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1、设计计算书1、流体流经的确定由于原油粘度比较大，根据化工原理P280第点，选择原油走 壳程，柴油走管程。2、根据传热任务计算热负荷Q44405Q 二 Wc (t2-11)二x2.20x 103 x(110-70)二 1085455.6Wc pc 2136003、液体两端温度的确定由热平衡可知Wc (t2-1) Wc (T厂T2)c pch ph所以Wc (t2-gT T 一 c pc 2 匕21 Wch ph34270 x 2.48 x 103175 一 44405 x 2.20 x 103 x (110 70)=129 C管程中柴油的定性温度Tm为旦=152。C壳程中原油的定性温度tm为90
2、 C70 + 110t m柴油原油质量流量/ (kg/h )3427044405进出口温度/ C进口 T 1出口 T 2进口 t,出口 t 217512970110定性温度/ C15290密度 /(kg/m3)715815定压比热容 /kJ/(kg C)2.482.20黏度/mPa s0.643.0热导率/ W/(m C)0.1330.128两流体的平均温差，暂按单壳程，多管程进行计算，逆流时平均温 差为-(T -1)-(T -) _ (129 -70)-(175 -110 ) = 62 .0。1 1T 一 tln 1 2 11T -11 2ln 129 -70175 -110P=g=航=0-
3、38按单壳程结构，查化工原理图R 二亠二 l75 一 I29 二 1.312 11110 704-19得 二0.86，所以平均传热温差tm为 t t = 0.86 x 62 .0 = 53 . 3 Cm - tm4、管壳式换热器类型的确定(1) 计算估算的传热面积A估2假设总传热系数K - 175 W /( m 2 C )则估算的传热面积A估为-116.4m2_ Q _ 1085455.6估_ Ktm _ 175x 53.3(2) 根据A估初选标准换热器选用e 25 mm X 2.5 mm较高级冷拔传热管(碳钢)。由175 + 1292110 + 702=62 C 50 C ,且根据估算的传热
4、面积A估和管径，由换热器标准系列中选定浮头式F700W -2.5-118.1型换热器，有关参数如下壳径D/mm700管子尺寸/mm 25 X25公称压强/MPa2.5管长/m6公称面积/m2118.1管子总数256管程数4管子排列方式正方形斜转45实际的传热面积A实为A实=n兀 dL = 256 x 3.14 x 0.025 x (6 一 0.1) = 118.6m2若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为K。=1085455.6118.6x53.3=172W /(m 2-C)5、核算压强降(1)管程压强降工 Pi = (Ap 1 + Ap2)FtNpNs其中Ft =1.4Np = 4管
5、程流通面积A i为Ai = d.2 = 3.14 x 0.022 x 256 = 0.0201 m24 z n 44Wh3600 pA.p=0.66m / s3600 x 715 x 0.0201R =吨=0.02 % 0.66 % 715 = 14747e i p0.64 % 10 - 3F 0 1设管壁粗糙度 = 0.1mm, = 0.005，由化工原理第一章d 20中九-Re关系图中查得：九=0.036,所以Ap1 =九厶腔=0.036x2 % d 20.02i715x 0.6622=1682Pa715 % 0.66 22=467 Pa工 Pi = (AP1 + Ap2) FtNpNs=
6、(1682 + 467) % 1.4 % 4 % 1=12034.4Pa 0.3 % 105 Pa故管程压强降能满足题设要求。(2)壳程压强降工 Po = (AP 1+AP2)FsNs其中，Fs = 1.15, Ns = 1, A p 1 = Ff nc (NB + 1)管子为正方形斜转45 排列，F=0.4。nc = 1.19 亦=1.19 沁 19采用圆缺型挡板，取圆缺型挡板切去弓形高度为壳体内径的25%， 则切去的弓形高度为约取H = 0.25 D = 0.25 % 700 = 175 mm，取折流挡板间距 h=0.6m。折流板个数Nr = L - 1 = - 1 = 9B h 0.6壳
7、程流通面积Ao为Ao = h( D ndo) = 0.6 % (0.7 19 % 0.025) = 0.135m 2W444050.11m / sc厂 3600 p A 一 3600 x 815 x 0.135oR - doUoP - 0.025 x O1 x 815 747e o p3.0 x 10 - 3fo 5.0Re -0.228 5.0x 747 -0.228 1.11o 所以AP1 - Ffnc (N +1)*0.4 x 1.11 x 19 x (9 +1)815 x0.1122-Nb(3.5 -琴)晋29 x(3.5 -2 x 0.60.6815 x0.1122416 Pa67
