化工原理課程設(shè)計(jì)煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)題目名稱煤油冷卻器的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)09級(jí)生物工程（2）班學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 二o一一年十二月二十八日 目錄1 換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1 設(shè)計(jì)題目.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件.1.3 設(shè)計(jì)要求.1.4 工作計(jì)劃. 2 確定設(shè)計(jì)方案 2.1 選擇換熱器的類型.2.2 流動(dòng)空間及流速的確定.3 確定物性數(shù)據(jù)4 計(jì)算總傳熱系數(shù) 4.1 熱流量.4.2 平均傳熱溫差.4.3 冷卻水用量.5 估算傳熱面積6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 6.1 管徑和管內(nèi)流速. 6.2 管程數(shù)和傳熱系數(shù).6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù).6.4 傳熱管排列和分程方法.6.5 殼體內(nèi)徑.6.6

2、折流板.6.7 接管.7 換熱器核算 7.1 熱量核算. 7.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù). 7.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù). 7.1.3 污垢熱阻和管程熱阻. 7.1.4 傳熱系數(shù). 7.1.5 傳熱面積 s.7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力. 7.2.1 管程流動(dòng)阻力. 7.2.2 殼程阻力.7.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果.8 參考文獻(xiàn)1 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件（1）處理能力: m104 t/y煤油（2）設(shè)備型式: 列管式換熱器（3）操作條件煤油：入口溫度140，出口溫度40。冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度40。允許壓降：不大于105

3、 pa。煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：；2.22kj/(kg.)；0.14 w/(m.)每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。（4） 建廠地址 天津地區(qū)1.3 設(shè)計(jì)要求 試設(shè)計(jì)一臺(tái)適宜的列管式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。1.4 工作計(jì)劃 1、領(lǐng)取設(shè)計(jì)任務(wù)書，查閱相關(guān)資料（1天）；2、確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算（2天）；3、校核驗(yàn)算，獲取最終的設(shè)計(jì)結(jié)果（1天）；4、編寫課程設(shè)計(jì)說明書（論文），繪制草圖等（1天）。1.5 設(shè)計(jì)成果要求1、通過查閱資料、設(shè)計(jì)計(jì)算等最終提供課程設(shè)計(jì)說明書（論文）電子稿及打印稿1份，并附簡(jiǎn)單的設(shè)備草圖。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，將按以下順序裝訂的設(shè)計(jì)成果材料裝訂后交給指導(dǎo)教師：

4、（1）封面（具體格式見附件1）（2）目錄（3）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（4）課程設(shè)計(jì)說明書（論文）（具體格式見附件2）（5）參考文獻(xiàn)（6）課程設(shè)計(jì)圖紙（程序）1.6 幾點(diǎn)說明 1、本設(shè)計(jì)任務(wù)適用班級(jí)：09生物工程（本）2班（其中：學(xué)號(hào)1-15號(hào)，m=15；學(xué)號(hào)16-30號(hào)，m=25；學(xué)號(hào)31-46號(hào)，m=40）；2、課程設(shè)計(jì)說明書（論文）格式也可參閱蚌埠學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果撰寫規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容。指導(dǎo)教師： 教研室主任： 系主任：2 確定設(shè)計(jì)方案2.1 選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）的進(jìn)口溫度140，出口溫度40；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度30，出口溫度40。該換熱器用循環(huán)冷

5、卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器。2.2 流動(dòng)空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用 252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=1.5m/s。3 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取進(jìn)出口溫度平均值。故殼程油的定性溫度為管程流體的定性溫度為 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 粘度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 4 計(jì)

6、算總傳熱系數(shù)4.1 熱流量 4.2 平均傳熱溫差先按純逆流計(jì)算（一般逆流優(yōu)于并流，在工程上若無特殊需要，均按逆流考慮） 4.3 冷卻用水量 5 估算傳熱面積由于殼程氣體壓力較高，故選取較大的k值。假設(shè)k估=315w/(m2.k)，則估算的傳熱面積為： 考慮到25%的面積裕度，6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸6.1 管徑和管內(nèi)流速選用252.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速。我國國標(biāo)換熱器中常見的換熱管規(guī)格有 以及流速的選擇應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即雷諾數(shù)大于10000。對(duì)于傳熱熱阻較大的流體或易結(jié)垢的流體選取較大流速，以利于增加表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，降低結(jié)垢程度與速度。并要考慮合適的流速下，換熱器有適當(dāng)?shù)墓?/p>

7、長(zhǎng)和管程數(shù)。6.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管總根數(shù) 6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平局傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)突圖表。但的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以代替，查同一圖線，可得平均傳熱溫差 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。6.4 傳熱管排列和分程方法對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。各程內(nèi)采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔

8、板，采用正方形排列方法。故擬采用組合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)用正方形排列 取管心距，則 橫過管束中心線的管數(shù) 各程相鄰管的管心距為44mm。6.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可由下式估算。取管板利用率。（正三角形排列，2管程，=0.7-0.85，4管程以上，=0.6-0.8），則殼體內(nèi)徑為：按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，圓整可取 。6.6 折流板（作用說明：列管式換熱器殼程流體流通面積比管程流通截面積大，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需設(shè)置折流板。對(duì)于多殼程換熱器不僅需要設(shè)置橫向折流板，而且需要設(shè)置縱向折流板將換熱器分為多殼程結(jié)構(gòu)。對(duì)于多殼程換熱器，設(shè)置

9、縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實(shí)現(xiàn)多殼程結(jié)構(gòu)，減少多殼程結(jié)構(gòu)造成的溫度損失。）采用弓形折流板，可取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為 ： 取折流板間距 ,則，可取為折流板數(shù) : 并且折流板圓缺面水平裝配。6.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為：，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。7 換熱器核算7.1 熱流量核算7.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺型折流板，可采用克恩公式（適用條件：re0=2(103-106)，弓形折流板圓缺高度為直徑的25%。）換熱管呈三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑為：殼

10、程流體流通截面積：殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 粘度校正：7.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流體流通截面積： 管程流體流速： 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 7.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻： 管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 依表，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(mk), 管壁熱阻： 7.1.4 傳熱系數(shù) 所以系數(shù)7.1.4 傳熱面積 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：該換熱器的面積裕度為： 為了保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%-20%。本換熱器傳熱面積裕度16%，滿足生產(chǎn)要求，故能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力7.2.1 管程流動(dòng)阻力 由傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄

11、圖得，流速，所以 故管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。7.2.2 殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力為：流體流過折流板缺口的阻力： 總阻力為：殼程流體的阻力也比較適宜。7.2.3 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表：換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：253.9工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水煤油操作壓力，mpa0.40.3操作溫度，30/40140/40流量，kg/h27450950505.05流體密度，kg/994825流速，m/s0.9990.288傳熱量，kw3111.1總傳熱系數(shù)，w/k441對(duì)流傳熱系數(shù)，w/k4757711污垢系數(shù)，k/w0.0003440.000172阻力將，pa23734.25754程數(shù)31使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù) 489管長(zhǎng)，mm7000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm300切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm500保溫層厚度，mm項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑d(dn)900mm管尺寸 25mmx2管程數(shù)np（n）4管長(zhǎng)l（l）4.5m管數(shù)n144管排列方式正三角形排列中心