課程設(shè)計(jì)報(bào)告——煤油冷卻器

1、-. z.*工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) PAGE 1化工原理課程設(shè)計(jì)題 目 煤油冷卻器 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師職稱 教授班 級(jí)學(xué) 號(hào)學(xué)生*2015年9月8日-. z.目錄目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc430086177目錄 PAGEREF _Toc430086177 h IIHYPERLINK l _Toc430086178前言 PAGEREF _Toc430086178 h IIIHYPERLINK l _Toc430086179概述 PAGEREF _Toc430086179 h 1HYPERLINK l _Toc430086

2、180第二章設(shè)計(jì)任務(wù)與條件 PAGEREF _Toc430086180 h 4HYPERLINK l _Toc430086181第三章工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc430086181 h 5HYPERLINK l _Toc4300861823.1生產(chǎn)條件確實(shí)定 PAGEREF _Toc430086182 h 5HYPERLINK l _Toc4300861833.2換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc430086183 h 5HYPERLINK l _Toc430086184確定設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc430086184 h 5HYPERLINK l _Toc4300861

3、85確定物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc430086185 h 5HYPERLINK l _Toc430086186計(jì)算總傳熱系數(shù) PAGEREF _Toc430086186 h 6HYPERLINK l _Toc430086187計(jì)算傳熱面積 PAGEREF _Toc430086187 h 7HYPERLINK l _Toc430086188工藝構(gòu)造尺寸 PAGEREF _Toc430086188 h 7HYPERLINK l _Toc430086189換熱器核算 PAGEREF _Toc430086189 h 9HYPERLINK l _Toc430086190第四章設(shè)計(jì)結(jié)果列表 PAG

4、EREF _Toc430086190 h 13HYPERLINK l _Toc4300861914.1換熱器主要構(gòu)造尺寸和計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc430086191 h 13HYPERLINK l _Toc4300861924.2設(shè)計(jì)結(jié)果的討論 PAGEREF _Toc430086192 h 14HYPERLINK l _Toc430086193完畢語(yǔ) PAGEREF _Toc430086193 h15HYPERLINK l _Toc430086194參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc430086194 h 16HYPERLINK l _Toc430086195符號(hào)說(shuō)明 PAGERE

5、F _Toc430086195 h 17HYPERLINK l _Toc430086196附錄 PAGEREF _Toc430086196 h 18-. z.前言煤油一般是通過(guò)對(duì)石油進(jìn)展分餾而制得，剛剛分餾得到的煤油溫度會(huì)比擬高，不利于保存和運(yùn)輸?shù)龋枰M(jìn)展冷卻。在工業(yè)大生產(chǎn)過(guò)程中自然冷卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到煤油冷卻的時(shí)間要求，選用低溫水進(jìn)展冷卻是比擬好的冷卻方式。設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的冷卻器就十分的必要了，本文通過(guò)大量數(shù)據(jù)運(yùn)算得到的理論冷卻器比擬接近現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)要求，有待于進(jìn)一步的實(shí)踐證實(shí)和運(yùn)用。關(guān)鍵詞：煤油；水；換熱器-. z.概述在化工、石油、能源、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用

6、設(shè)備,并占有十分重要的地位。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。7 U6 m) N+ d7 G列管式換熱器有以下幾種：1、浮頭式 F a/ b* W 換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完佺消除了溫差應(yīng)力。. W: s0 - l4 z% G9 d 特點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。設(shè)計(jì)評(píng)述： 1.在換熱器選型的時(shí)候，考慮各種常用的換熱器

7、優(yōu)缺點(diǎn)：固定板式換熱器：構(gòu)造簡(jiǎn)單，在一樣的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比擬緊湊，使殼側(cè)清洗困難。當(dāng)管子與殼體壁溫相差大于50C時(shí)，應(yīng)在殼體上設(shè)置溫差補(bǔ)償-膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形可以減少溫差應(yīng)力。但是當(dāng)殼體與管子的溫差大于60C及殼程壓力超過(guò)時(shí)，由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償作用，就應(yīng)考慮其他構(gòu)造。U型管式換熱器：其構(gòu)造特點(diǎn)是只有一個(gè)管板。換熱管為U形，管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。密封面少，運(yùn)行可靠，造價(jià)較低，管間清洗較方便。但是由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低；管束最內(nèi)層管間距較大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。一般用

