煤油换热器的设计讲述.doc

食品科学与工程学院 食品工程原理课程设计说明书 任务名称：列管换热器设计 设计人员： 专 业：食品科学与工程专业 班级组别： 设计时间：2014年1月日  目 录 录 III 1 设计任务书 1 2 换热器概述 2 3 设计方案简介 2 3.1 换热器类型 2 3.2 流动空间选择 2 3.3 物性参数 3 4 过程工艺计算 3 4.1 热负荷 3 4.2 平均传热温差 3 5 初选换热器规格 3 6 参数核算 4 6.1 管程对流换热系数 4 6.2 壳程对流换热系数 5 6.3 污垢热阻 6 6.4 总换热系数 6 6.5 管程进出管 6 6.6 壳程进出口管 7 6.7 浮头箱 7 6.8 浮头 7 7 校验压力降 8 7.1 管程压力降 8 7.2 壳程压力降 8 8 设计结果一览表 9 7 产品设计图 10 8 设计评论 10 参考文献 12 1 设计任务书 一、设计题目：煤油换热器的设计 二、设计原始数据 1.处理能力：3.0*105吨/年煤油 2.设备型式:列管式换热器 3.操作条件: ①煤油:入口温度160℃?,出口温度?45℃ ②冷却介质:循环水,入口温度20℃,出口温度40℃. ③允许压降:不大于105Pa ④煤油定性温度下的物性数据: ρ=825kg/m3 μ=7.15*10-4Pa?S Cp=2.22kJ/(kg?℃) λ=0.14W/(m?℃) ⑤每年按330天计,每天24小时连续运行 三、设备型式: 列管式换热器 四、设计任务： 1.设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、接管等。 2.绘制列管式换热器的工作图。 2 换热器概述 换热器（Heat Exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。 列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、 U 形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，然后进行机械设计。 3 设计方案简介 3.1 换热器类型 两流体温度变化情况：热流体（煤油）进口温度为160℃，出口温度45℃；冷流体（循环水）进口温度为20℃，出口温度为40℃。 壳程煤油的定性温度： 管程流体的定性温度： 两流体温差： 因为，所以选用浮头式换热器。 3.2 流动空间选择 由于循环冷却水易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程；两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，所以水走管程。因逆流时的平均温度差最小，传热推动力大，可节省冷却介质的用量，操作无特殊要求，故流动方式选逆流。3.3 物性参数 对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度都可以取流体的进出口温度的平均值。故煤油的定性温度为：Tm=102.5℃，管程流体的定性温度为：t=30℃。 在定性温度下，流体的物性参数如下表所示： 表1 定性温度下煤油与冷却水的物性参数 .1 Physical parameters of kerosene and cooling water qualitative temperature under 物性参数 温度℃ 密度kg∕m3 黏度Pa﹒s 比热容kJ／(kg﹒℃) 导热系数W／(m﹒℃) 煤油 102.5 825 7.15*10-4 2.22 0.140 冷水 30 992.2 0.000653 4.17 0.634 4 过程工艺计算 4.1 热负荷 若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得，即： 4.2 平均传热温差 逆流温差： 由R和P查图得，故选用单壳程的列管式换热器。 5 初选换热器规格 根据管内为冷水，管外为煤油，K值范围，初选，所以 考虑15%的面积裕度