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化工原理课程设计 列 华北科技学院

课 程 设 计 报 告

题 目 列管式换热器的工艺

设计

课 程 名 称 化工原理课程设计 专 业 化学工程与工艺 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师

管式换热器的工艺设计 设计起止时间：2011 年5月2日至2011年 5月13日

课程设计任务书

设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用 物料 原油 柴油 密 度 Kg/m3 815 715 粘 度 Pa.s 3×10-3 0.64×10-3

设计题目

4、炼油厂用原油将柴油从175℃冷却至130℃，柴油流量为12500 kg/h；原油初温

为70℃，经换热后升温到110℃。换热器的热损失可忽略。60kPa。 管、壳程阻力压降均不大于30kPa。污垢热阻均取0.0003㎡℃/W

比热容 kJ/(kg. ℃) 2.2 2.48 λ导热系数W/(m. ℃) 0.128 0.133 .

一、确定设计方案

1、选择换热器类型 俩流体温度变化情况：

柴油进口温度175℃，出口温度110℃。原油进口温度70℃，出口温度110℃

从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。

2、流程安排

该任务的热流体为柴油，冷流体为原油，由于原油的黏度大，因此使原油走

壳程，柴油走管程。

二、工艺结构设计

（一）估算传热面积

1.换热器的热流量（忽略热损失）

Q?qm1cp1(T1?T2)?12500?2.48?103?(175?30)?3875000W 36002.冷却剂原油用量（忽略热损失）

qm2?Q387500??4.40kg/s

cp2(t1?t2)2200?(110?70)?t1??t2(175?110)?(130?70)??62.5?C ?t1175?110lnln130?70?t22.平均传热温差

'?tm?3.估K值

K估?220W（m2??C）4.由K值估算传热面积

A估=

Q387500??28.2m2

K估??tm220?????（二）工艺结构尺寸

1.管径、管长、管数

1管径选择 选用?19?2mm传热管（碳钢） ○

2估算管内流速 取管内流速u估?0.6m/s ○

3计算管数 n?○sqv125003600?715?0.0152?0.6?4?di2u估?4 ?45.8?46（根）4计算管长 L?○

A估28.2??10.28m ?dons??0.019?465确定管程 按单管程设计，传热管稍长，宜采用多管程结构。现取传热管长○

Np?则该传唤器管程数为：l=2.5m，×4=184（根）

L10.28??4(管程），则传热管总根数N=46l2.5

2.管子的排列方法

1采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列，管子和○

管板采用焊接结构

2计算管心距 t?1.25do?1.25?19?23.75?24mm ○

3隔板中心到离其最近一排管中心距离 ○

S=t/2+6=24/2+6=18mm 各程相邻管心距为36mm 各程各有传热管46根 3.壳体内径的计算

采用多管程结构，取管板利用率η=0.7

1计算 D?1.05tN/??1.05?24?184/0.7?408(mm) ○

2圆整 D=450mm ○4.折流板

1圆缺高度的计算 H?25%Di?0.25?325?81.25mm ○

2折流板间距 h?300mm ○

3折流板数量 Nb?l?1?2?1?6η ○

h0.35.计算壳程流通面积及流速 1计算流通面积 ○

nc?1.19N?1.1964?9.52?10

Ao?h(D?ncdo)?0.3(0.325?10?0.025)?0.0225(m2)

4v2?102计算壳程流体流速 uo?○??0.225ms 3Ao0.0225?3600?1.09547?106.计算实际传热面积

A实?N?dol?10.05m2 7.传热温差报正系数的确定

P?t2?t140?20??0.167 T1?t1140?20R?T1?T2140?110??1.5 t2?t140?20查表：??0.92

8.管程与壳程传热系数的确定

?o0.5513?o0.141壳程表面传热系数 ?o?0.36ReoPr（） ○

de?w当量直径，由正方形排列得：

（4a?de?2do）（40.031252??0.0252）44??0.0247m ?do??0.025?2?壳程流通截面积：

A?hD(1?do0.025)?0.3?0.325(1?)?0.0195m2 a0.03125壳程流体流速：

uo?Wh20000??0.26ms A3600?1.09547?103?0.0195雷诺数：

Reo?deuo?o?o0.0247?0.26?1.09547?103??12364.4 ?45.68981?10普兰特准数：

Pro?Cpo?o?o1.77029?103?5.68981?10?4??7.46 ?11.34945?10（粘度校正

?0.14）?1 ?w10.1349450.55?o?0.36??12364.4?7.463?684.495W/(m2??C)

0.02472管程表面传热系数 ○

di管程流体流速：

ui??i?0.023?Rei0.8Pri

0.4?4vidi2ns?3.54509?10?3?4?0.705ms

?0.022?16