化工原理课程设计示例.doc

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1、煤油卧式列管式冷却器的设计一、设计任务1.处理能力：19.8×105t/a煤油；2.设备形式：卧式列管式换热器。二、操作条件1.煤油：入口温度140℃，出口温度40℃；2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度40℃；3.允许压降：不大于105Pa；4.煤油在定性温度下的物性数据5.每天按330天，每天按24小时连续运行。三、设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。附：煤油列管式冷却器的设计——工艺计算书煤油卧式列管式冷却器的设计——工艺计算书两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行

2、设计。一、确定设计方案（一）选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为140℃，出口温度为40℃；冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度为40℃。两流体的定性温度如下：煤油的定性温度冷却水定性温度两流体的温差，（>50℃，<70℃）因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的列管式换热器（二）选定流体流动空间及流速因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，煤油走壳程。同时选用的碳钢管，管内流速取m/s（若按常用流速

3、1.5m/s计算，可以得出所需管程数为6，换热器小而管程数过多使换热器结构变得复杂，而且动力消耗增大，设计时不能按教科书按部就班）。二、确定物性数据查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表物性流体定性温度℃密度kg/m3粘度mPa·s比热容kJ/(kg·℃)导热系数W/(m·℃)煤油908250.7152.220.14冷却水359940.7284.1740.626三、计算总传热系数7（一）计算热负荷（热流量）按管间煤油计算，即（二）冷却用水量忽略热损失，则水的用量为（三）计算逆流平均温度差逆流温差（四

4、）总传热系数K1.管程给热系数，故采用下式计算2.壳程给热系数假设壳程给热系数3.污垢热阻4.管壁的导热系数碳钢的导热系数。5.总传热系数7四、估算传热面积考虑15%的面积裕度，五、工艺结构尺寸1.管径和管内流速选用的碳钢换热管，管内流速2.管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数（根）按单管程计算所需换热管的长度按单管程设计，传热管过长，现取传热管长，则该换热器的管程数为（管程）传热管的总根数（根）3.平均传热温差校正及壳程数按单壳程双管程结构，查单壳程图，因在图上难以读取，因而相应以代替R，PR

5、代替P，查同一图线得。于是。单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差℃现对上述查图方法进行说明。对于1-2折流有：令，，则，。将R、P以代入上式得7显然，用对作图应为同一图线。本设计取有效对数平均温度差为℃。4.传热管排列和分程方法采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距，则横过管束中心线的管数（根）5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径圆整取。6.折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为，取。取折流板间距为

6、，则，取。折流板数（块）折流板圆缺水平面安装。7.接管壳程流体（煤油）进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/s，则接管内径取标准管径为100mm。管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为1.5m/s，则接管内径（取标准管径为200mm）六、换热器核算（一）热量核算1.壳程对流给热系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式7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、雷诺数及普兰德数分别为2.管程对流给热系数管程流通截面积管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为3.传热系数K74.传热面积该换热器的实

7、际换热面积面积裕度为换热面积裕度合适，能够满足设计要求。（二）换热器内流体的流动阻力1.管程流动阻力（Ft结垢校正系数，Np管程数，Ns壳程数）取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则，而，查图得对的管子有管程阻力在允许的范围之内。2.壳程流动阻力对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法计算结果与实际数据的一致性较好，但计算比较麻烦，而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用Esso法，该法的计算公式如下：（Fs为结垢校正系数，对液体Fs=1.15，Ns为壳

8、程数）7流体流经管束的阻力F为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形错列时，。为壳程流体的摩擦系数，当为横过管束中心线的管数，。折流板间距，折流板数流体流经折流板缺口的阻力该换热器的管程与壳程压降均满足要求，故所设计的换热器合适。换热器主要结构尺寸及计算结构换热器型式：带热补偿非标准的固定管板式管子规格φ25×2.5管数474根管长6m换热面积：20