傳熱學(xué)課程設(shè)計(jì)--列管式換熱器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　題 目：列管式換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)小結(jié)11</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p&

3、gt;<p>　　某煉油廠用柴油將原油預(yù)熱。柴油和原油的有關(guān)參數(shù)如下表, 兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求兩側(cè)的阻力損失均不超過(guò)0.5×105Pa。試選用一臺(tái)適當(dāng)型號(hào)的列管式換熱器。(x:學(xué)號(hào)) </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(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1、選擇換熱器類型</b></p><p><b>　　因?yàn)椋?</b></p><p><b>　　所以，=</b></p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（柴油）進(jìn)口溫度

5、175℃，出口溫度129℃；冷流體（原油）進(jìn)口溫度70℃，出口溫度110℃。浮頭式特點(diǎn)：便于清洗和檢修，完全消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。我們?cè)O(shè)計(jì)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(jié)垢，再根據(jù)可以完全消除熱應(yīng)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(jié)垢的流體宜走

6、管內(nèi)，以便于清洗管子。(2)腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3)壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，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(qiáng)冷卻效果。(5)需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，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(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re&

7、gt;100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。綜合來(lái)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(nèi)流速取=1.0m/s。</p><p>　　由上表可知柴油和原油的相關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(jì)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(shè)殼程的傳熱系數(shù)為 </p><p><b>　　兩側(cè)的污垢熱阻均為</b></p><p><b>　　管壁的

12、導(dǎo)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(nèi)流速：選用Φ25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速</p><p>　　2、管程數(shù)和傳熱管數(shù):</p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為</p><p>　　因按按單程管設(shè)計(jì),傳熱管過(guò)程,宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在取傳熱管長(zhǎng),</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(jié)構(gòu)，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(shí)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(nèi)均按正三角排列,隔板兩側(cè)形排列.取管心距</p><p><b>　　，則</b></p><p>　　橫

16、過(guò)管束中心線的管數(shù)：</p><p><b>　　5、殼體內(nèi)徑：</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)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(nèi)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(jìn)出口接口：取接管內(nèi)流速為，則接管內(nèi)徑為：</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm。</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 ，則接管內(nèi)徑為：</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)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>　　（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可采用克恩公式：</p><p>　　當(dāng)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(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正： </b></p><p>　　(2)管內(nèi)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(zhǔn)數(shù)：</b></p><p><b>　　（3）傳熱系數(shù)K：</b></p><p>　?。?）傳熱面積和裕度：</p><p><b>　　計(jì)算傳熱面積</b></p>

22、;<p>　　該換熱器的實(shí)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(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　2、換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p><b>　?。?）管程流動(dòng)阻力</b></p><p><b>

23、;　　, , </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　由，傳熱管相對(duì)粗糙度，查圖——摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)</p><p>　　數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)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(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　（2）殼程阻力</b></p><p><b>　　流體流經(jīng)管

25、束的阻力</b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　流體流過(guò)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(dòng)阻力也比較適宜。</p><p><b>　　八、設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了根據(jù)工藝過(guò)程的條件查找相關(guān)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(shè)備，以及如何計(jì)算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以鞏固對(duì)主體設(shè)備圖

27、的了解，以及學(xué)習(xí)到工藝流程圖的制法。對(duì)化工原理設(shè)計(jì)的有關(guān)步驟相關(guān)內(nèi)容有一定的了解。通過(guò)本次設(shè)計(jì)熟悉了解化工原理的設(shè)計(jì)流程，加深對(duì)冷卻設(shè)備的了解。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中培養(yǎng)了大膽假設(shè)，小心求證的學(xué)習(xí)態(tài)度，同時(shí)也在與同學(xué)的交流學(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)到合作的重要性及交流的技巧。我認(rèn)識(shí)到，組員一定要多溝通，多交流意見，不然，一個(gè)人再出色也是很難完成繁重的工作量的。由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間較倉(cāng)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?wù)摰耐瑢W(xué)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(shí)間內(nèi)完成這次的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　?。?］匡國(guó)柱，史啟才．化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　?。?］戴鍋生，傳熱學(xué)（第二版），北京，高等教育出版社，1999