煤油换热器设计说明书.doc

目 录
第1章 设计任务书 1
1.1设计条件 1
1.2 设计要求 1
第2章 确定设计方案 1
2.1 选择换热器的类型 1
2。2 流程安排 1
第3章 主要物性参数 2
3。1设计条件 2
3。2 确定主要物性数据 2
3.2。1 定性温度的确定 2
3.2.2 流体有关物性数据 2
第4章 估算传热面积 3
4.1 热流量 3
4.2 冷却水流量 3
4.3 平均传热温差 4
4.4 估算传热面积 5
第5章 工程结构尺寸 5
5。1计算壳体厚度 5
5。2 封头的选择 6
5。3 垫圈的选择 6
5。4 接管 7
5.4。1壳程流体进出口接管 7
5。4.2 管程流体进出口接管 7
5.5 法兰 7
5。5。1 壳体法兰 7
5.5.2 管法兰 8
5。6 支座的选用 8
第6章 换热器核算 9
6。1 核算压强降 9
6。1.1管程压强降 9
6。1.2壳程压强降 9
6.2 传热能力核算 10
6.2。1 管程传热膜系数 10
6.2。2 壳程流体传热膜系数 11
6。2.3 污垢热阻 12
6。2.4 总传热系数 12
6.2。5 安全系数 12
第7章 换热器主要结构尺寸和计算结果表 13
参考文献 14
致谢 14
10

第1章 设计任务书
1。1设计条件
1、设备处理量16000kg/h
2、煤油：入口温度140°C，出口温度50°C
3、冷却水：入口温度30°C，出口温度40°C
4、热损失可忽略。 两则污垢热阻分别为
5、壳程压降不大于30KPa
6、初设K=290w/(mc)
1.2 设计要求
1。设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。
2。根据所选换热器画出设备装配图.
第2章 确定设计方案
2。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，初步确定选用浮头式换热器。
采用折流挡板，可使作为被冷却的煤油易形成湍流,可以提高对流表面传热系数，提高传热效率.
2。2 流程安排
煤油黏度较大，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，煤油可利用外壳向外散热，增强冷却效果.
第3章 主要物性参数
3.1设计条件
由设计任务书可得设计条件如下表：
数
参

类型
体积流量
(标准kg/h）
进口温度
(℃）
出口温度
(℃）
煤 油（壳程）
16000
140
50
冷却水（管程）
———-—
30
40
注：要求设计的换热器在常压下操作.
3。2 确定主要物性数据
3。2。1 定性温度的确定
煤油的进出口温度分别为140°C、50°C；水的进出口温度30°C、40°C。可取流体进出口温度的平均值。
管程水的定性温度为：
℃
壳程煤油的定性温度为：
℃
3。2.2 流体有关物性数据
根据由上面两个定性温度数据,查阅参考书可得煤油和水的物理性质。可得壳程和管程流体的有关物性数据。
物性
密度ρi
（kg/m3）
定压比热容cpi
［kJ/（kg℃)］
粘度μi
（Pa·s）
导热系数λi
（W·m-1·℃-1）
煤油
810
2。3
0。91×10-3
0。13
水
994
4.187
0.727×10-3
0.626
第4章 估算传热面积
4.1 热流量
换热器的热负荷是指在确定的物流进口条件下，使其达到规定的出口状态，冷流体和热流体之间交换的热量，或是通过冷、热流体的间壁所传递的热量.对无相变的工艺物流，换热器的热负荷由下式确定：
式中 —— 热负荷，
—— 流体的流率,
-- 流体热容,
、 ——流体的入口、出口温度，℃
故
4.2 冷却水流量
式中 —— 冷却水流量，
-— 水的热容，
、-— 流体的入口、出口温度，℃
故
4.3 平均传热温差
平均传热温差是换热器的传热推动力。其值不但和流体的进出口温度有关，而且还与换热器内两种流体的流行有关。平均传热温差可用换热器的两端流体温度的对数平均温差表示，即：
式中 —— 逆流时的对数平均传热温差
——=
--=
故求得℃
而
查图4-19，得
所以 ℃
其中，—-逆流时的对数平均传热温差,℃
—-折流时的对数平均传热温差，℃
-—温度差校正系数,量纲为1
4.4 估算传热面积
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K0=290 W·m—2·℃—1.则估算的传热面积为：
据此，由换热器系列标准选定下述型号的换热器
壳径/mm
工称压强/Mpa
公称面积/m2
管程数
600
2.5
68。2
2
管子尺寸/mm
管长/m
管子总数
管子排列方法
Φ25×2。5
4.5
198
正方形斜转45°
实际传热面积
若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为
第5章 工程结构尺寸
5.1计算壳体厚度
壳体厚度按以下公式计算：
取设计压力 ，设计温度150℃ ，材料选取Q235-A，标号GB3274,查表得
筒体纵、环焊缝均为全焊透双面对接焊接，局部无损探伤
腐蚀余量
计算壁厚为:
在6.0-7.0之间,查表得
名义壁厚为：
5.2 封头的选择
选取椭圆形封头， , ，直边高度
内表面积为：0。436 ， 容积 0.0352 ，材料Q235-A ,重量：28。3㎏
5.3 垫圈的选择
介质

