煤油冷却器的课程设计

1、化工原理课程设计题目 煤油冷却器的设计学院名称化学化工学院指导教师刘慧君职称 教授班级 无机 131学号 20134550115学生姓名刘涛T0目录第一章.2第二章 管壳式换热器设计 .2(1)选择换热器的类型 .2（2） 流动空间及流速的确定 .3第三章管壳式换热器的设计计算 .3（1）热流量 .4（2）平均传热温差 .4（3）冷却水用量 .4（4）总传热系数 K .4(1 )管径和管内流速 .5(2)管程数和传热管数 .5(3 )平均传热温差校正及壳程数.5（4）传热管排列和分程方法 .6（5） 壳体内径 .6（6） 折流板 .6（7）接管 .6（1）热量核算 .7（2） 换热器内流体的流

2、动阻力 .8第四章计算结果一览表 .1011第一章前言。固定管板式换热器是一种通用的标准换热设备。 它因结构简单、耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点而在换热设备中占据主导地位固定管板式换热器， 管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体连接， 与其他形式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程。制造成本低，由于不存在弯管部分，管内不易集聚污垢， 即使产生污垢也便于清洗。 为减少温差应力， 壳在壳体上安装膨胀节，利用膨胀节在外力作用下中产生较大的变形能力来降低管束与壳体中的温差应力。第二章管壳式换热器设计1 选型本次生产

3、设计要求中，两流体温度变化情况：热固定管板式换热器温度40。该换热器用循环冷却水冷却，循环冷却水的压力不大于.100000MPa, 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，加之其冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。2 确定计算方案(1) 选择换热器的类型12本次生产设计要求中，两流体温度变化情况：热流体进口温度 130，出口温度 40；冷流体（循环水）进口温度 30，出口温度 40。该换热器用循环冷却水冷却， 循环冷却水的压力为 0.4MPa, 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

4、的管壁温和壳体壁温之差较大， 加之其冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。（2） 流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢以及油品的黏度较大，为便于水垢清洗、减少流动流速取 u i0.5m/ s 。第三章管壳式换热器的设计计算1 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。煤油的定性温度为T12040802水的定性温度为3040t35()2根据定性温度，分别查取煤油和水的有关物性数据。煤油在 85下的有关物性数据如下：密度：0825Kg / m 3定压比热容：cp 0 2.22KJ /( Kg0C)导热系数： 0140 10 3W /( m0

5、C )粘度 ;U=0.000715Pa.s循环冷却水在 35下的物性数据：3密度：i994Kgm13导热系数：i0.626W /( m 0C)粘度： u=0.000725 pa.s2 计算总传热系数（1）热流量Q0=m0cpo(T1-T2)= 190000000 2.22 (120-40)=4260606KW330 24（ 2） 平均传热温差 tm=33.7 （ 3） 冷却水用量QWi =42606064.08(4030)104426Cpiti（4）总传热系数 K管程传热系数Re=di ui pi ui =0.029940.050.000725=13710由于管程中的流体为水， 其在 35下的

6、黏度小于 2 倍的常温水的黏度， 属于低粘度流体，其传热系数应用迪克斯 -贝尔特关联式，即：0.023idi uii)0.8cpi0.4idi()ii=2733.2壳程传热系数假设壳程的传热系数：o150W /(m2. )污垢热阻Rsi=0.000344m2./WR SO=0.0002m2. /W管壁的导热系数14K1doRsidobdoRso1ai did idmo=122W /(m2.0C)3 计算传热面积S， =118480012233.7=288m2=考虑 15%的面积裕度（安全系数和初估性质） ：S=1.5S=2881.5=432.3m2+4 工艺结构尺寸(1 )管径和管内流速选用

7、252.5mm传热管，取管内流速ui0.5m/ s 。(2) 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数ns=193 根按单程管计算，所需的传热管长度为L=S=28.5m3.14do nL=6m，按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长则该换热管管程数为 2, 则ns=432.5 3.14 0.025 6=918 根每程管数为9182=459 根管内流速为， ui=0.056m/s(3 ) 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R= 1204084030154030P=0.1120 30按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得=0848平均传热温差

