化工原理课程设计 换热器

发布 2022-10-02 20:35:28 阅读 2653

学院: 化学工程学院

班级。姓名。

学号。指导教师。

2023年 06月

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: 60 ℃

2、柴油流量: 6500 kg/h,压力: 0.3 mpa

3、循环冷却水压力: 0.4 mpa,入口温度: 29 ℃,出口温度: 39 ℃

已知柴油的有关物性数据:密度ρ1=994kg/m3;定压热比容cp,1=2.22kj/(kg·℃)热导率λ1=0.14w/(m·℃)黏度μ1=7.15×10-4 pa·s

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) 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

2023年 6月 8 日。

目录。1 设计方案简介 1

1.1 选择换热器类型 1

1.2 冷热流体流动通道的选择 1

2 换热器的设计计算 1

2.1 确定物性数据 1

2.2 估算传热面积 2

2.2.1 热流量 2

2.2.2 平均传热温差 2

2.2.3 冷却水用量 2

2.2.4 总传热系数 2

2.2.5 计算传热面积 2

2.3 工艺结构尺寸 2

2.4 换热器核算 5

2.4.1 热量核算 5

2.4.2 换热器内流体的流动阻力 6

3 换热器机械设计 9

3.1 壳体壁厚 9

3.2 管板尺寸 9

3.3 接管尺寸 11

3.4 换热器封头选择 11

3.5 膨胀节选择 12

3.6 其他部件 12

4 评述 13

4.1 可靠性评价 13

4.2 个人感想 13

5 参考文献 13

两流体温度变化情况:热流体柴油入口温度140℃,出口温度60℃;冷流体入口温度29℃,出口温度39℃。,t冷=(29+39)/2=34℃,t热=(140+60)/2=100℃,t热- t冷=100-34=66℃,温差较大,但是柴油压力为0.

3mpa,冷却水压力为0.4 mpa,压力偏低,故可以选用固定管板式换热器,采用逆流。

从两物流的操作压力看,应使冷却水走管程,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φ25×2.5的碳钢管,管内流速设为ui=1.

0m/s。

2 换热器的设计计算。

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:

t热=(140+60)/2=100℃

管程流体的定性温度:

t冷=(29+39)/2=34℃

根据定性温度,查化工原理书附录[1],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1=994kg/m3

定压比热容cp1=2.22kj/(kg·℃)

热导率1=0.14w/(m·℃)

粘度1=7.15×10-4pa·s

冷却水在34℃的有关物性数据如下:

密度i=994.3kg/m3

定压比热容cpi=4.174kj/(kg·k)

热导率i=0.6241w/(m·k)

粘度i=0.0007428pa·s

q1=m1cp1t1=6500×2.22×(140-60)=1.15×106kj/h=319.4kw

t1=60-29=31k,δt2=140-39=101k

所以,δtm=(101-31)/ln(101/31)=59.27k

流量wi=q1/ cpi/δti=1.15×106/4.174/(39-29)=2.755×104 kg/h

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350。

考虑15%的面积裕度,s=1.15×s=1.15×15.4=17.7m2

2.3.1 管径和管内流速。

选用φ25×2.5传热管(碳钢),取管内流速。

依据传热管内径和流速确定单程传热管数。

按单程管计算,所需的传热管长度

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,则该换热器管程数为。

管程)传热管总根数根。

平均传热温差校正系数。

按单壳程,四管程结构,温差校正系数为。

平均传热温差。

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,则。

横过管束中心线的管数。

根。采用多管程结构,取管板利用率,则参考《化工单元过程及设备课程设计》[2],壳体内径。

根据国家标准,圆整可取。

采用弓形折流板(水平圆缺),取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的,则切去的圆缺高度为。

取折流板间距,则。

根据国家标准取板间距为200mm。

折流板数块,折流板圆缺水平装配。

壳程流体进出口接管:取接管内循环油品流速为,则接管内径为。

取标准管径为。

管程流体进出口接管:取接管内循环水流速为,则接管内径为。

取标准管径为。

1)壳程对流传热系数

对圆缺形折流板,可采取克恩公式。

当量直径,由正三角形排列得。

壳程流通截面积。

壳程流体流速及其雷诺数分别为。

普兰特准数。

粘度校正 2)管程对流传热系数。

管程流通截面积。

管程流体流速及其雷诺数分别为。

普兰特准数。

3)传热系数。

根据化工原理附录,可取。

管外侧污垢热阻rsi=0.000172m2·℃/w

管内侧污垢热阻rso=0.000344m2·℃/w

4)传热面积。

该换热器的实际传热面积。

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。

(1)管程阻力,管程结垢校正系数。

由,查《化工原理》书表1-2得传热管相对粗糙度为,再查图1-27得,流速,,所以。

管程流动阻力在允许范围之内。

2)壳程阻力。

流体流经管束的阻力

流体流过折流板缺口的阻力。

总阻力。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。

由工艺得,壳体内径,壳体定性温度为100℃。壳体设计压力为0.3mpa。选用低合金结构钢板16mnr卷制,材料100℃时的许用应力,取焊缝系数,腐蚀欲度,则。

计算厚度。设计厚度。

名义厚度,取。

有效厚度。水压试验压力。

所选材料的屈服应力。

水压试验校核。

100.2mpa<0.9,水压强度满足要求。

固定管板厚度设计采用bs法[3]。

假定管板厚度 b=40mm

总换热管数量 n=50

一根管壁金属的横截面积为。

开孔强度削弱系数(双程)

两管板间换热管有效长度(除两管板厚度)l估取5910mm

计算数值k按管板简支考虑,依k值查图得,g1=1.0,g2=0.57,g3=1.3。

管子与筒体的刚度比。

筒体内径截面积。

管板上管孔所占的总截面积。

系数。系数。

换热管与壳体的总膨胀差。

最大压差。当量压差。

壳程压力 ,管程压力。

管板最大应力。

管子最大应力。

管板采用16mn锻,

换热管采用10号碳素钢,

管板,管子强度校核。

管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取c2=4mm,隔板槽深取4mm,实际管板厚度为48mm。

接管选用20号热扎碳素钢管,钢管许用应力,c2=1。

接管计算厚度。

接管有效厚度。

开孔直径。接管有效补强宽度。

化工原理换热器课程设计

目录。1.1概述3 1.2.换热器设计任务书3 1.3换热器的结构类型4 1.4换热器材质的选择6 1.5设计方案简介7 2.1设计参数10 2.2计算总传热系数10 2.3工艺结构尺寸11 2.4换热器核算13 2.4.1.热流量核算13 2.4.2 换热器内流体的流动阻力15 3.1设计结果一览...

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换热器的设计。姓名 班级 学院 学号 指导老师 1.1概述3 2.1设计参数10 3.1设计结果一览表17 3.2主要符号说明18 4.1设计心得18 5.1参考文献19 1.1概述。列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器,历史悠久,占据主导作用,主要有壳体 管束 管板 折流挡板和封...

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1 化工原理课程设计任务书1 2 概述与设计方案简介2 3 确定设计方案6 3.1 选择换热器的类型6 3.2 管程安排10 4 确定物性数据10 5 估算传热面积13 5.1 热流量13 5.2 平均传热温差13 5.3 传热面积13 5.4 冷却水用量13 6 工艺结构尺寸14 6.2 管程数和...