8、Pa所以工 Po - (AP f+Ap 2) FNs(416 + 67) x 1.15 x 1555Pa 0.3 x 105Pa故壳程压强降能满足题设的要求。6、核算总传热系数及传热面积(1)管程对流传热系数a iRe i - 1474710000Pri2.48 x 103 x 0.64 x 10-30.13311.9所以九a 二 0.023 R 0.8 Pr 0.4id. e i ii0 133二 0.023 x x 14747o.8 x 11.9 0.40.02二 891W /(m2-C)(2)壳程对流传热系数aoa = 0.36 R 0.55 Pr ：(巴)o4od e o o 口ew取
9、换换热器列管之中心距t = 1.25do = 1.25 x 25 = 32mm则流体通过管间最大截面积为A = hD(1 - 2)= 6 x 0.7(1 -牆)=0.0919 m 2W444050.16 m / sc o 3600 pA _ 3600 x 815 x 0.0919x 0.0252)0.027 m兀3 143.14 x 0.0254(t2 d 2) 4x(0.0322 d-4 o -4e兀doRe o皿-0.027 x 0.16 x 815 11743.0 x 10 - 3PriC Ppc2.20 x I03 x 3.x 10-3 51.60.128壳程中原油被加热，取(上)0.
10、14 1.05Pw。所以a = 0.36 一 R 0.55 Pr ；(二)0.14od e o o uew0 128 1=0.36xx 11740.55 x51.6 3 x 1.050.027=325W /(m 2 C)(3) 污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取为R = 1.72x 10-4m2 C/m,R = 1.72x 10-4m2C/m siso(4)核算总传热系数d = d0 / = 0.020黑02 = 0.022mm | d, 0.025ln 0lnd0.02i所以K 0 =0 + R 0 + a a d si dAd1d,dbd厂1 + R + soai ii m010.02589
11、1 x 0.02+1.72 x 10 -4 x0.0250.020.0025 x 0.02545 x 0.022+1.72 x 10 - 4 +1325=203W /(m 2-C)由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总传 热系数为172 W /( m 2 -C ),在规定的流动条件下，计算出的K o为203 W /( m 2 -C )，安全系数为203 - 172帀=0.18故所选的换热器是合适的。(5)核算传热面积所需的传热面积A为QK Atmo1085455.6203 x 53.3二 100.3m2换热器的面积裕度为A 实 118.61.18实T 100.3即A实际比A大18%，
12、故设计成功。7、其它附件拉杆数量与直径按计算机辅助化工制图与设计表5-8选取，本换热器传热管外径为25mm,壳体公称直径为700mm,故其拉杆直径为016 mm，拉杆数为4个。壳程入口处，应设置防冲挡板。8、接管（1）壳程流体进出口接管：取接管内原油流速u1 7m/s，则接 管内径为：I 4Wc4 x 44405厂D. 0.166m13600p“ u13600x815x3.14x0.7圆整后可取管内径为170mm。（2）管程流体进出口接管：取接管内柴油流速u2 L8m/s，则接管 内径为：D2 W：4270 0.097m23600p“ u23600x715x3.14x1.8圆整后可取管内径为1
13、00mm。9、换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程质量流量/ (kg/h )3427044405进(出)口温度/ C175 ( 129)70 (110)物性定性温度/ C15290密度 /(kg/m3)715815定压比热容 /kJ/(kg C)2.482.20黏度/mPa s0.643.0热导率/W/(m C)0.1330.128普朗特数11.951.6设备结 构参数型式浮头式壳程数1壳体内径/mm700台数1管径/mm 25 X 25管心距/mm32管长/mm6000管子排列正方形斜 转45 管子总数/根256折流板数/个9实际传热面积/m2118.6折流板间距/mm600管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)0.660.16对流传热系数/W/(m2C)891325污垢热阻/(m2。C/W)1.72
