课程设计报告
( 2016—2017年度第学期)
名 称: 化工原理
题 目: 煤油冷器设计
院 系: 环境科学工程学院
班 级: 化
学 号:
学生姓名:
指导教师:
设计周数: 1
成 绩:
日期:2016 年 11月
目录
. 务书
11目求
12容
二. 设计方案简介
21换热器概述
22 列式换热器
23设计方案拟定
三. 工艺计算体设备设计
31热量设计
311初选换热器类型
312程安排(流动空间选择)流速确定
313确定物性数
314计算总传热系数
315计算传热面积
32工艺结构设计
321径流速
322程数传热数
323均传热温差校正壳程数
324传热排列分程方法
325折流板
326壳程径换热选型汇总
33换热器核算
331热量核算
332压力降核算
四. 辅助设备计算选型
41 封头
42 缓挡板
43 放气孔排液
44 假
45 拉杆定距
46 膨胀节
47 接
五. 设计结果览表
六. 心体会
七. 参考文献
八. 体设备工艺条件图
.务书
11 目求
1 求学生综合运课程前修课程基知识进行融会贯通独立思考规定时间完成列换热器设计务
2 学生解工程设计基容掌握化工设计程序方法培养学生分析解决工程实际问题力
3 熟悉掌握查阅技术资料国家技术标准正确选公式数
12 容
121处理力:25000kgh 煤油
122设备型式:列换热器
123操作条件:
煤油:入口温度:140℃ 出口温度:40℃
冷介质:水入口温度:30℃ 出口温度:40℃
允许压强降:100kPa
煤油定性温度物性参数:密度825kgm3 粘度715×104Pa·s
热容222kJkg·℃ 导热系数014Wm·℃
水定性温度物性参数:密度994kgm3 粘度728×104Pa·s
热容4174kJkg·℃ 导热系数0626Wm·℃
124体设备工艺条件图
二.设计方案简介
21换热器概述
化工石油源制冷食品等行业中广泛种换热器行业通设备占十分重位
着换热器工业生产中位作换热器类型种样类型换热器优缺点性异列式换热器典型壳式换热器工业应着悠久历史换热器中占导位
22列式换热器
列式换热器称壳式换热器化工生产中广泛应结构简单坚固制造较容易处理力适应性操作弹性较尤高温高压型装置中更普遍
⑴ 固定板式换热器:
结构简单相壳体直径排较紧凑壳侧清洗困难子壳体壁温相差50°C时应壳体设置温差补偿膨胀节膨胀节弹性变形减少温差应力壳体子温差60°C壳程压力超6×105Pa时补偿圈厚难伸缩失温差补偿作应考虑结构
⑵ U型式换热器:
结构特点板换热U形束伸缩壳体U型换热温差时会产生温差应力密封面少运行造价较低间清洗较方便子需定弯曲半径板利率低束层间距较壳程易短路层子坏更换报废率较高般壳壁温差较壳程介质易结垢程介质清洁高温高压腐蚀性强场合
⑶ 浮头式换热器:
换热壳体温差存时壳体换热膨胀互约束会产生温差应力间清洗均方便结构复杂笨重造价较高适壳体束间温差较壳程介质易结垢场合
23设计方案拟定
根务书定冷热流体温度选择设计列式换热器固定板式换热器根冷热流体性质判断否容易结垢选择程走什壳程走什设计中选择循环工业硬水走程煤油走壳程务书中已知冷热流体物性数热容密度粘度导热系数等计算出总传热系数计算传热面积根径流速确定传热数算出传热程传热总根数等然校正传热温差壳程数确定传热排列方式分程方法根设计步骤计算出壳体径选择折流板确定板间距折流板数等接着换热器热量官称流传热系数传热系数传热面积进行核算算出面积裕度流体流动阻力进行计算
三.工艺计算体设备设计
31热量设计
311初选换热器类型
两流体温度变化情况:
(1)煤油:入口温度140℃出口温度40℃
(2)冷介质:水入口温度30℃出口温度40℃
该换热器循环冷水进行冷冬季操作时进口温度会降低考虑素 估计需换热器壁温度壳体温度差较需考虑热膨胀影响相应进行热膨胀补偿初步确定选带膨胀节板式换热器
312程安排流速确定
已知两流体允许压强降100kPa两流体分煤油水煤油相水流传热系数般较循环冷水较易结垢流速太低会加快污垢增长速度换热器热流量降考虑散热降温方面素应循环水走程煤油走壳程选Φ25×25碳钢流速取ui15ms
列式换热器适宜流速范围
流体种类
流速(ms)
程
壳程
般液体
05~3
02~15
