/(m2.）污垢熱阻和管壁熱阻查得，管外側(cè)污垢熱阻R0=0.0004m2./W, 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri=0.006m2./W。已知管壁厚度b=0.0025m，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/(m2.）。傳熱系數(shù)KK=1/di/(do0)+R0di/d0+bdi/dm+Ri+1/i=437.39 W/(.K）傳熱面積裕度計(jì)算傳熱面積Ac = Q/k = /57.59437.39=102.46該換熱器的實(shí)際傳熱面積為ApAp=3.140.0255320=125.6該換熱器的面積裕度為： H = =0.226傳熱面積

27、裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）換熱器內(nèi)壓降的核算管程阻力pi=(p1+ p2) Ns Ft = 1 , =4, Ft =1.4 p1= lu02/(2d）由Re=6223,傳熱管相對(duì)粗糙度e/D=0.01/20=0.0005，查參考文獻(xiàn)2中-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得=0.038，流速ui=0.3m/s,=780kg/m3,所以p1=0.03857800.3/(0.022)=1111.5Pa p2=3ui2/2=37800.30.3/2=105.3Pa p0=(1111.5+105.3)41.4=6814.08Pa Pa管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。（3）殼程壓強(qiáng)降=(+)Ns其中Ns=1,

28、Fs=1.15殼程流通截面積：So=B(D-)=0.1(0.3-80.025)=0.01流體流經(jīng)管束的阻力：p0=Ff0nc(NB+1)ui2/2=1.15F=0.5f0=5i=5=0.23=1.1n0.5=1.13200.5=19.7 NB=24 U0=1.9m/s p1=0.50.2319.725996.91.92/2=10191Pa流體流過折流板缺口阻力 p2=NB(3.5-2h/D)ui2/2其中h=175mm,D=700mm,則 p2=25（3.5-20.175/0.7)996.91.92/2=Pa總阻力p0=(10191+) 11.15=Pa由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以

29、殼程流體的阻力比較適宜。3. 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果匯總表參數(shù)管程殼程物料名稱煤油水流率/（kg/h）41667進(jìn)/出口溫度/（）150（50）20（30）壓力/（MPa）4.36.9物性定性溫度/（）10025密度/（kg/m3）780996.9定壓比熱容/kj/（kgK）2.234.179粘度/（mPas）0.7520.908熱導(dǎo)率（W/mK） 0.1380.608普朗特?cái)?shù)126.24設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/（）700臺(tái)數(shù)1管徑/（）252.5管心距/（）44管長(zhǎng)/（）3000管子排列正三角形排列管數(shù)目/根320折流板數(shù)/個(gè)22傳熱面積/（）折流板間距/（）210管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.31.9表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/（K）6227003污垢熱阻/（K/W）0.00060.0004阻力/ （MPa）0.006810.167熱流量/（KW） 2581傳熱溫差/（K）57.59傳熱系數(shù)/W/（K）437.39裕度/%22.64. 結(jié)束語本次化工課程設(shè)計(jì)是對(duì)列管式換熱器的設(shè)計(jì)，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本列管式換