8、tm=0.848 33.7=28.6 （ 4） 传热管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。取管心距 t1.25d0 ，则t1.252531.2532(mm)横过管束中心线的管数Nc=1.19N=36（根）（5 ） 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率0.7 ，则壳体内径为D=1.05t N1217mm圆整取 D=1300mm（6） 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 35%，则切去的圆缺高度为 h=0.351300=455mm，取折流板间距 B=0.6D，则B=0.61300=780mm，折流板数N B =传热管长 /折流板间距 1

9、=6000 780-1=7 块折流板圆缺面水平装配。（7）接管16壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为15m/s，则接管内径为d= 4v0.157 m取标准管径为 157 mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为1.5m/s，则接管内径为D2=0.39m取标准管径为 390mm。5 换热器核算（ 1） 热量核算（ 1）壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式0 0.360Re0.55 Pr1/ 3 (0)0.14de0w当量直径，由正三角形排列得3223224( 2t4 d 0) 4(20.0320.785 0.025 )ded 03.140.020(m)0.025壳程流通截面积

10、SO =BD(1-d o t)=0.698m壳程流体流速及雷诺数分别为Uo=190000000 330 24 3600 8250.131=0.06.Reo=1384.5普兰特准数Pr=2.22 103 2.1 10-5 0.14=0.333粘度校正 : () 0.140.95 ( 由于壁温未知且用试差法比较繁琐，故液体冷却时w用近似值 )& o=65.3W/(m 2 . )（ 2）管程对流传热系数i0.80.4i0.023RePr管程流通截面积91839Si =0.785 0.02 0.02 ( (） 0. 138 m2217管程流体流速UI=104426 3600 994 0.507=0.0

11、57m/sRe=1562.9普兰特数Pr=4.73&=0.023 0.626 0.02 1562.90.8 4.730.4=480.7W/(m 2。 )（ 3）热系数 KK1dobdo1d oa diRsi didmRsoio=53.8W/(m 2 。 )（ 4）传热面积 SQS=489.4m2K tm该换热器的实际传热面积SpS 批 =3.14 0.025 (918-36) (6-1.384)=411该换热器的面积裕度为H=(489.4-411) 411=19%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（ 2 ） 换热器内流体的流动阻力（ 1）管程流动阻力Pi( P1P2 )Ft Ns N

12、pNs1,N p2, Ft1.4Plu2,Pu21id222由 Re=1562.9，传热管相对粗糙度 0.01/20=0.0005.查莫狄图得 :yi =0.022 w/(m. ) ，流速ui=0.057 ,994Kg m 3所以p 1=0.022 60.02 0.0224 2 9942=164.6PaP2=3 994 0.2242 2=74.8Pa（ 74.8+164.8 ） 1.42=670 10kPa18管程流动阻力在允许范围内。（ 2）壳程阻力P( P P)F Ns012tNs=1Fs=1流体流经管束的阻力P1F f0 nc ( NB 1)u022F=0.5f o=0.96Nc= 36

13、N b=7m/s,p1=205pa流体流过折流板缺口的阻力B=0.78m，D=1.3mp 2=26.7pa总阻力26.7+20510kPa因此，壳程流动阻力也比较适宜（ 3）换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表19第四章计算结果一览表换热器型式：固定管板式换热面积 (m2 ) ：411工艺参数名称管程壳程物料名称循环水煤油操作压力， Mpa0.50.4操作温度， 0C30/40120/40流量， Kg/h1044264260606流体密度， Kgm 3994825流速， m/s0.5000.1424传热量， KW1184.8总传热系数， W / m2 K122对流传热系

14、数， W / m2 K2733.2480.7污垢系数， m2 K / W0.000340.0002阻力降， Mpa0.0039130.002429程数21推荐使用材料碳钢碳钢 25 2.管管子规格管数 918长， 60005mmmm管间距， mm32排列方式正三角形间切口高度 35折流板型式上下距 ， 1834mm管口表符尺寸用途连 接 型号式aDn180冷却循环水入口平面bDn180冷却循环水出口平面cDn100煤油入口凹凸面dDn100煤油出口凹凸面eDn20排气口凹凸面fDn20放净口凹凸面保 温 层 厚壳体内径， mm13000.233度10结束语；本周顺利完成了我应用化学专业化工原理

