煤油冷卻器的設(shè)計

1、況莎銀猱說曷妥仝工程專業(yè)化工原理課程設(shè)計說明書題 目：姓 名：班級學(xué)號:指導(dǎo)老師：同組人員主成時間：2010# 11 £14 a第一部分設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目煤油冷卻器的設(shè)計二設(shè)計任務(wù)1處理能力：1.98x10$噸/年煤油2.設(shè)備形式：列管式換熱器（臥式）三、操作條件 煤油：入口溫度1409,出口溫度409 冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度309,出口溫度409 允許壓強降：不大于105Pa 每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行四、設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。 主要輔助設(shè)備選型。

2、繪制換熱器總裝配圖。五、設(shè)計日期開始日期：2010年11月1日結(jié)束日期：2010年11月14日六、設(shè)計評述換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備,尤其是石油、化工生產(chǎn)應(yīng)用更為廣泛。在 化工廠中換熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能 各異，個具特點，可以適應(yīng)絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。進行換熱器的設(shè)計, 首先是根據(jù)工藝要求選用適當(dāng)?shù)念愋?，同時計算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積, 并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器類型雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處 僅是在結(jié)構(gòu)上需根據(jù)各自設(shè)備特點采用不同的計算方法而已。第二部分設(shè)計方案簡介評述我們設(shè)計的是煤油冷卻器，

3、冷卻器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備。列管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、牢固，操作彈性大，應(yīng)用材料廣。列管式換 熱器有固定管板式、浮頭式、U形管式和填料函式等類型。列管式換熱 器的形式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來確定。由于兩流體 的溫差大于50 9,故選用帶補償圈的固定管板式換熱器。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但管外清洗困難，宜處理殼方流體較清潔及不易 結(jié)垢的物料。因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，并易結(jié)垢，故選擇冷卻水 走換熱器的管程，煤油走殼程。第三部分換熱器設(shè)計理論計算1、試算并初選換熱器規(guī)格(1)、定流體通入空間兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，因水的對流傳熱系數(shù)一 般較大，并易結(jié)垢，故選擇冷卻水

4、走換熱器的管程，煤油 走殼程。(2)、確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管式換熱器的形式:被冷卻物質(zhì)為煤油，入口溫度為1409,出口溫度為40 C冷卻介質(zhì)為自來水，入口溫度為30 C,出口溫度為40 C煤油的定性溫度：0 = (140 + 40)/2 = 90 C水的定性溫度：5=(30 + 40)/2 = 35 C兩流體的溫差：7；-： = 90-35 = 559由于兩流體溫差大于50-C,故選用帶補償圈的固定管板式列管換熱器。兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)性流體煤油908250.7152.220J4水359940.7284.1740.626、計算熱負(fù)荷Q按管內(nèi)煤油計算很卩若忽略換熱器的熱

5、損失，水的流量可由熱量衡算求得，即(4) 、計算兩流體的平均溫度差，并確定殼程數(shù)111AT40-30乂 =經(jīng)豈=(八日7)= (1心40匕理一30) = 39 096迄 "111 土由R和P査圖得溫度校正系數(shù)為,=085,所以校正后的溫度為厶L = 36.4X 0.85 = 33.23°C又因,=0.85 >0.8,故可選用單殼程的列管式換熱器。(5) 、初步選擇換熱器規(guī)格根據(jù)管內(nèi)為水，管外為有機液體，K值范圍為280-710 W/(m2 QC)9 假設(shè) K=430lV/(m2 oC)故由于幾-L = 14°4° -笑竺 =55050 C,因此需要

6、考慮熱補償。2 2初選固定板式換熱器規(guī)格尺寸如下: 外殼直徑D600mm管程流通面積S 0.0364m2 管數(shù)n 管長L 中心距換熱器的實際傳熱面積2326m32mm管排方式正三角形排列公稱壓力P 4.00Mpa管程數(shù)2管尺寸4>25X2. Sunn (不銹鋼管)公稱面積S 107.5 m2采用此換熱面積的換熱器，則要求換熱過程的總傳熱系數(shù)為:2、核算總傳熱系數(shù)K。(1X計算管程對流傳熱系數(shù)匕，因為管中水的質(zhì)量流量為Wc = 36.94/5,則水的體積流量為 Vc = Wc/p = 36.94 / 994 = 0.03716” / s所以：(2) 、計算殼程對流傳熱系數(shù)匕換熱器中心附近管

