完整版换热器设计毕业课程设计文档格式.docx
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0.128
3.0X10-3
(1)生产能力和载热体用量:
原油42000+150*1
(2)*ykg'
xNt=44x4=176
A实际=LX(nXdO)Xn'
=26X(nX0.025)X44=89.804(m2)
3、选择换热器壳体尺寸
选择换热管为三角形排列,换热管的中心距t=32mm。
nc=1.1、n=1.1176=14.615
壳体内径:
32(15-1)+2*1.3*25=513
圆整后,换热器壳体圆筒内径为D=550mm,壳体厚度选择8mm。
长度定
为5996mm。
壳体的标记:
筒体DN550S=8L=5910。
筒体材料选择为Q235-A,单位长度的筒体重110kgm,壳体总重为
110*(5.910-0.156)=632.94kg。
(波形膨胀节的轴向长度为0.156m)
4、确定折流挡板形状和尺寸
选择折流挡板为有弓形缺口的圆形板,直径为540mm,厚度为6mm。
缺口弓
形高度为圆形板直径的约14,本设计圆整为120mm。
折流挡板上换热管孔
直径为25.6mm,流挡板上的总开孔面积
=147.5*514.7185+4*216.4243=76786.6760mm2。
折流挡板的板间距
h=400mm。
折流挡板数NB=L。
根据换热器壳体的公称直径550mm,可知波形膨胀节的公称直径也是550mm,根据公称直径,查《化工设备机械基
础》(化学工业出版社,2008)书中表16-9的对应条目,获得波形膨胀节的具体尺寸(见换热器设备图)。
第三节换热器校核
、核算总传热系数
1•管程对流传热系数ai
换热管内柴油流速:
u1=35400(715*3600*44*0.785*0.02A2)=0.995(ms)
雷诺数0.02*1*715(0.64*0.001)=22343.75
普朗特数2.48*1000*0.64*0.0010.133=11.933
柴油的黏度小于常温水黏度的两倍,是低黏度液体,且是被冷却,所以
=0.023*0.1330.02*22343.75A0.8*11.933A0.3
=970.28w(m*K)
2.壳程对流传热系数ao
壳程流通截面积:
0.4*0.55(1-0.0250.032)=0.048(m2)
壳程流速:
42400(3600*815*0.048)=0.301(ms)
换热管为三角形排列,壳程的当量直径为
0.02(m)
雷诺数Re2=815*0.02*0.305(3*0.001)=1657.17
普朗特数Pr2=51.56
计算对流传热系数a2=268.12w(m*K)
3.污垢热阻
根据设计任务书,两侧的污垢热阻
Ko
4.总传热系数Ko
丄Rso如R#丛
、'
-2'
mdmdi"
idj
=1(1268.12+1.72*0.0001+1.72*0.0001*0.0250.02+0.025(970.28*0.02))=185.02w(m2K)
A需要=Q(KoX△tm)=1.04*10^6(185.02*63.48)=88.5
面积裕量:
〉15%
(89.8-88.5)88.5=1.4%
传热面积裕度合适,该换热器能够完成任务。
二、核算压强降
1•管程压强降
已知管程直管的绝对粗糙度&
=0.1mm,贝U£
d1=0.120=0.005,雷诺准数
22343.75,查摩擦系数图1-28,得到入=0.035,所以,每程直管的压降:
369.744Pa
柴油在每管程中局部阻力导致的压强降按经验公式计算如下:
107.25Pa
一般地,流体流经换热器进出口导致的压强降可以忽略。
对于①25X2.5的换热管,结垢校正系数Ft=1.4;
因为是单壳程、四管程的
换热器,所以Ns=1,Np=4
'
巾=(巾1卩2)FtNpNs=12671.664Pa
流体横过管束的压强降
管子排列方法对压强降的校正因数F=0.5(正三角形排列);
壳程流体的摩擦系数fo,当Re2>
500时,fo=5.0XRe2-0.228=8285.622
横过管束中心线的管子数nc=15;
折流板数NB=14;
壳程流速u2=0.305ms;
P原油=815kgm3
1原油U2
■=p1二Ffonc(NB1)—=15293.94Pa
2
流体通过折流板缺口的压强降:
折流板间距h=400mm=0.400m;
壳体内径D=550mm
卩2'
=NB(3.5—空)原油U2=1085.54Pa
D2
壳程总压降:
对于液体壳程压强降的结垢校正系数Fs=1.15;
壳程数Ns=1
II
ZAp。
=(也p1+Ap2)汇Fs汉Ns=18836.4Pa
参数
管程
壳程
流率(kgh)
35600
42900
进(出)口温度°
c
175(131.95)
70(110)
压力KPa
101.325
物性
定性温度C
153.62
90
密度Kgm
定压比热容
粘度Pa.s
热导率(WnC)
普朗特数
11.933
51.56
设备结构参
数
型式
固定管板式
壳程数
1
壳体内径mm
550
台数
管径mm
25X2.5
管心距mm
32
管长mm
6000
管子排列
正三角
管数目根
176
折流板数个
14
传热面积m
89.8
折流板间距
400
管程数
4
材质
碳钢
主要计算结果
壳程
流速(ms)
0.995
0.301
表面传热系数(WmC)
970.28
268.12
污垢热阻(m2.CW)
-4
1.72X10
阻力Pa
12671.67
18836.4
热流量kW
1050
传热温差C
58.47
传热系数(WmC)
185.02
裕度%
1.4
第四节设计结果一览表
第三章设计总结、感想及有关问题分析讨论
一、设计总结、感想
本次课程设计是我们体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基础知识的初次尝
