重油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、重油冷卻器的設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：化工原理課程設(shè)計(jì)題目：重油冷卻器的設(shè)計(jì)系部：專(zhuān)業(yè)：學(xué)生姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師姓名:設(shè)計(jì)完成時(shí)間:化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：重油冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1處理能力：1.8104t/a重油2、設(shè)備型式：標(biāo)準(zhǔn)列管式換熱器3、操作條件釜?dú)堄停褐赜停肟跍囟?02C，出口溫度40C。冷卻介質(zhì)：井水，入口溫度19C，出口溫度30C換熱器管程和殼程壓強(qiáng)降：不大于100kPa。重油在平均溫度下的物性數(shù)據(jù)：p=986kg/r?i卩=2.9x-3pa.scp=1.99kJ/(kgC)入=0.136W/(mC)每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。4、建廠地址：本

2、溪地區(qū)三、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：1、傳熱面積、換熱管根數(shù)；2、確定管束的排列方式、程數(shù)、折流板的規(guī)格和數(shù)量等；3、殼體的內(nèi)徑；4、冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；5、核算總傳熱系數(shù)；6、管殼程流體阻力校核。四、設(shè)計(jì)成果:設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份五、設(shè)計(jì)時(shí)間一周。六、設(shè)計(jì)進(jìn)程：指導(dǎo)教師布置實(shí)踐題目0.5天設(shè)計(jì)方案確定0.5天工藝計(jì)算2.0天繪圖0.5天編寫(xiě)實(shí)踐說(shuō)明書(shū)1.0天答辯0.5天目錄TOCo1-5hz化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)I1概述12換熱器的工藝計(jì)算22.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)22.2換熱器面積的估算3熱負(fù)荷計(jì)算3平均傳熱溫差及其校正3傳熱面積42.3換熱器工藝尺寸的計(jì)算4殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計(jì)算4折流板的選擇5

3、接管53換熱器核算53.1傳熱能力的核算5管程的對(duì)流傳熱系數(shù)5殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)6污垢熱阻和管壁熱阻6總傳熱系數(shù)63.2傳熱面積核算73.3換熱器流體阻力計(jì)算7管程流體阻力計(jì)算7殼程流體阻力計(jì)算7設(shè)計(jì)結(jié)果匯總8設(shè)計(jì)評(píng)述9參考文獻(xiàn)10附錄111概述在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在化工、石油、動(dòng)力、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(lèi)型也多種多樣，不同類(lèi)型的換熱器也各有優(yōu)

4、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。列管式換熱器有以下幾種:1、固定管板式固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí),在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí),補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。1-折流擋板；2-管束；3-殼體；4-封頭；5-接管；6-管板圖1-1固定管板式換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。2、U形管式U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進(jìn)、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封

5、頭內(nèi)用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。圖1-2U形管式換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場(chǎng)合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。3、浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱(chēng)浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。圖1-3浮頭式換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)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2換熱器的工藝計(jì)算2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程重油的定性溫度T（10240）/271C管程井水的定性溫度T(1930)/224.5C根據(jù)定性溫度，分別查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物性參

6、數(shù)表流體t,CP,kg/m3卩,mPa-s重油719862.9井水24.3994.30.890流體Cp,kJ/(kgC/入，W/(m-C/腐蝕性重油1.990.136有井水4.1740.618一2.2換熱器面積的估算2.2.1熱負(fù)荷計(jì)算重油的質(zhì)量流量：mo衛(wèi)102272kg/h33024熱流量：Qom0cp2(T,T2)22721.99(10240)2.8105kJ/h2.184105W平均傳熱溫差及其校正T1T1102C40Ct119Ct230Ctm(10230)(4019)In丄t2in型304041.39C19T1-T2102t1-t2405.63019型少0.1310219查圖求得溫差

7、修正系數(shù)t0.93,所以tmtmtC傳熱面積初選k240w/（m2C），所以AQktm24923.6m2選用的換熱器的面積一般應(yīng)比計(jì)算值大10%15%故A2根據(jù)傳熱面積，查書(shū)后附錄十九可知:選用252.5傳熱管（碳鋼）換熱管長(zhǎng)度L=3000mm管程的流通截面積為s=0.0198m2公稱(chēng)直徑DN=450mm管程數(shù)為2管子數(shù)為N126中心管排數(shù)為nc12管心距t32mm2.2.4凈水用量56098.36kg/n6098.36kg/nw28一cp1t4.174(3019)2.3換熱器工藝尺寸的計(jì)算2.3.1殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計(jì)算殼程內(nèi)徑:450.8mm采用弓形折

8、流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑為25%則切去圓缺高度為h=0.25450=112.5mm,可取h=110mm取折流擋板間距,可取B0.15m故流通截面積：A2(D-ncd0)B()2流速：u2流速：u2m36002A2227236009860.03150.023m/s由以上核算看出，初選的換熱器，管程、殼程的流速和雷諾數(shù)都是合適的當(dāng)量直徑:de4(22-d02)44(、30.03220.0252)4002mmd0U.UZ.1111110.025雷諾數(shù)：Re2U22de0.0239860.02156.4232.9101Re2U22d00.0239860.025195.522.91032.3

