化工原理课程设计煤油列管式换热器.docx
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化工原理课程设计煤油列管式换热器
南京工业大学
食品与轻工学院学院
《食品机械基础课程设计》
设计题目列管式换热器
专业名称食品科学与工程
设计小组食品1001班19,24,25号
指导教师仲兆祥
设计日期：
2013年11月1日至2013年11月14日
1、前言…………………………………………………………………………1
2、正文………………………………………
2.1、题目………………………………………
2.2、
2.1题目:
设计一列管式换热器
2.2前言：
在油化工生产过程中，常常需要将各种油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某炼油厂冷却油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。
其目的是通过对油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
2.3设计论述
本设计任务是利用冷流体（水）给油降温。
利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.
选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。
换热器分为几大类：
夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
所以首选列管式换热器作为设计基础。
2.4讨论分析
2.4.1设计任务与条件
1、设计任务
处理能力：
5000Kg/小时
设备型式：
固定管板式换热器
2、操作条件
（1）煤油：
入口温度120℃出口温度60℃
（2）冷却介质：
循环水入口温度20℃出口温度50℃
（3）操作压强：
煤油：
0.3MPa
循环水：
0.4MPa
该交换器为煤油—水换热器，估计热交换器的管壁温度和壳体温度之差不是较大，因此初步确定选用带有“膨胀节”的固定管板式热交换器。
2.4.2流程的选择
由于煤油粘度大并且泄露后危险性大，再者水的体积小，所以煤油走壳程，水走管程。
2.4.3确定物性数据
煤油的定性温度
煤油密度 ρ0＝774kg/
m3
定压比热容 Cp0＝2.33kJ/kg℃
热导率 λ0＝0.138W/m℃
粘度μ0＝0.604mPa﹒s
水的定性温度
水的密度ρi＝994.03kg/m3
定压比热容 Cpi＝4.183kJ/kg℃
热导率 λi＝0.626W/m℃
粘度 μi＝0.722mPa﹒s
2.4.4计算总传热系数
（1）热流量
kj/h=194.16kw
（2）平均传热温差
（3）冷却水用量
（kg/h）
（4）计算传热数据
求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在350W/（㎡.℃）左右。
由Q=KA△tm得
（㎡）
2.4.5工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速及管长
选用ф25×2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=0.5m/s，选用管长为3m
（2）．管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=
10
按单程管计算，所需的传热管长度为
L=
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=5m，则该换热器的管程数为
Np=
传热管总根数Nt=10*3=30
（3）平均传热温差校正及壳程数
R=
P=
按单壳程，双管程结构得：
平均传热温差：
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
（4）.传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25d0，则t=1.25×25=31.25≈32㎜
隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式计算
S=t/2+6=32/2+6=22㎜
各程相邻管的管心距为44㎜。
（5）.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.75，则壳体内径为：
D=1.05t
按卷制壳体的进级档，可取D=250mm
（6）．折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：
H=0.25×250=65.5mm，故可
取h=65mm
取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×250=75mm，可取B为75mm。
折流板数目NB=
2.4.6换热器核算
（1）热流量核算
1.1壳程表面传热系数用克恩法计算得
当量直径：
=
壳程流通截面积：
壳程流体流速及其雷诺数分别为：
普朗特数Pr：
粘度校正：
壳程表面传热系数
（2）管内表面传热系数：
管程流体流通截面积：
管程流体流速：
普朗特数：
（3）污垢热阻和管壁热阻
管外侧污垢热阻
管内侧污垢热阻
管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为50w/（m·K）。
所以：
（4）传热系数
（5）传热面积裕度
计算传热面积Ac
该换热器的实际传热面积为Ap
该换热器的面积裕度为：
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
（6）换热器主要结构尺寸和计算结果
换热器型式：
固定管板式
换热器面积（㎡）：
49.7
工艺参数
名称
管程
壳程
物料名称
循环水
油
操作压力，MPa
0.1
0.03
操作温度，℃
15/28
60/160
流量，kg/h
68777
17000
流体密度，kg/
997.7
780
流速，m/s
1.53
0.17
传热量，kw
1038.8
总传热系数，w/㎡·k
317.5
对流传热系数，w/㎡·k
5240
494
污垢系数，㎡·k/w
0.00021
0.00018
阻力将，Pa
65230
12841
程数
4
1
使用材料
碳钢
碳钢
管子规格
Φ
管数144
管长，mm
4500
管间距，mm
32
排列方式
正三角形
折流挡板型式
上下
间距，mm
200
切口高度25%
壳体内径，mm
500
保温层厚度，mm
项目
数据
项目
数据
壳径D（DN）
500mm
管尺寸
¢25mmX2
管程数Np（N）
4
管长l（L）
4.5m
管数n
144
管排列方式
正三角形排列
中心排管数nc
13
管心距
32mm
管程流通面积Si
0.0125m
传热面积
49.7m
结束语
化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
在换热器的设计过程中,我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点：
（1）掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据（包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集）的能力；
（2）树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
（3）培养了迅速准确的进行工程计算的能力；
（4）学会了用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为煤油的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要.
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