年处理量9.4×104吨煤油冷却器的设计.doc

食品工程原理课程设计 年年处处理理量量9 4 104吨吨煤煤油油冷冷却却器器的的设设计计 摘 要 本设计是进行煤油冷却器的设计 主要进行了换热器的选型以及煤油输送 泵的型号选择 设计的前半部分是换热器的选型 根据给定的条件估算换热面积 进行换 热器的选择 校核传热系数 计算出实际的换热面积 最后进行压力降的计算 以确定能够完成生产任务并能安全生产 设计的后半部分是关于煤油输送泵的 选择 根据换热器以及给定的条件计算出最大流量和压头确定煤油输送泵的型 号 并核算泵的轴功率 关键词 浮头式换热器 传热系数 泵 食品科学与工程食品科学与工程 I 目录 1引言 1 1 1换热器的类型 1 1 2换热器的选择 1 1 3浮头式换热器特点 4 2正文 4 2 1确定设计方案 4 2 1 1 选择换热器的类型 4 2 1 2 流程的确定 4 2 2确定物性数据 4 2 2 1 确定定性温度 4 2 2 2 确定物性数据 5 2 3估算传热面积 5 2 3 1 计算传热热负荷 Q 5 2 3 2 计算平均传热温差 5 2 3 3 初选总传热面积 6 2 3 4 初选管径 7 2 3 5 初选换热器型号 7 2 4换热器的核算 7 2 5传热系数的校核 8 II 2 5 1 管程的对流传热系数 8 2 5 2 壳程的对流传热系数 9 2 5 3 确定污垢热阻 9 2 5 4 计算总传热系数 K 9 2 5 5 计算热传热面积 10 2 6换热器压力降的核算 10 2 6 1 管程阻力损失 10 2 6 2 壳程阻力损失 11 2 7水泵的选择 12 2 7 1 流量的计算 12 2 7 2 扬程的计算 12 2 7 3 选择水泵的型号 13 2 8设计小结 13 2 8 1 主要结构尺寸和计算结果 13 2 8 2 浮头式换热器结构参考图 15 2 9设计评述 15 3参考文献 16 1 年年处处理理量量 9 4 10 4 吨吨煤煤油油冷冷却却器器的的设设计计 1引言 1 1 换热器的类型 换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备 尤其是石油 化工生产中应 用最为广泛 在化工中换热器可用作加热器 预热器 冷却器 冷凝器 蒸发 器和再沸器等 换热器的类型很多 性能各异 根据热量的传递方式的不同可 将换热器分为直接接触式换热器 蓄热式换热器和间壁式换热器三种 以上三 种换热器中以间壁式换热器应用最为广泛 型式也最为多样 可分为管式换热 器 板式换热器和特殊性换热器 管式换热器通过管子壁面进行传热 按传热管的结构可分为套管式换热器 蛇管式换热器 列管式换热器 翅片管式换热器等几种 板式换热器通过板面进 行传热 按传热板的结构可分为夹套式换热器 平板式换热器 螺旋板式换热 器 热板式换热器及板翅式换热器等几种 而特殊型式换热器是指根据工艺特 殊要求而设计的 具有特殊结构的换热器 如热管换热器 板壳式换热器等 其中列管式换热器又称管壳式换热器 是一种通用的标准换热设备 它因 结构简单 坚固耐用 造价低廉 用材广泛 清洗方便 适应性强等优点而在 化工厂中应用最为广泛 根据其结构特点又可分为固定管板式换热器 浮头式 换热器 U 形管式换热器 1 2 换热器的选择 1 类型的选择 2 换热器的种类很多 选择时应根据操作温度 压力 换热器的热负荷 管 程与壳程的温度差 换热器的腐蚀性能及其他特性 检修与清洗要求等因素综 合考虑 2 流体通道的选择 3 1 不洁净和易结垢的流体宜走管程 因管内清洗方便 2 腐蚀性流体宜走管程 以免管束和壳体同时受腐蚀 3 高压流体宜走管程 以免壳体受压 并且可节省壳体金属的消耗量 4 有毒流体宜走管程 使泄露机会减少 5 饱和蒸汽宜走壳程 因饱和蒸汽比较洁净 对流传热系数与流速无关 而 且冷凝液容易排出 6 被冷却的流体宜走壳程 可利用壳体散热 增强冷却效果 7 粘度较大或流量较小的流体宜走壳程 因流体在有折流板的壳程流动时 由于流体流向和流速不断改变 在很低的雷诺数 Re104 流体在圆形管道内作强制湍流 1 Rei0 8 Prn i i i 0 023 d MERGEFORMAT 2 19 流体被加热时 n 0 4 l 流体被冷却时 n 0 3 2 Pr 43 p 7 28 104 174 10 4 85 0 626 C MERGEFORMAT 2 20 W 1 0 80 4 i 0 626 0 