化工原理课程设计---煤油冷却器设计.docx

化工原理课程设计设计题目: 煤油冷却器设计班 级： 应化0902姓 名： 王佩佩指导老师： 王华军时 间：2012-9-5目录1 目录.22 设计任务书.33 设计方案简介.32.1、选择换热器的类型：.32.2、流体空间及流速的确定：.3四设计条件及主要物性参数表.4五工艺计算及主要设备设计.55.1估算传热面积.5计算热负荷和冷却水流量.5计算两流体的平均传热温差.5估算传热面积.55.2主体结构的工艺结构尺寸.6管径和管内流速.7管程数和传热管数.7传热管排列和分程方法.7壳体内径.7折流板.7拉杆的直径和数量与定距管的选定.7接管.7换热器的结构基本参数.85.3换热器主要传热参数核算.8热流量核算.8壳程表面传热系数.9管内表面传热系数.10污垢热阻和管壁热阻.10传热系数K.10传热面积裕度.11壁温核算.11换热器内流体的流动阻力.11管程流动阻力.11壳程流动阻力.12六辅助设备的计算及选型.136.1对壳程流体煤油所需的泵进行计算选择，.136.2对管程循环水所需的泵进行计算选择，.14七设计结果汇总表.16八自我评价.17九（附图）工艺流程图（简）及主体设备工艺条件图（装配图）.17十致谢.18十一主要参考文献.18设计任务书1.设计题目: 煤油冷却器设计2.设计任务及操作条件设备型式：列管式换热器处理能力：15+0.122=15.4万吨/年煤油。操作条件：（1） 煤油：入口温度140，出口40 ；（2） 冷却介质：自来水。（3） 允许压降：不大于105Pa（4） 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，粘度： 7.1510-4Pas，比热容为2.22kJ/(kg ) ，导热系数为0.14W/(m )。（5）每年按330天计算，每天24小时运行。3.设计项目试设计选择适宜的列管式换热器并进行核算。根据设计项目绘出换热器装配图。设计方案简介确定初步方案：2.1、选择换热器的类型：两流体温度变化情况：热流体进口温度140 ,出口温度40 ；冷流体（循环水）进口温度30，出口温度40.由于该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。2.2、流体空间及流速的确定：已知两流体允许压强降不大于100kPa；两流体分别为煤油和自来水。与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程，而使煤油走壳程。设计条件及主要物性参数表定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。(设水温为30到40)壳程流体（煤油）的定性温度为： T=140+402=90管程流体（水）的定性温度为： t=40+302=35在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(冷却水和煤油)的有关物性数据，如下：煤油在90 下的有关物性数据如下:密度 =825kg/m3定压比热容 Cp=2.22KJ/(kg）热导率 =0.14W/(m)粘度c=7.1510-4PaS循环冷却水在35下的有关物性数据密度i=994kg/m3定压比热容cpi=4.08KJ/(kgK)热导率i=0.626W/(mK)粘度i=0.72510-3PaS为便于查看，可列表如下：密度/（/m3）比热容/（kJ/kg）导热系数/（W/m）粘度/（Pas）煤油8252.220.147.1510-4水(35)9944.080.6267.2510-4工艺计算及主要设备设计1.估算传热面积 （1）、计算热负荷和冷却水流量煤油流量热负荷为：冷却水流量（2）、计算两流体的平均传热温差按单壳程多管程进行计算，对逆流传热温度差进行校正根据化工原理1（上） P213，公式（4-45）得逆流传热温差为（3）、估算传热面积 由常用化工单元设备设计表1-6，查得水与煤油之间的传热系数在290-698w/(m2.oC)，初步设定K=400w/(m2.oC)。估算的传热面积为： 考虑15%的面积裕度，S=1.15A=76.861.15=88.39()2.主体构件的工艺结构尺寸（1）、管径和管内流速 选用252.5的传热管（碳钢管），管内径di=0.025-0.00252=0.02，取管内流速ui=1.0m/s（2）、管程数和传热管数 根据化工原理课程设计7P62，公式3-9可依据传热内径和流速确定单程传热管数 按单管程计算，所需的传热管长度为 按单管程设计，传热管过长，现取传热管长l=6.0，则该换热器管程数为 传热管总根数 N=952=190(根）（3）、传热管的排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程内的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。由化工过程及设备课程设计图3-13取管心距t=1.25d0，则t=1.2525=31.2532(mm)。横过管束中心线的管数为： 隔板中心到离其最近一排中心距离，取各程相邻管的管心距为44mm。其前后箱中隔板设置和介质的流通顺序按化工过程及设备课程设计图3-14选取。（4）、壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 =0.7，由流体力学与传热P206，公式4-115，得壳体内径为 圆整可取 D=600mm。（5）、折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为取折流板间距 B=0.3D，则B=0.3600=180mm折流板数 根据常用化工单元设备设计P34，表格1-13，选取折流板与壳体间的间隙为3 . 5mm, 因此折流板直径Dc = 600 - 2 3 . 5 = 593mm（6）、拉杆的直径和数量与定距管的选定 根据常用化工单元设备设计P35，表格1-17，选用12mm 钢拉杆, 数量8条。定距管采用与换热管相同的管子, 即25mm2 . 5mm 钢管。（7）、接管 壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 d=0.091m取标准管径为100mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为d=0.158m 取标准管径为160mm.（8）、换热器的结构基本参数外壳内径: D = 600mm 换热面积: S =88.39m2换热管数量: N = 190根管长: L =6000mm管子规格:25mm2 . 