7、排中流體流通截面積為 式中h折流擋板間距，取150/77/7?煤油的質(zhì)量流量為Wh = 25000 / h = 6.9444 / 5,則煤油的體積流量為嶺=Wh/p = 6.9444/825 = 0.008417" / s由于換熱器為兩殼程，所以煤油的流速為：由于管為三角形排列，則有煤油在殼程中流動的寓諾數(shù)為因為Re“在2x10lxlO*5范圍內(nèi)，故可采用凱恩(Kern)法求算,即由于液體被冷卻取 = 0.95,所以a。= 0364-Re055 Pr13(pu = 0.36x 0 14 x(9. 952xlO3)055 x 1 1.34舊 x0.95 = 8421V / (m2 &#

8、176;de尸"0.0202(3) 、確定污垢熱阻(4) 、計算總傳熱系數(shù)K。(管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù)K。為：)選用該換熱器時，要求過程的總傳熱系數(shù)為431.8 VV/(W2 oC),在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動條件下，計算出的K°=488.8 W/(nr °C)t所選擇的換熱器的安全系數(shù)為：則該換熱器傳熱面積的裕度符合要求。3、計算壓強降（1）、計算管程壓強降前已算出：MZ = 1.021/77/5 Rez = 2.788xl03（湍流）取不銹鋼管壁的粗糙度s = 0Amin ,則?=聖=0.005< 20由摩擦系數(shù)圖査得2 = 0.034所以對于 025

9、 x 2.5mm 的管子，有 Ft = 14,且Np = 2, Ns = 1（2）、計算殼程壓強降由于 Fs = 1.15, Ns = 1 所以片=/7>,（心+ 1）纓管子為正三角形排列，則取F=o.5 折流擋板間距A = 0.15/7?折流板數(shù)2廠彳-1 =展-1 = 39110.13所以從上面計算可知，ZAP . ZAPz < 105,該換熱器管程與殼程的壓強降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器合適。第四部分換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸一、管子的規(guī)格和排列方法考慮到流體的流速，選用025x25腫規(guī)格的管子。我國換熱器系列中，固 定管板式多采用正三角形排列，它的優(yōu)點有：管板的強度高；流體走短路

10、的機 會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同殼程內(nèi)可排列更多 的管子。所以選擇正三角形排列。二、管程和殼程數(shù)的確定管程數(shù)m可按下式計算，即 式中/一一管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s；屮單管程時管內(nèi)流體的實際速度，m/s。取« = 1.5/77/5 （參考化工原理上冊）水的流量為叱=36.94/5,對于4>25X2. 5mm的管子,求得吩愕" 所以選用2管程。在單殼程中，由R和P査得溫度校正系數(shù)為 = 0.85大于0.8,所以采用單殼程。三.外殼直徑的確定初步設(shè)計中可用下式計算殼體的內(nèi)徑，即式中£> 一殼體內(nèi)徑，加：f-管中心距，砒代-橫穿管

11、束中心線上的管數(shù)；管束中心線上最外層管的中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取b' = (l-1.5) d0, m其中t = 0032加(參考«化工原理»上冊)7 = 16(上己計算)&取1.5則 D = 0.025 x(16-l)+2xl.5x 0.025 = 0.555/n = 555mm;按照此方法計算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整，標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：殼體外徑/mm325400,500,600, 800,900,10001100, 1200700最小壁厚/mm8101214所以取D =600mmo折流板形式的確定折流擋板的主要作用是引導(dǎo)殼程流體反復(fù)的改變方向做錯流流動，以加大

12、 殼程流體流速和湍動速度，致使殼程對流傳熱系數(shù)提髙。選擇水平圓缺形折流板，切去的弓形高度為外殼內(nèi)徑的25.0% (圓缺率的 范圍一般為 15%45%),即為：600x15.0% = 90.0肋。折流板的間距，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50mm。折流板間距取h=150mmo 折流板的最大無支撐間距如表所示：換熱管外徑(mm)141619253238最大無支撐間距(mm)110013001500185022002500折流板的厚度可由下表得出：(參考文獻(xiàn)：化工設(shè)備設(shè)計手冊 朱有庭，曲 文海主編)公稱直徑DN (mm)換熱管無支撐跨距<