易结垢液体
>1
>05
气体
5~30
3~15
313确定物性数
定性温度:般气体水等低黏度流体定性温度取流体进出口温度均值
壳程流体(煤油)定性温度:
程流体(硬水)定性温度:
根定性温度分查取壳程程流体关物性数务书已定
314计算总传热系数
(1)煤油流量
Wh25000kgh
Wh热流体流量kgh
(2)热流量
计算结果题目已知代入面式子:
QWhCph(T1T2)25000Kgh×222kJkg℃×(14040)℃5550000KJh 15417kW
(3)均传热温差
计算两流体均传热温差 先单壳程程计算
逆流时
煤油: 140℃→40℃
水: 40℃←30℃
Δtm' 39℃
查关温差校正系数表温度校正系数校正温度 >08选单壳程列式换热器
Tt55℃>50℃应选择补偿圈补偿热方式固定板加膨胀节
(4)冷水量
计算结果已知条件容易算:
Wckgh
(5)总传热系数K
选择时考虑流体物性操作条件外应考虑换热器类型
1程传热系数:
Re1
Pr1
αi0023
0023
66293Wm2•℃
2壳程传热系数:
假设壳程传热系数: 600Wm2•℃
污垢热阻: Rsi0000344m2℃W
Rso0000172 m2℃W
壁导热系数: 45 m2℃W
壁厚度: b00025
外均厚度: dm00225
面公式中代入数
3958
(6)计算传热面积
计算数代入面公式计算传热面积:
考虑15面积裕度:
32工艺设计
321径流速
选Φ25×25碳钢长6m流速取ui15ms
322程数传热数
根传热径流速确定单程子根数:
ns
单程计算需传热长度:
单程计算传热长宜采程结构见取传热长l6m该传热程数:
传热总根数:
323均传热温差校正壳程数
Δtm' 39℃
时:均传热温差校正系数
单壳程程结构查关温差校正系数表1R代RPR代P查直线温度校正系数校正温度 >08选单壳程列式换热器
324传热排列分程方法
采组合排列法程均正三角形排列隔板两侧采正方形排列取心距t125d0
横束中心线数
325壳程径换热选型汇总
(1)采程结构取板利率η07壳体径
圆整取D800mm
326折流板
采弓形折流板取弓形折流板圆缺高度壳体径25切圆缺高度 h025×800200mm
取 h200 mm取折流板间距 B03DB03×800240mm取 B250 mm
折流板数
折流板圆缺水装配
327壳程径换热选型汇总
外壳直径 D 800mm
排方式—正三角形
程流通面积S 0025m2
公称面积S 140m2
数n 316
程数 4
长L 6m
尺寸
中心距 32mm
33换热器核算
331热量核算
(1)壳程流传热系数
圆缺形折流板采克恩公式:
计算壳程量直径正三角形排列:
0020m
壳程流通截面积:
壳程流体流速:
三角形排列
三角形排列
雷诺准数:
普朗特准数:
粘度校正
(2)程流传热系数
程流通截面积
程流体流速:
雷诺准数:
普朗特准数:
(3)传热系数K
根冷热流体性质温度(GB15199P140141)选取污垢热阻:
污垢热阻: Rsi0000344m2℃W
Rso0000172 m2℃W
壁导热系数: 45 m2℃W
壁厚度: b00025
外均厚度: dm00225
面公式中代入数
(4)传热面积S
K计算传热面积
该换热器实际传热面积Sp
该换热器面积裕度:
传热面积裕度合适该换热器完成生产务
332压力降核算
壳程程压力降求壳程程压力降分进行核算
(1)程流动阻力
程压力降计算公式:
中Ns1 Np4 Ft14
Re4068846湍流传热相粗糙度
查
流速
程流动阻力允许范围
(2)壳程流动阻力
壳程压力降埃索法公式:
式中 ——流体横束压力降Pa
——流体通折流挡板缺口压力降Pa
Ft——壳程压力降垢层校正系数液体Ft115
Ns——壳程数
流体流束阻力
中
F——子排列方法压力降校正系数正三角形排列F05正方形斜转45o排列F04正方形排列F03
fo——壳程流体摩擦系数Re﹥500时
nc——横束中心线子数正三角形排列nc
NB——折流挡板数
代入数值:
流体流折流板缺口阻力
中
D——壳径m
B——折流挡板间距m
代入数值:
(3)总阻力
核算发现程压力降壳程压力降符合求