15、课程设计，总体来看本人的工艺计算、过程设计及绘图等专业能力得到了真正有效的提高，可以较好地把理论学习中的分散知识点和实际生产操作有机结合起来，得到较为合理的设计成果， 达到了课程综合训练的目的，提高了我个人分析和解决化工实际问题的能力。同时，在设计过程中也存在者一些共性的问题，主要表现在：（ 1）设计中存在的问题1设计过程缺乏工程意识。身为学生的我在做课程设计时所设计的结果没有与生产实际需要作参考，只是为了纯粹计算为设计，缺乏对问题的工程概念的解决方法。2.学生对单元设备概念不强。对化工制图、设备元件、材料与标准不熟悉，依葫芦画瓢的不在少数，没有达到课程设计与实际结合、强化“工程”概念的目的。

16、绘图能力欠缺，如：带控制点工艺流程图图幅设置、比例及线型选取、文字编辑、尺寸标注以及设备、仪表、管件表示等绘制不规范。3.物性参数选择以及计算。在化工原理课程设计工程中首要的问题就是物性参数选择以及计算，然而我们于开始并不清楚需要计算哪些物性参数以及如何计算。这对这些问题， 指导老师应在开课之初给我们讲一下每个单元操作所需的物性参数，每个物性参数查取方法以及混合物系物性参数的计算方法，还有如何确定体系的定性温度。（ 2）解决措施1.加强工程意识。设计过程中我们应多做深层次思考，综合考虑经济性、 实用性、安全可靠性和先进性，强化自己的综合和创新能力的培养； 积极查阅资料和复习有关教科书，学会正确

17、使用标准和规范， 强化自己的工程实践能力。 为了增强我们的工程意识提出以下措施：一是在化工原理课程讲述过程中老师应加强对我们工程意识的培养，让我们明确什么是工程概念，比如：理论上的正确性，技术上的可行性，操作上的安全性，经济上的合理性，了解工程问题的计算方法。比如试差法、因此分析法等。二是查阅文献或深入生产实际，了解现代化工生产单元设备作用原理11以及设计理念， 增强对设备的感性认识。 三是老师应让我们明白工程问题的解决方法有多个实施方案， 最后应综合考虑操作费用和经济费用以及安全性等多个方面来确定最优方案。2.强化工程制图本领。为了提高我们工程制图能力， 应强化计算机应用。 在课程设计开设之

18、前应开设 AutoCAD 课程，利用 AutoCAD 软件绘图，即精确又快速，也有利于适应今后实际工程设计的新要求。 此外利用计算机应用程序也可代替试差方法繁琐的人工计算。3.引导学生学会统筹兼顾，从工艺和设备全方位考虑设计问题。化工原理课程设计是一个即繁琐又费时的过程， 这要求老师和学生都要有耐性，要客观的对待每一个步骤， 不能想当然更不能为了凑结果而修改数据。 应科学地对待每一个数据，经得起深究和考验。在以后的课程设计中，要精心准备更先进和工程化的设计任务，我们应多做适当讨论，必将在激发我们学习兴趣、 全面培养我们的综合和创新的工程能力方面再走出重要的一步。附录（ 1）煤油冷却器的设计任务书1设计题目煤油冷却器的设计。2设计任务及操作条件（ 1）处理能力 190000 煤油（ 2）设备型式固定式换热器（ 3）操作条件煤油：入口温 度 120，出口温度 40冷却介质：自来水，入口温度30，出口温度40 ，循环冷却水的压力为0.4MPa（ 4）设计项目设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。换热器的主要结构尺寸设计。主要辅助设备选型。绘制换热器设备图。123设计说明书的内容（ 1）目录；（ 2）设计题目及原始数据 (任务书 )；（ 3）论述换热器总体结构 (换热器型式、主要结构 )的选择；（ 4）换