法兰公称压力MPa
介质温度℃
配用压紧面形式
选用垫圈
名称
材料
煤油
≤1.6
≤200
平形
耐油橡胶石棉
耐油橡胶石棉
水
≤1。6
≤60
平形
橡胶垫圈
橡胶板
5.4 接管
5.4。1壳程流体进出口接管
取接管内液体流速， 则接管内径为：
=0.089(m）
可选取接管Φ133×4mm，长150mm的两个
5。4.2 管程流体进出口接管
取接管内液体流速
可选取接管Φ133×4mm，长150mm的两个
5.5 法兰
5.5。1 壳体法兰
壳体法兰用甲型平焊容器法兰JB1158-73,各参数如下： ，材料16Mn
公称直 径
法兰/mm
螺栓
法兰重 量/公斤
Dg/mm
D
D1
D2
D3
D4
b
d
规格
数量
35.1
600
730
690
655
645
643
40
23
M20
28
5.5。2 管法兰
选择管法兰
根据公称直径与公称压力选用板式平焊钢制管法兰HG20593—97 SO150-2.5RF 16Mn
钢制管法兰(HGJ45—91）
公称直径DN/mm
管子外径A/mm
法兰外径D/mm
螺栓孔中心圆直径K/mm
螺栓直径L/mm
螺栓孔数n
螺栓长度/mm
法兰厚度C/mm
内径B/mm
100
108
220
180
18
6
85
18
110
125
133
250
210
18
6
90
20
135
5.6 支座的选用
查阅《化工设备设计手册》选用A3F材料，采用鞍式支座 Dg600AJB1167—73，尺寸为：
公称直径Dg/mm
每个支座允许负荷t
b1
L
B
l
K1
b
m
600
36.8
180
550
120
260
420
90
220
第6章 换热器核算
6。1 核算压强降
6。1.1管程压强降
，
管程流通面积
取相对粗超度为,查莫狄图得
总压降：＜30KPa(符合设计要求）
6.1.2壳程压强降
其中,
管子为正方形斜转45°排列，F=0。4
取折流挡板间距h=0。15m
壳程流通面积
〉500
所以
〈30 符合要求
经过上述计算，管程、壳程压强降都符合设计要求
6。2 传热能力核算
6。2.1 管程传热膜系数
管程为流体无相变传热，则通常情况下用下式计算：
式中,—— 壳程流体的导热系数,w/（mc)
-— 当量直径，m
—— 管内流动雷诺系数，
Pr —- 普兰特准数，取定性温度下得值，
6.2。2 壳程流体传热膜系数
式中 —— 壳程流体的导热系数，w/(mc)
—- 当量直径，m
Re—— 管外流动雷诺系数，
Pr -— 普兰特准数，取定性温度下得值，
-— 流体定性温度下的粘度，Pa·s
—— 流体在壁温下的粘度，Pa·s
取列管的中间距t=32mm，则流体通过管间最大截面积为
取
所以
6。2。3 污垢热阻
管内外污垢热阻分别为：
6.2.4 总传热系数
=
=
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，在规定的条件下，计算出的为,故所选择的换热器是合适的.
6.2.5 安全系数
该换热器符合设计要求，能够完成任务
第7章 换热器主要结构尺寸和计算结果表
参数
管程
壳程
流量，kg/h
79102
16000
物
性
操作温度，℃
30/40
140/50
定性温度，℃
35
95
流体密度,kg/m3
994
810
定压比热容，kj/(kg。k）
4.187
2.3
黏度，pa。s

传热系数,W/（m2·℃)
0。13
0。626
普朗特数
4。86
16。1
设备结
构参数
形式
浮头式
台数
1
壳体内径,mm
600
壳程数
1
管径,mm

管心距,mm
32
管长，mm
4500
管子排列
正方形斜转45°
管数目，根
198
折流板数
29
传热面积,
68.39
折流板间距，mm
150
管程数
2
材质
碳钢
主要计算结果
管程
壳程
流速,m/s
0.71
0.21
表面传热系数，W/（m2·℃）
3651
530
污垢系数，m2·K/W
0。00034
0。00017
阻力降，Pa
9678.5
4837
传热系数，W/(m2·℃）
354
裕度
0.178
参考文献
【1】申迎华,郝晓刚。《化工原理课程设计》.北京,化学工业出版社，2009
【2】姚玉英等。《化工原理（上）》.天津,天津大学出版社，2005
【3】任晓光。《化工原理课程设计指导》。北京，化学工业出版社，2009
【4】贾绍义。柴诚敬。《化工原理课程设计》.天津,天津大学出版社，2002
【5】袁文.刘岩。《化工制图》。哈尔滨，哈尔滨工程大学出版社,2010
【6】钟理, 伍钦，马四朋。 《化工原理(上）》. 北京，化学工业出版社，2008。8.
【7】《材料与零部件（上）》。 上海科学技术出版社. 1982。7。
【8】钱颂文。 《换热器设计手册》，北京，化学工业出版社，2002。8
【9】匡国柱. 《化工单元过程及设备课程设计》. 北京，化学工业出版社，2002
【10】陈锦昌. 《计算机工程制图》. 广州，华南理工大学出版社，2006.8。
【11】郑津洋，董其伍,桑芝富。 《过程设备设计》. 北京，化学工业出版社，2009.1.
【12】赵军. 《化工设备机械基础》. 北京，化学工业出版社。 2000.
致谢
经过两个星期的课程设计，使得我们以前所学的理论知识得以进一步强化，与实践相结合,对该部分内容掌握更加透彻，更深一步的了解了换热器的主要零部件及其工作原理,工艺流程等等.初步设计阶段遇到了重重困难,经过老师的耐心讲解，以及组员之间的相互沟通，使得困难迎刃而解。感谢老师的指点和同学们得帮助。