实用文档化工原理课程设计柴油换热器设计说明书设计者：班级：过控132组长：吴世杰成员：刘云杰李亚芳郑仕业刁昌东王宇学生姓名：吴世杰日期：2015年9月4日指导教师：佟白文案大全齐齐哈尔大学 化工原理课程设计一一柴油换热器目录一 .设计说明书 3二 .设计条件及主要物性的确定 31 .定性温度的确定 32 .流体有关物性 3三 .确定设计方案 41 .选择换热器的类型 42 .流程安排 4四 .估算传热面积 41. 传热器的热负荷 42. 平均传热温差 43. 传热面积估算 4五 .工程结构尺寸 51 .管径和管内流速 52 .管程数和传热管数 53 .平均传热温差校正和壳程数 54 . 传热管排列和分程方法 55 . 壳程内径 66 . 折流板 67 .其他附件 68 .接管 6六 .换热器核算 71 .热流量核算 7(1)壳程表面传热系数 7(2)管程表面传热系数 7(3)污垢热阻和管壁热阻 8(4)传热系数K 8(5)传热面积裕度 82 .壁温核算 93 .换热器内流体的流动阻力 9(1)管程流动阻力 9(2)壳程流动阻力 10七 .换热器主要工艺结构尺寸和计算结果表 11八 .设备参考数计算 121 .壳体壁厚 122 .接管法兰 123 .设备法兰 124 .封头管箱 125 .设备法兰垫片(橡胶石棉板) 126 .管法兰用垫片 137 .管板 138 .支垫（鞍式支座） 139 .设备参数总表 13九 .设计总结 15十.主要符号说明 16H^一 .参考文献 17第#页共17页一、设计说明书1.设计任务书和设计条件原油44000kg/h由70° C被加热到110° C与柴油换热，柴油流量 34000kg/h ,柴油入口温度175° C,出口温度127。
已知两则污垢热阻为 0.0002 m2 - C/W,管程与壳程两则降压小于或等于0.3at ,热阻损失5%初设k=250w/ m2 • ° C=:、设计条件及主要物性参数2.1 设计条件由设计任务书可得设计条件如下表：体积流量(标准kg/h )进口温度 (C)出口温度 (C)操作压力(Mpa)设计压力(Mpa)柴油(管内)340001751271.11.2原油(管外)44000701100.30.4注：要求设计的冷却器在规定压力下操作安全， 必须使设计压力比最大操作压力略大， 本设计的设计压力比最大操作压力大 0.1MPa2.2 确定主要物性数据2.2.1 定性温度的确定根据《流体力学(上)》P177,公式(4-109),热流量为Qc = WCpc(T1—TO X 1.05 =44000 X 2.2 X ( 148—42) X 1.05=1.13 x106kJ/h = 1.13 x 106 W管程柴油的定性温度为丁 175 127 …T= =151 C2壳程原油的定性温度为70 110t = = 90 C22.2.2 流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据， 查阅参考书可得原油和柴油的物理性质。
运用内插法(公式为y = yb +(ya — yb)/(ta —tjqtavg -tb))，可得壳程和管程流体的有关物性数据原油在90 C, 1.2MPa下的有关物性数据如下:物性密度p i (kg/m3)定压比热容Cpi[kJ/( kg C)]粘度邛(Pa • s)导热系数入i-1 C -1 、(W- m , C )原油8152.2-36.65 X 100.128柴油在151c的物性数据如下：物性密度po定压比热容Cpo粘度科导热系数入kg/m3)[kJ/( kg c)](Pa • s)(W- m-1 , C -1)柴油7152.48-30.64 X 100.133三、确定设计方案3.1 选择换热器的类型由于温差较大和要便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，以采用Fe系列的浮头式列管换热器为宜采用折流挡板，可使作为被冷却的原油易形成湍流， 可以提高对流表面传热系数，提高传热效率3.2 流程安排柴油温度高，走管程课减少热损失，原油黏度较大，走壳程在较低的 Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数四、估算传热面积4.1 热流量Q =1.13 106W4.2 平均传热温差(0 C ,1atm)=61 C⑴ F) (丁2 -3)_ (175-110) (127-70)2 24.3传热面积由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。
初步设定设 K =250 W-m2 • C根据《化工单元过程及设备课程设计》 P44,公式3-8 ,则估算的传热面积为Qi，品K，. ti m1.13 106250 61= 74.1 m2五.