9、.2折流板的選擇折流板數(shù)：NbL1B折流板數(shù)：NbL1B3000119(塊)150接管殼程流體進(jìn)出口接管:殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)重油流速為U11.0m/s,則接管內(nèi)徑為:d14V1U14227236009860.029m取整后圓管內(nèi)徑可取為30mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)井水水流速u(mài)=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為:d24V2U2:360046098.360.038m取整后圓管內(nèi)徑也可取為40mm3換熱器核算3.1傳熱能力的核算管程的對(duì)流傳熱系數(shù)設(shè)管內(nèi)流速u(mài)10.6m/s雷諾數(shù)：Re106沁半1340610410.89103普朗特?cái)?shù)：Pri1cp1.89010341741035.9530

10、.62410.02Re10.8Pr10.30.0230624(13406)0.85.9530.3d10.02C)殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)弓形折流板，可采用克恩公式2455.5W/(m20.36Re2.55Pr213de雷諾數(shù)Re2156.4普朗特?cái)?shù)Pr2雖29衛(wèi)1.991042.4320.136因殼程流體被冷卻，故取粘度校正=1.0520.551/30.36Re2Prde0.1360.551/3W/(污垢熱阻和管壁熱阻R10.00058m2KWR20.00176m2KW總傳熱系數(shù)1d11dR1dd0bdidmR20.020.020.025450.02250.001761585.3=234w/(m.

11、C)3.2傳熱面積核算傳熱面積：AQ.18410524.24m2Ktm23438.49該換熱器的實(shí)際傳熱面積：Ad0312629.67m2該換熱器的面積裕度：HA-A100%A24.24100%22.4%傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)3.3換熱器流體阻力計(jì)算3.3.1管程流體阻力計(jì)算Pt(PiPr)FtNsNpNs1,Np2,Ft1.4Pi21U1U1Pi1d1Pr22u13u122W36001s6098.360.086m/sL1d121U120.624-0.02344.16PaPr3u21230.0862994.3211.03Pa所以管程總壓降：Pt(PPr)FtNsNp()1.

12、412994.63Pa100kpa管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。3.3.2殼程流體阻力計(jì)算Ps(P1P2)FsNs流體流經(jīng)管束的阻力:PiFf(NB1)其中F0.5f05.00.228Re。5.0u0d00nc12Nb19U20.023m/s5.01.632.910p1Ff0(NB1)2U22(191)9860.02324.17Pa流體流過(guò)折流板缺口的阻力:p2Nb(3.52h)U22D)219(3.520.11)9860.02320.45)14.92Pa總阻力:Ps(P1P2)FsNs)殼程流動(dòng)阻力也比較適宜設(shè)計(jì)結(jié)果匯總名稱(chēng)管程殼程換熱器型式固定管板式使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管數(shù)，根

13、126管長(zhǎng)，mm3000管間距，mm32中心排管數(shù)nc12管子排列方式正三角形折流擋板型式弓形折流擋板間距，mm150折流擋板切口咼度25%殼體內(nèi)徑，mm450程數(shù)21流通面積，m20.01980.0315傳熱面積，m224.24物料名稱(chēng)井水重油操作壓力，MPa0.000990.000022操作溫度，C（進(jìn)/出）30/19102/40流里，kg/h6098.362272流速，m/s0.0860.023熱負(fù)荷，kw1038.8流體流動(dòng)形式逆流對(duì)流傳熱系數(shù)，w/m2k2455.5585.5總傳熱系數(shù)，w/m2k234裕度22.4%壓力降，Pa994.6321.95設(shè)計(jì)評(píng)述經(jīng)過(guò)了一個(gè)星期的學(xué)習(xí)和工作

14、，我終于完成了本次化工原理課程設(shè)計(jì)重油冷卻器的設(shè)計(jì)，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì)課程設(shè)計(jì)一無(wú)所知，對(duì)CAD制圖等相關(guān)技術(shù)不是很了解的狀態(tài)，我開(kāi)始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩設(shè)計(jì)一步步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解了實(shí)踐的重要性，尤其要把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，我們利用課本上學(xué)到的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合

15、適的設(shè)計(jì)參數(shù)。在做計(jì)算這一部分的時(shí)候，由于一開(kāi)始思路和素質(zhì)的錯(cuò)誤，導(dǎo)致所有的努力付諸東流。但是從中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)是值得興慰的，為以后的成功奠定了基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練讓我對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)考驗(yàn)，雖然我的課程設(shè)計(jì)不是很成熟，還有很多不足之處，但通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。參考文獻(xiàn)1袁慶龍，候文義.Ni-P合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究J太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,32（1）:51-53.（連續(xù)出版物：序號(hào)主要責(zé)任者文獻(xiàn)題名J.刊名，出版年份，卷號(hào)（期號(hào)）：起止頁(yè)碼）2劉國(guó)鈞，王連成.圖書(shū)館史研究M.北京

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