1、新疆工业高等专科学校流体流动与传热课程设计说明书题目名称：用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计系 部： 化学工程系 专业班级： 煤化 09-3（2）学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2011 年 1 月 15 日 1目 录第一部分 设计任务书 .1一、设计题目 .1二、设计任务 .1三、操作条件 .1四、设计内容 .1五、设计日期 .1六、设计评述 .2第二部分 设计方案简介评述 .2第三部分 换热器设计理论计算 .3、试算并初选换热器规格 .3（1） 、 定流体通入空间 .3（2） 、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式： .3(3)、计算热负荷 Q.3（4） 、计算两
2、流体的平均温度差，并确定壳程数 .4（5） 、初步选择换热器规格 .42、核算总传热系数 K0.5（1） 、计算管程对流传热系数 .5(2)、计算壳程对流传热系数 o.5（3） 、确定污垢热阻 .6（4） 、计算总传热系数 .63、计算压强降 .72（1） 、计算管程压强降 .7(2)、计算壳程压强降 .7第四部分 换热器主要结构尺寸 .8一、管子的规格和排列方法 .8二、管程和壳程数的确定 .9三、外壳直径的确定 .9第五部分 工艺设计计算结果汇总表 .10参考文献 .11致谢 .121第一部分 设计任务书一、设计题目用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计二、设计任务1. 合理的参数选择和结
3、构设计2. 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算三、操作条件 煤油：入口温度 120，出口温度 70 冷却介质：自来水，入口温度 15，出口温度 45 允许压强降：不大于 Pa5210 煤油定性温度下的物性参数数据：密度为 ，粘度为3825/Kgm，比热容为 ，导热系数为47.8610PasA./()kJgCA0.14W/(m) 其余参数参考资料选取四、设计内容传热面积。 管程设计包括：总管数,程数，管程总体阻力校核。 壳体直径。 结构设计包括流体壁厚。 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管。 五、设计日期开始日期：2011 年 1 月 06 日结束日期：2011 年 1 月 11
4、日 2六、设计评述换热器是许多工业生产中常用的设备,尤其是石油、化工生产应用更为广泛。在化工厂中换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型很多，性能各异，个具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。换热器类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处仅是在结构上需根据各自设备特点采用不同的计算方法而已。第二部分 设计方案简介评述我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换
5、热器有固定管板式、浮头式、U 形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 ，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。第三部分 换热器设计理论计算、试算并初选换热器规格（1） 、 定流体通入空间 两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。（2） 、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式： 被冷却
6、物质为煤油，入口温度为 120,出口温度为 70C冷却介质为自来水，入口温度为 ，出口温度为15C453煤油的定性温度： (1207)/95mTC水的定性温度： 543t两流体的温差： 96m由于两流体温差大于 50，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。两流体在定性温度下的物性数据物性流体 C温 度 3/kg密 度 sPa黏 度 ）（比 热 容 CkgJp/）（导 热 系 数mW/煤油 95 825 0.786 2.22 0.14水 30 995.7 0.801 4.174 0.62(3)、计算热负荷 Q 按管内煤油计算,即 12 3 6()350.21(07)1.906nphWCT W若忽
7、略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得,即 63,21().798.2/40(45)cpt kgs（4） 、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数逆 流 温 差 ：21212()()(045)(71)64.82lnlnlnmtTtt C12071.645Rt21.28pTt由 R 和 P 查图得温度校正系数为 ，所以0.93t校正后的温度为 .6485.7mtt CA 又因 ，故可选用单壳程的列管式换热器。0.93.8t4（5） 、初步选择换热器规格 根据管内为水，管外为有机液体，K 值范围为 280710 ，2/()WmC假设 K=450 2/()WmC故 261.0793.845.QSt
8、由于 ，因此需要考虑热补偿。2150mTC初选固定板式换热器规格尺寸如下：外壳直径 D400mm 管排方式正三角形排列管程流通面积 S 0.0148m2 公称压力 P 0.6Mpa管数 n 94 管程数 2 管长 L 6m 管尺寸 252.5mm（不锈钢管）中心距 32mm 换热面积 S 43.5 m2换热器的实际传热面积 0(.1)943.025(6.1)43.5Snd采用此换热面积的换热器，则要求换热过程的总传热系数为： 620.071.4/()5.mQKWCt 2、核算总传热系数 K0（1） 、计算管程对流传热系数 i因为，管中水的质量流量为 ，则8.62/Wckgs水的体积流量为 3/
9、957.10/Vc ms222943.10.46iipnAdN/0.86/.7.58/iciu s4329Re 1.60.10iid344.78Pr 5.2.62iCp所以：50.8.40.80.42.23RePr60. 15392.96/().iid WmC（ 液 体 被 加 热 ）（ .）(2)、计算壳程对流传热系数 o换热器中心附近管排中流体流通截面积为20.25(1)0.34(1).63oodAhDmt式中 h折流挡板间距，取 300mmt管中心距，对于 的管中心距为 。.3煤油的质量流量为 ，则350/972/Whkghks煤油的体积流量为 3.850.1/Vm由于换热器为两壳程，所
10、以煤油的流速为： /0.178/.26/.4/osouAmss由于管为三角形排列，则有 2 22334()4(0.05)4.1ootdde m煤油在壳程中流动的雷诺数为 330.2.4825Re 9.0760ou因为 在 范围内，故可采用凯恩(Kern)法求算 ，即o31 o0.5/3.6eProd332.1.7860Pr 12.464oCp由于液体被冷却 取 0.95，所以310.50.51/3 1/320.4.36RePr.69.2460.9587./()o WmCd6（3） 、确定污垢热阻 423.10/iRsmCW（ 自 来 水 ）79o （ 煤 油 ）（4） 、计算总传热系数 0K（
11、管壁热阻可忽略时，总传热系数 为：）0K04421110.25.0.7903.845 3962./()ooiiKdRsWmC选用该换热器时，要求过程的总传热系数为 43.5 ，在传热任务所规2/()WmC定的流动条件下，计算出的 =401.76 ，传热面积为所选择的换0K热器的安全系数为：43.59.71%.3则该换热器传热面积的裕度符合要求。 3、计算压强降（1） 、计算管程压强降12()PipFtNs前已算出： 0.5867/uim4Re1.60i取不锈钢管壁的粗糙度 ，则.52id由摩擦系数图查得 0.38所以 2 231 695.7086. 1.950.2iuLP Pad22395.7
12、0814.i Pa7对于 的管子，有25.m1.4,2,1FtNps且3 312()(950.).46.8910PiptNs Pa(2)、计算壳程压强降 12()oPpFs由于 .5,sN所以210(1)ocBufn管子为正三角形排列，则取 F=0.5.94.6cn折流挡板间距 03hm折流板数 19.BLN20()(.4106.25)0.4ocDmndA32.78.9/45sossmVu330.1857.2106oedR0.280.2857.649eof所以 2 2310 850.941(1).51.().70ocBuPFfnN Pa2 232 20.3.(3.)9(.)1.64oBhD33312.71.6.54.0oPpFsNPa从上面计算可知， 、 10 5，该换热器管程与壳程的压强降均满oPi足题设要求，故所选换热器合适。