工程结构尺寸5.1 管径和管内流速选用25 X 2.5mm的传热管（碳钢管）；由《传热传质过程设备设计》 P7表1 — 3得管壳式换热器中常用的流速范围的数据，可设空气流速 ui = 1m/s,用u ［计算传热膜系数，然后进行校核5.2 管程数和传热管数依《化工单元过程及设备课程设计》 P46,公式3-9可依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算,Vi34000 /(715 3600)_： ,2di Ui4 一一2 .0.785 0.02 1所需的传热管长度为S■dins74.13.14 0.025 42=42 (根)=22.5m按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构现取传热管长 l = 7 m,则该换热器管程数为NP=L / l =22.5/7 =4 （管程）传热管总根数 N = 42 X4= 168 （根）5.3 平均传热温差校正及壳程数依《化工单元过程及设备课程设计》 P46,公式3-13a和3-13b ,平均传热温差校正系数175 -127 = 1.2110-70P= t2 T1Ti -t1110-70175-70=0.381依《传热传质过程设备设计》 P16,公式3-13 ,温度校正系数为一 :._ R2 1 l 1 二PR _ -1.22 1t R -1 1 2 -P(1 R - . R2 1) 1.2 -1ln 2 -P(1 R ” R2 1), 1-0.381ln = 0.92 1 二1.2_0.381 1n 2-0.381(1+1.2-由.22 +1)2 -0.381(1 1.2 . 1.22 1)依《传热传质过程设备设计》 P16,公式3-14,平均传热差校正为△ tm=Cp^ XAt m) =61 X 0.92=56.12( C )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。
C5.4 传热管的排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按旋转 45正四边形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多 的管子查《化工单元过程及设备课程设计》 P50,表3-7管间距，取管间距：t = 1.25d=1.25x25=32 mm 由《化工单元过程及设备课程设计》 P50,公式3-16 ,隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相邻管的管心距为 44mm5.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率 刀=0.7,由《化工单元过程及设备课程设计》 P51,公式3-20 ,得壳体内径为D =1.05t Jn/. =1.05 X 32X J168/0.7 =520 mm ,圆整后取D =600mm=5.6 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h=0.25 X 600=150 mm，故可取 h=150 mm=取折流板间距 B=0.3Di ,贝U B=0.3 X 600=180 mmo折流板数 Nb= _i = 7000-i^38 块折流板间距 180折流板圆缺面水平装配。
5.7 其他附件直径为12mm的拉杆4根5.8 接管(1)壳程流体进出口接管取接管内液体流速 u1=0.5m/s,4v 4 44000/(3600 815)D =0.195(m)1 ;二u1 . 3.14 0.5圆整后取管内直径为 200mm.(2)管程流体进出口接管取接管内液体流速 u2=1m/s,4v . 4 3400伙3600 715) ^.i29(m)2 :二u2 : 3.14 1圆整后取管内直径为 150mm六.换热器核算2.1 热量核算2.1.1 壳程表面流传热系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式由〈(化工单元过程及设备课程设计》 P53,公式3-22 ,得ho = 0.36^ Rea55 Pr1/3(3严 de Mw其中：粘度校正为(9)°.14=1.05M w②当量直径，管子为四边形角形排列时，依《化工单元过程及设备课程设计》 P53,公式3-23a得2 二工 24(t2 do )de= 4 = 0.027 m二 do③壳程流通截面积，由《化工单元过程及设备课程设计》 P54,公式3-25 ,得So = BD(1 — do )=0.18 X 0.6 X ( 1 — 0.025 ) = 0.023625 m 2t 0.032④壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为Vo 44000/(3600 815)uo= — = = 0.635 m/sSo 0.023625Pouode 815 M 0.635 父0.02Reo= o o e = 3——=1556% 6.65父10⑤普朗特准数(〈传热传质过程设备设计 >P26,公式1-43)Pr =Cpo'o2.2 103 6.65 1070.128=114.29因此，壳程水的传热膜系数 ho为1ho = 0 36 x 0.128 x 15560.55 x 114 1.050.027=668 W/(m 2 • C )6.1.2管程表面流传热系数由《化工单元过程及设备课程设计》P55,公式 3-22 , 3-33,得hi = 0.023Re “Pr0'3」 di其中：①管程流通截面积.2 一八 ..di n _ _ 2S= J—=0.785 0.024 2168 2=0.02637 m2②管程空气的流速及其雷诺数分别为,= VL = 34000/(3600、715)=0.5 m/sSi0.026376Re=Pi5di0.02 0.5 71530.64 10=11172>10000③普兰特准数Pr =Cpi」i2.48 103 0.64 10' …0 =11.93,i0.133因此，管程。