023 23484 4 854238 5 0 02 MERGEFORMAT 2 21 10 2 5 2壳程的对流传热系数 对于壳体是圆筒 管束中各列的管子数目并不相同 而且大都装有折流挡 板 使得流体的流向和流速不断的变化 因而在 Re 100 时即可达到湍流 当换热器内装有圆缺形挡板 缺口面积约为 25 的壳体内截面积 时 壳 程流体的对流传热系数可用凯恩法求算 2 即 0 551 30 14 o w 0 36RePr de MERGEFORMAT 2 22 式中是考虑热流方向的校正系数 可以用表 0 14 w u 示 流体被加热时 1 05 流体被冷却时 0 95 2 u u Pr 43 p 7 15 102 22 10 11 34 0 14 C MERGEFORMAT 2 23 W 1 0 551 30 14 o 0 14 0 36554511 34 0 95 473 5 0 027 MERGEFORMAT 2 24 2 5 3确定污垢热阻 查食品工程原理附表得 自来水的 Rsi 1 72 10 4 W 1 煤油 Rso 1 72 10 4 W 1 1 2 5 4计算总传热系数 K 以外表面为基准 由化工原理第二册附录可取 11 W 145 o oooo siso iiiio 44 1 1 ln 1 0 0250 0250 0250 0251 1 72 10ln1 72 10 0 02 4238 50 022 500 02463 345 1 K rrrr RR rrr MERGEFORMAT 2 25 2 5 5计算热传热面积 5 2 m 7 03 10 38 8m 345 1 49 22 Q A K T MERGEFORMAT 2 26 实际传热面积 2 208 3 14 0 025 349mAn dl MERGEFORMAT 2 27 4941 39 100 15 5 10 49 AA A MERGEFORMAT 2 28 2 6 换热器压力降的核算 2 6 1管程阻力损失 因进出口阻力较小 可忽略不计 2 i12tsp ppp F N N MERGEFORMAT 2 29 12 式中 直管阻力损失 Pa 1 P 回弯的阻力损失 Pa 2 P Ft 结垢校正系数 Ns 串联的壳程数 因 Re234844000 0 250 25 0 31640 3164 0 0256 Re23484 MERGEFORMAT 2 30 2 i 1 2 ul p d MERGEFORMAT 2 31 2 i 2 3 2 u p MERGEFORMAT 2 32 22 i 12 3994 0 86 3 0 02563 2514 2 20 022 ul pp d MERGEFORMAT 2 33 对于的管 Ft 1 4 2 25mm2 5mm MERGEFORMAT 2 34 2 6 2壳程阻力损失 i 2514 2 1 4 1 414079 52Pa 30KPap 13 ss o12 ppp F N MERGEFORMAT 2 35 2 o 1oc 1 2 B u pFf NN MERGEFORMAT 2 36 式中 F 管子排列方式对压强降得校正系数 fo 壳程流体摩擦系数 Ft 壳程压力降的垢层校正系数 NB 折流挡板数 Nc 水平管束在垂直列上的管数 选管列为正方形 45 错列 取 F 0 4 0 2280 228 5 05 0 55450 7 o fRe MERGEFORMAT 2 37 0 5 0 5 c 208 1 191 198 6 4 T NN MERGEFORMAT 2 38 挡板数 3 1119 0 15 l B z N MERGEFORMAT 2 39 则 1 2 825 0 178 0 4 0 7 8 6 19 1 629 2 p MERGEFORMAT 2 40 14 22 2 22 0 15825 0 178 3 5 19 3 5 745 0 20 62 o B uB pN D MERGEFORMAT 2 41 污垢校正系数 Fs 1 15 2 则 4000 管程 壳程流体流动为湍流 能够 较好的达到换热的要求 管程采用排 45 正方形列 而在各管程之间为了便于 安装隔板 也便于机械清洗 该换热器的换热面积裕度 H 15 5 在 10 30 之间 则所设计换热器能够完成生产任务 管程 壳程流动阻力分别为 14 080KPa 1 580KPa 均小于 30KPa 在允许范围之内 另外 油泵的选择还有 1