8、于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔以及高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合。浮頭式換熱器：當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在時(shí)，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，管內(nèi)與管間的清洗均方便。但是由于構(gòu)造復(fù)雜、笨重，造價(jià)較高，適用于殼體與管束間溫差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。在綜合各方面因素，該設(shè)計(jì)任務(wù)的管束與殼體的平均溫度差，同時(shí)殼程壓力為，都不是很大，因此選擇造價(jià)較低的帶膨脹圈的固定管板是換熱器，在經(jīng)濟(jì)的情況下能到達(dá)生產(chǎn)任務(wù)需求。冷卻過(guò)程中最好采用容積較大的貯槽或者直接采用小型水庫(kù)，這樣可以充分使循環(huán)水冷卻。泵的選型，由于泵所提供的流量Q與揚(yáng)程H均稍大于管路系統(tǒng)要求值，所以應(yīng)減小標(biāo)準(zhǔn)閥的開(kāi)

9、度，藉此增大管路長(zhǎng)度當(dāng)量，從而使軸功率N增大。 設(shè)計(jì)總評(píng)：對(duì)于該生產(chǎn)任務(wù)，這個(gè)設(shè)計(jì)還有諸多缺乏需要彌補(bǔ)。例如，循環(huán)水為以結(jié)垢的流體，最好選擇大管徑的換熱管，但是考慮到流速，選擇了小管徑的換熱管；所設(shè)計(jì)的換熱器不在固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，制造比擬麻煩；泵的吹入管等管路有點(diǎn)短，假設(shè)是直接以水庫(kù)中的水作為循環(huán)水，則設(shè)備距離不夠。等等。此次設(shè)計(jì)是以理論作為指導(dǎo)，難免會(huì)有以上疏漏，希望在教師的指導(dǎo)下，能以實(shí)踐作為根底，進(jìn)一步完善有關(guān)化工知識(shí)。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與條件原料：煤油，水 處理量：25萬(wàn)噸年原料溫度：入口溫度145oC，出口溫度40oC冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30oC，出口溫度40oC生

10、產(chǎn)時(shí)間：300天年，每天24h連續(xù)運(yùn)行允許壓降不大于105Pa第三章 工藝設(shè)計(jì)3.1生產(chǎn)條件確實(shí)定設(shè)計(jì)一列管式煤油換熱器，完成年冷卻17wt煤油的任務(wù)，具體要求如下：煤油進(jìn)口溫度145，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40；每年按300天計(jì)，24小時(shí)/天連續(xù)進(jìn)展。3.2換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1確定設(shè)計(jì)方案1選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度145，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40。由于該換熱器的管壁溫度和殼體溫度有較大溫差，選用浮頭式換熱器。(2)流動(dòng)空間及流速確實(shí)定實(shí)際生產(chǎn)中，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)采用冷卻水走管程，煤油走殼

11、程。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=0.5m/s。3.2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程煤油的定性溫度：T= =92.5管程流體的定性溫度：t=35()根據(jù)定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在92.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度0=825kg/m3定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)o=0.140W/(m)粘度o=0.000715Pas冷卻水在35的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度i=994kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.08kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)i=0.626W/(m)粘度i=0.000725Pas3.2.3計(jì)算總傳熱系數(shù)1煤油傳熱熱量和

12、流量Qo=moCpoto= =2248KW2平均傳熱溫差()3冷卻水用量kg/h4總傳熱系數(shù)1)管程傳熱系數(shù)2)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)W/m2污垢熱阻Rsi=0.000344m2/WRso=0.000172m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)3.2.4計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度，S=1.15S=1.15247.2=284.33.2.5工藝構(gòu)造尺寸1管徑和管內(nèi)流速選用252.5傳熱管碳鋼，取管內(nèi)流速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)根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程構(gòu)造。取傳熱管長(zhǎng)L=6m,則該換熱器管程數(shù)為管程傳熱管總根數(shù)(根)3平均傳熱