5mm(碳钢)管中心距: t = 32mm管子排列方式: 正三角形壳程数: 1管程数:2折流板数量: NB = 32块)折流板间距: B= 180mm拉杆数量: 8根 拉杆直径: 12mm定距管: 与换热管相同规格(25mm2 . 5mm(碳钢)通过管板中心的管子数: nc = 16根3.换热器主要传热参数核算（1）、热流量核算壳程对流传热系数可采用克恩公式： 其中：取当量直径de，由于是正三角形排列，得 壳程流通截面积A0： 壳程流体流速及其雷诺系数分别为 普朗特准数Pr 故壳程对流传热系数 管程对流传热系数水在管程中是被加热，所以公式中的n=0.4，得 其中： 管程流通截面积管程流体流速以及其雷诺数分别为 普朗特准数 故管程对流换热系数 污垢热阻和管壁热阻查有关文献知煤油侧的热阻 R0=0.000172 m2oC/w自来水侧的热阻 Ri=0.000344 m2oC/w钢的导热系数为 =45传热系数K 解得K=424.9 W/(m2.OC)传热面积所选用的换热器的实际传热面积 4.5.1.5传热面积裕度根据化工单元过程及设备课程设计P76，公式（3-36）该换热器的面积裕度为 换热器基本符合实际生产要求。4.壁温 因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁温度可按化工单元过程及设备课程设计P77，公式（3-42）计算。该换热器用自来水冷却水，设定冷却水进口温度为30，出口温度为40来计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳程和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管壁温差可能较大。该温差较大，故需设温度补偿装置。选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 5.换热器内流体的流动阻力（压强降）（1）管程流动阻力，由，传热管相对粗糙度，查莫狄图得，流速，所以， 管程流动阻力在允许范围之内。莫狄图1（2）壳程阻力，流体流经管束的阻力 f0=5.0Re0-0.228=0.487流体流过折流板缺口的阻力，总阻力 1.1m，可将换热器安装在高处），允许汽蚀余量为4.5m。2.对管程循环水所需的泵进行计算选择在IS型单级单吸离心泵性能表中选择IS-125-100-200型离心泵，其性能参数如下：泵型号流量Q扬程H转数n效率轴功率电机功率汽蚀余量L/smr/min%kWkWmIS-125-100-20012020024033.355.666.757.55045.5290067818028.036.636.4454.54.55.0根据泵的性能参数，采集数据，进行二项式拟合，得到泵的特性曲线，即QH关联式，及Q,Q,QNPSH的关联式，如图所示： 将工作点带人可得，H= 50.46（m) = 80.8% = 35.7 （NPSH）r=4.6(m) 实际汽蚀余量NPSH=（NPSH）r+0.5=5.1(m)由于该设计要求24小时连续不停的运转，所以应备用三台泵，一台运转，一台备用，一台维修。设计结果汇总表换热器型式： 带膨胀节的固定管板式工艺参数管程（自来水）壳程（煤油）质量流量（kg/h）10580119444进/出口温度（）30/40140/40设计压力（MPa）0.10.1物性参数定性温度（）3590密度（kg/m3）994825比热容(kJ/(kg0C)4.082.22粘度(Pas)0.72510-30.71510-3导热系数(W/(m20C)0.6260.14普朗特准数4.7311.34工艺主要计算结果流速（m/s）0.9920.277污垢热阻（m2oC/w）0.0003440.000172阻力（压降）（MPa）0.0370.013对流传热系数(W/(m20C)4730701.5总传热系数(W/(m20C)424.9平均传热温差（）39热流量（KW）1199.074传热面积裕度%13.3设备结构设计程数21推荐使用材料碳钢台数1壳体内径（mm）800传热面积/m282管径（mm）252.5折流板形式上下管数（根）190折流板数/个16管长（mm）6000折流板间距/mm300管子排列方式正三角形切口高度/mm200管间距（mm）32封头2个DN=800mm封头法兰DN=600隔板b=10mm拉杆8根d=12mm支座JB/T 4712-92管箱DN=800U型膨胀节R=45mm定距管252.5管板b=50mm壳程接管2504壳程接管法兰DN=250mm管程接管2504管程接管法兰DN=250mm自我评价 本次化工原理课程设计，加深了我对化工原理课本知识的理解，同时使我学会了综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务，提高了我动手的能力和灵活运用知识的能力，也让我体会到了工程设计的复杂性，让我受益匪浅。在这次化工原理课程设计中，我的理论运用于实践的能力得到了很到的提升，主要有以下的几个方面：初步掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据的能力。树立了既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作过程中的方便性，劳动条件和环保性的正确设计思想，在这种思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。培养了迅速准确的进行工程计算的能力。熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。由于对换热器的实际运用还较陌生，可查阅的文献有限，本次设计还有很多不完善的地方。（附图）工艺流程图（简）及主体设备工艺条件图（装配图）工艺流程图：说明：由于循环冷却水较易结垢，为便了水垢的清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。如图：煤油经泵抽上来，经加热器加热后，再经管道，接管C进入换热器壳程，冷却水经经泵抽上来后从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，煤油从140冷却至40后由接管D流出；循环冷却水则从30加热至40后，由接管B流出。致谢感谢老师给我们一次理论用于实际的机会 通过这次课程设计让我们获益良多。感谢网络的发达，有问题找百度很方便。感谢热心的同学们，有问题互相讨论。感谢很多人事让我能做出这份课程设计。主要参