13、;30030060060090090012001200-15001500折流板的最小厚度(mm)<40034581010400-700456101012700-900568101216900-15006810121616所以取值為12mm五、主要附件的尺寸設(shè)計(1) 、封頭封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小(一般小于400mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為600mm,選用圓形封。(2) 、緩沖擋板它可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和 管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。(3) 、放氣孔、排液孔換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不擬氣體和冷凝液等。(4)

14、、接管換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算，即式中叫流體的體積流量，卅“"流體在接管中的流速，m/So流速“的經(jīng)驗值可取為對流體u=1.52m/s取液體流速H=1.5m/s,自來水進出口接管的內(nèi)徑煤油進出口接管的內(nèi)徑、假管 為減少管程分程所引起的中間穿流的影響，可設(shè)置假管。假管的 表面形狀為兩端堵死的管子，安置于分程隔板槽背面兩管板之間但不穿過管板，可與折流 斑焊接以便固定。假管通常是每隔34排換熱管安置1根。(6) 、拉桿和定距管 為了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用 拉桿和定距管。所選擇的拉桿直徑為12mm,拉桿數(shù)量為4,定距管025x2.5?/"(參考

15、文 獻(xiàn)化工設(shè)備手冊曲文海主編)仃)、膨脹節(jié)膨脹節(jié)又稱補償圈。膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這種補償方法適用于兩流體的溫差低于700C且殼方的流體壓強不高于600KPa的情況。換熱器的膨脹節(jié)一般分為帶襯筒的膨脹節(jié)和不帶襯筒的膨脹節(jié)。根據(jù)換熱器殼側(cè)介質(zhì) 的不同，使用的膨脹節(jié)就不同，通常為了減小膨脹節(jié)對介質(zhì)的流動阻力，常用帶襯筒的膨 脹節(jié)。襯筒應(yīng)在順介質(zhì)流動的方向側(cè)與殼焊接。對于臥式換熱器，膨脹節(jié)底部應(yīng)采用帶螺 塞結(jié)構(gòu)，這樣便于排液。第五部分工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表煤油流量kg/h25000自來水流fiAg/h132984實際傳熱面積S/m*107.5要求過程的總傳熱系數(shù)/w/

16、 (irf-c)總傳熱系數(shù)/W (nTC)安全系數(shù)/%13-2管程壓強降殼程壓強降處1.417X104 1230殼徑D/mm600公稱壓強/Mp4.00公稱面積s/ma107.5管程數(shù)Np2管子尺寸/mm©25X2.5管長/m6管子總數(shù)n232管子排列方法正三角形管心距/mm32折流板數(shù)49板間距/mm150弓高/mm75拉桿直徑/mm12拉桿數(shù)量4參考文獻(xiàn)1化工原理（上冊）修訂版夏清陳常貴主編天津:天津大學(xué)出版,20052化工設(shè)備設(shè)計手冊潘國昌、郭慶豐主編北京:清華大學(xué)出 版社,1988 化工流體流動與傳熱張國亮 主編.北京：化學(xué)工業(yè)出版 社,19924 化工工藝制圖周大軍 揭嘉

17、主編.北京:化學(xué)工業(yè)出版 社,20035 中國石化集團上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計手冊（第三版）北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19876 柴誠敬王軍張纓編.化工原理課程設(shè)計天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社,20057 化工工藝算圖手冊劉光啟 馬連湘主編北京：化學(xué)工業(yè)出版社,19908 化工工程設(shè)計韓冬冰 李敘鳳 主編北京:學(xué)苑出版社,2000 工程制圖朱泗芳 徐紹軍 主編北京：高等教育出版社,200210 AutoCAD2002應(yīng)用教程劉蘇 編著北京：科學(xué)出版社,200311 化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)潘永亮劉玉良編北京:科學(xué)出版社,1991后記課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決 實際問

18、題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn) 練和考察過程.隨著答辯日子的到來，課程設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn) 我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是 對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié),但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己 的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什 么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我 才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了,使我認(rèn)識到合作的重要性我和組員湯冬、易先文相互設(shè)計不同的方案，然后集中討論，選擇最佳的設(shè)計方案。遇到難的地方，就各自査找資料，詢問老師或同學(xué)，既而進行攻堅，團隊的力量是無窮的，沒有克不了的難關(guān)。同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在此也要感謝我們的指導(dǎo)老師尹老師、王老師、林老師和曾老師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過査閱大