13、溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程構(gòu)造，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表可得平均傳熱溫差4傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距，則橫過(guò)管束中心線的管數(shù)根5殼體內(nèi)徑采用多管程構(gòu)造，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整可取6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，則切去的圓缺高度為。取折流板間距，則 B取330mm折流板數(shù)塊折流板圓缺水平裝配。7接收殼程流體進(jìn)出口接收：取接收內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接收內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。管程流體進(jìn)出口接收：取接收內(nèi)循環(huán)水流速為，則接收內(nèi)徑為3.2.6換熱器核算1熱量核算1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)

14、圓缺形折流板，可采取克恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排列得殼程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2)管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)3)傳熱系數(shù)4)傳熱面積該換熱器的實(shí)際傳熱面積該換熱器的面積裕度傳熱面積裕度適宜，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1管程流動(dòng)阻力，由，傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得，流速，所以，管程流動(dòng)阻力在允許*圍之內(nèi)。2殼程阻力，流體流經(jīng)管束的阻力流體流過(guò)折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動(dòng)阻力也比擬適宜。第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果列表4.1換熱器主要構(gòu)造尺寸和計(jì)算結(jié)果表1 換熱器主要構(gòu)造尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：浮頭式

15、列管換熱器換熱器面積：284.3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，MPa0.10.03操作溫度，30/4040/145流量，kg/h5501160198284流體密度，kg/994825流速，m/s0.4990.147傳熱量，kw108總傳熱系數(shù)，w/k308對(duì)流傳熱系數(shù)，w/k2732.8470.6污垢系數(shù)，k/w0.0003440.000172阻力將，Pa4918.22629.86程數(shù)21使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù) 603管長(zhǎng)，mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm330保溫層厚度，mm4.2設(shè)計(jì)結(jié)果的討論換

16、熱器的種類繁多，不同的換熱器由其各自的優(yōu)點(diǎn)和使用局限。本課程設(shè)計(jì)中選用浮頭式換熱器，這種換熱器相比其他換熱器有以下幾點(diǎn)明顯的優(yōu)勢(shì)：管束可抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作；可用于結(jié)垢比擬嚴(yán)重的場(chǎng)合；可用于管程易腐蝕的場(chǎng)合。但同時(shí)也有一些缺點(diǎn)，例如，造價(jià)高、構(gòu)造復(fù)雜等等。完畢語(yǔ)經(jīng)過(guò)幾天的努力終于完成了本次課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)不只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，同時(shí)也是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)我們要學(xué)的東西還很多，不能眼高手低。在以后的學(xué)習(xí)生活中也要像這樣不斷在實(shí)踐中提高自己的綜合素質(zhì)。本次設(shè)計(jì)在遇到困難時(shí)總是我們四

17、個(gè)組員一起討論和查看參考文獻(xiàn)，既而進(jìn)展攻堅(jiān)，所以在此感謝我的團(tuán)隊(duì)，感謝幫助我的同學(xué)們。在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我感覺(jué)我理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提高，主要有以下幾點(diǎn)： 1掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力； 2樹(shù)立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到了操作時(shí)的勞動(dòng)條件和各方面的因素的正確的設(shè)計(jì)思想，在這種思想的指導(dǎo)下去分析和解決問(wèn)題的能力； 3培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)展工程計(jì)算的能力； 4學(xué)會(huì)了用簡(jiǎn)潔的文字和清晰的圖紙來(lái)表達(dá)自己思想的能力； 5隊(duì)員之間相互合作，了解了團(tuán)隊(duì)的力量。參考文獻(xiàn)1 王志魁，*麗英，*偉化工原理 M第四版：化學(xué)工業(yè)，201052 *巍，冷換設(shè)備工藝計(jì)算手冊(cè)M：*，20033 賈紹義，柴誠(chéng)敬主編化工原理課程設(shè)計(jì)M*：*大學(xué)，20024 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)M：華南工學(xué)院，19865 李功樣，陳蘭英，*英德主編常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)M：華南理工大學(xué)，20036 涂偉萍，陳佩珍，程達(dá)芬主編化工工程及設(shè)備設(shè)計(jì)M：化學(xué)工業(yè)，2000符號(hào)說(shuō)明 英文字母B折流板間距，m； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；C系數(shù)，無(wú)量綱； S或A傳熱面積，md管徑，m； t冷流體溫度，C；D換熱器外殼內(nèi)經(jīng)，m a或t管心距，m