试,使自己所学知识能够得到综合利用.在此过程中我们发现了书本上所学的知识只
是每个行业中的皮毛而已,不论要做好哪一方面的工作我们都还有很多理论知识要去学习,有很多的经验需要积累。
我们也认识到书本上的理论和实际实践的差距是非常巨大的,从理论的提出到实际应用到工业实践还有很多的工作需要完成,需要查阅大
量资料,参考许多经验数据,理论上的最佳值在实际生产中未必可取,这就需要我们
进行复杂的计算来确定经济最优值,这些都是在课堂学习中接触不到的。
通过这次换热器的设计,我们对传热部分的知识掌握的更加熟练,理解也更加深刻,初步学会了设计换热器的主要步骤,提高了分析问题和解决问题的能力,如查阅文献搜集资料选用物性参数和公式、查阅国家标准或行业标准选定用件的能力、准确而迅速地进行过程计算和工艺设计计算、运用C语言编程解决问题、运用AutoCAD画图表达自己的设计思想的能力。
至少对于我们这些没有任何工作经验的同学们而言,这是一项复杂的工作,
所以没有团队的精诚一致是很难完成的。
在为期三周的课程实际中,我们都要求自己
毫无保留地表达出自己的想法供大家一起讨论,不放过任何一个好的思路,也不允许
出现任何一处纰漏,每一个细节都力求精益求精,要把我们的第一份课程设计做到最
好。
总之,经过这次课程设计,我们的工程观念得以提高,设计经验有了初步积累,团结协作的能力得到了提升,对以后即将从事的工作有了进一步的了解二、有关问题分析讨论
(1)设计列管式换热器时,通常都应选用标准型号的换热器,为什么?
答:
碳素钢GB8163不锈钢GB2270
我国已制订了管壳式换热器系列标准,设计中应尽可能选用系列化的标准产品,这样可简化设计和加工。
(2)为什么在化工厂使用列管式换热最广泛?
工作效率高,处理量大,能承受高压,应用与各种传热过程。
(3)在列管式换热器中,壳程有挡板和没有挡板时,其对流传热系数的计算方法有何不同?
答:
有挡板湍动更为剧烈,传热系数计算时应考虑更全面。
(4)说明列管式换热器的选型计算步骤?
(1)非系列标准换热器的一般设计步骤①了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。
2由热平衡计算传热量的大小,并确定第二种换热流体的用量。
2N;
t*C6[x1m
3决定流体通入的空间。
0{4[1Q4@4N"
'
;
I:
U'
tb
4计算流体的定性温度,以确定流体的物性数据。
5初算有效平均温差。
一般先按逆流计算,然后再校核。
:
b,e(I,t#_4J:
_
6选取管径和管内流速。
3g1e-M$f6u$m
7计算传热系数K值,包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算。
由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关,因此一般先假定一个壳程对流传热系数,以计算K值,然后再作校核。
8初估传热面积。
考虑安全系数和初估性质,常取实际传热面积是计算值的1.15~1.25倍。
9选择管长L。
2G3J;
|(_)b6k;
u,?
10计算管数N。
(11)校核管内流速,确定管程数。
(12)画出排管图,确定壳径D和壳程挡板形式及数量等。
502k4e+m9V.o
(13)校核壳程对流传热系数。
⑭)校核有效平均温差。
%e%o7\5t9z
(15)校核传热面积,应有一定安全系数,否则需重新设计。
’Q(\$Q2@4|$18g+V4@7
(16)计算流体流动阻力。
如阻力超过允许范围,需调整设计,直至满意为止。
,?
!
i,b$G1
e!
E
(2)系列标准换热器选用的设计步骤H,i.T(E1F(y
①至⑤步与
(1)相同。
p)}%L2Q!
S
6选取经验的传热系数K值。
7计算传热面积。
8由系列标准选取换热器的基本参数。
8Vs2H+|:
T,n7J.r8}&
x%l
9校核传热系数,包括管程、壳程对流传热系数的计算。
假如核算的K值与原选的
经验值相差不大,就不再进行校核;
如果相差较大,则需重新假设K值并重复上述
③以下步骤。
:
⑩校核有效平均温差。
0、9fR$v(i8'
&
N
1校核传热面积,使其有一定安全系数,一般安全系数取1.1~1.25,否则需重行设计。
2计算流体流动阻力,如超过允许范围,需重选换热器的基本参数再行计算。
(5)在换热过程中,冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的?
①两种工艺流体换热时,在一般情况下,冷端温差>
20C;
8s$H4t8u#X.v),
2000mm,2500mm,3000mm,4500mm,5000mm,6000mm,7500mm,9000mm,
12000mm。
换热器的换热管长度与公称直径之比,一般在4~25之间,常用的为6~10。
立式换热器,其比值多为4~6.
换热管规格(mm)
碳钢低合金钢C佃>
2C25>
2.5C32>
3C38>
3
不锈钢C19>
C25>
C32>
2.5C38>
2.5
(7)列管式换热器中,两流体的流动方向是如何确定的?
比较其优缺点?
流向的选择就是决定并流、逆流还是复杂流动。
对于无相变传热,当冷、热流体的进、出口温度一定时,逆流操作的平均推动力大于并流,因而传递同样的热流量,所需传热面积较小。
就增加传热推动力而言,逆流操作总是优于并流。
一般应采用逆流,其对数平均温差比折流大,比并流更大,有利于达到节能效果。
参考文献
1、陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋《化工原理(第三版)》化学工业出版社
2、陈英南,刘玉兰《常用化工单元设备的设计》华东理工大学出版社
- 配套讲稿:
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