四辅助设备计算选择
41 封头
封头方形圆形两种方形直径(般400mm)壳体圆形直径壳体设计中壳体直径D800mm选圆形封头
42 缓挡板
缓挡板防止进口流体直接击束造成子侵蚀束振动流体束均匀分布作
43 放气孔排液
换热器壳体常安放气孔排液孔排凝结气体冷凝液等
44 假
减少程分程引起中间穿流影响设置假假表面形状两端堵死子安置分程隔板槽背面两板间穿板折流板焊接便固定假通常隔34排换热安置根
45 拉杆定距
折流板牢固保持定位置通常采拉杆定距选择拉杆直径12mm拉杆数量4定距φ25×25mm
46 膨胀节
膨胀节补偿圈弹性形变减温差应力换热器膨胀节般分带衬筒膨胀节带衬筒膨胀节根换热器壳侧介质膨胀节通常减膨胀节介质流动阻力常带衬筒膨胀节衬筒应介质流动方侧壳焊接卧室换热器膨胀节底部应采带螺塞结构样便排液
47接
换热器中流体进出口接直径式计算:
式中 Vs——流体体积流量m3s
U——流体接中流速ms
壳程流体进出口接:取接油品流速u08ms接径
取径120mm
程流体进出口接:取接冷水流速u15ms接径
取标准径180mm
程
壳程
流 量 kgh
132966
25000
温度 进出 ℃
3040
14040
压力 MPa
0081562
0005985
物性
定性温度 ℃
35
90
密度 kgm³
994
825
热容 kJkg·℃
4174
222
粘度 Pa·s
0000728
0000715
导热系数 Wm·℃
0626
0140
普兰特数
485
1134
设备结构参数
型式
带膨胀节板式换热器
程数
4
壳体径 mm
800
壳程数
1
径 mm
25
心距 mm
32
长 mm
6000
子排列
正三角
数()
316
折流板数()
23
传热面积 ㎡
138
折流板距 mm
250
台数
1
材质
碳钢
计算结果
程
壳程
流速 ms
149
020
流传热系数 W㎡·℃
6594
590
污垢热阻 ㎡·℃ W
0000344
0000172
阻力损失 MPa
0081562
0005985
热负荷 kW
15417
均传热温差 ℃
320
总传热系数 W㎡·℃
3924
裕度
122
五.设计结果览表
换热器结构尺寸计算结果汇总表
六.心体会
设计结果分析
设计结果出保持传热系数温度越换热数越折流板数越壳径越煤油出口温度升高总传热温差降换热面积增保证QK换热器尺寸增金属材料消耗量相应增通设计解提高传热效率降低济投入设计参数选择十分重
设计中换热器安全系数1615相说偏高面积初选换热系数提高余选择更加合理换热器参数提高换热效率运行安全性
设计程中出换热器换热程三方面考虑:(1)增传热面积S设备结构考虑提高紧凑性单位面积提供较传热面积改进传热面结构(2)增均温差△tm提高传热速率换热器两侧流体均变温时采逆流操作较均温度差(3)增传热系数K欲提高K必须减流传热热阻污垢热阻壁热阻
课设中感悟
次课程设计中遇少麻烦老师学帮助终完成设计容说课程设计帮助传热部分容更深步解化工原理门课程更加清晰认识
初设计务书时候简直头雾水知手老师知道概方做完传热系数校正突然发现换热器参数取正确时候距离交已两天返回重新计算功夫负心终关头完成计算
次课设中实践力极提高方面:(1)初步掌握查阅资料选公式搜集数力(2)树立考虑技术先进性行性考虑济合理性注意操作程中方便性劳动条件正确设计思想(3)培养迅速准确进行工程计算力先计算理数值利国家标准进行校核
设计程中遇少困难终份完整设计报告心非常高兴完成务沾沾喜更学新技骄傲
七.参考文献
[1] 天津学化工原理教研室编化工原理册(第二版) [M]天津天津科技出版社1996
[2] 柴诚敬等化工原理课程设计[M]天津天津科学技术出版社2000
[3] 伟萍等编化工程设备设计[M] 北京:化学工业出版社2000
[4] 潘国昌化工设备设计[M] 北京:清华学出版社2001
[5] 娄爱娟吴志泉吴叙美编化工设计 海:华东理工学出版社2002
[6] 黄璐编化工设计[M]北京:化学工业出版社2000
[7] 化工设备全书—换热器[M]北京:化学工业出版社2003
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