化工参考资料原理柴油冷却器设计

1、长沙学院课程设计说明书题目柴油冷却器设计系(部)生物工程与环境科学系专业（班级）11 级生物营养 1 班姓名欧阳东晓学号36指导教师罗卓起 止日期2013.5.202013.5.31系主任_张建社_ 指导教师_罗卓 _ 学生_欧阳东晓 _编号： 1.03一、设计题目名称 ：年处理 85000 吨柴油油冷却器的设计二、设计条件 ：1柴油：入口温度： 145，出口温度： 45；2冷却介质，循环水（ P 为 0.3MPa，进口温度 20，出口温度 36） 3允许压强降，不超过 105Pa；4每年按 330天计；每天 24 h 连续运转。5处理能力 85000吨/ 年； 6设备型式：列管式换热器。7柴

2、油定性温度下的物性数据见表 1.1:表 1.1 柴油定性温度下的物性数据物料比热 kJ/kg. 密度 kg/m3导热系数 W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、设计内容1热量衡算及初步估算换热面积；2.冷却器的选型及流动空间的选择；3.冷却器的校核计算；4.结构及附件设计计算；5绘制带控制点的工艺流程图（ A2）及冷却器的工艺条件图（ A2）； 6编写设计说明书。四、厂址 :长沙地区（大气压为 10.28m 水柱） 五、设计任务完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计 和选用，绘制换热器

3、系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。六、设计时间安排二周：长沙学院课程设计鉴定表姓名欧阳东晓 学号36专业生物工程班级1班设计题目年处理 85000 吨柴油冷却器指导教师罗卓指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名： 日期：说明 课程设计成绩分 “优秀”、“良好”、“及格”、“不及格 ”四类；目录第 1 章 固定管板式柴油冷却器的设计 . 11.1设计任务 . 11.2设计条件 . 11.3设计要求 . 1第 2 章 固定管板式柴油冷却器的设计工艺计算

4、书 . 22.1确定设计方案 . 2. . 2. . 22.2确定物性数据 . 22.3计算总传热系数 . . 2. . 2. . 3. . 3. . 3. . 32.4. 计算传热面积 . . 42.5工艺结构尺寸 . 444555552.6换热器核算 . . 6. . 6. . 72.7附属设备 . . 8. . 8. . 9第 3 章 换热器主要结构尺寸和计算结果 . 113.1 主要结构尺寸 . 113.2符号说明 . . 12结 论. . 14致 谢. . 15参考文献 . . 16第1章 固定管板式柴油冷却器的设计1.1 设计任务1. 处理能力：柴油 85000吨/ 年2.设备形式

5、：固定列管式换热器1.2 设计条件1柴油：入口温度： 145，出口温度： 45；2冷却介质，循环水（ P 为 0.3MPa，进口温度 20，出口温度 36）3允许压强降，不超过 105Pa；4每年按 330天计；每天 24 h 连续运转。5处理能力 85000吨/ 年；6设备型式：列管式换热器。7柴油定性温度下的物性数据见表 1.1:表 1. 柴油定性温度下的物性数据物料比热 kJ/kg. 密度 kg/m3导热系数 W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3 设计要求 完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有

6、关附属设备的进行设计 和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。第 2章 固定管板式柴油冷却器的设计工艺计算书2.1 确定设计方案两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。两流体温度变化情况： 热流体进口温度 145，出口温度 45；冷流体（循环水） 进口温度 20，出口温度 36。该换热器用循环水冷却，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 用固定管板式换热器。由于循环水易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用 25 2.5mm的碳钢管 1 ，管内流速取

7、ui=0.5m/s。2.2 确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程油的定性温度为 T=（145+45） /2=95（） 管程流体的定性温度为 t=（20+36） /2=28（） 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据见表2.1：表 2.1 定性温度下壳程和管程流体的有关物性数据物料比热 kJ/kg. 密度 kg/m3导热系数 W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640资料来源化工原理手册2.3 计算总传热系数85000 qmo= mo 330 2410732kg / hQ=qmoCpot o=107322

8、.56 103(145-45)=2.7474109J/h2930W / m2 qmic pi t i2,7474 1094. 3 103 (36 20)39933kg / h)tmt1t2 (145 36) (45 20)t1145 36ln lnt245 20841.4757以逆流计算）2Redi ui ii0.02 1.0 9946. 4 10 415531，故采用下式计算 i1 0. 023d110. 6260.02 0. 5 9944. 3 103 6. 4 10 40. 0206.4 10 40. 80. 6260.40. 0232假设壳程给热系数 o300W/( m2 C)22Rs

9、i 0. 000344m2 C/W2Rso 0. 000172m2 C/W2碳钢的导热系数45W/ （m C）QKtm92. 74747 109250 57. 5 360053. 5考虑 15%的面积裕度， S 1. 15S 1.15 53.5 61. 5(m2)2.5 工艺结构尺寸选用 25 2.5mm的碳钢换热管 1 ，管内流速 ui 0.5m/ s根据传热管内径和流速确定单程传热管数V2di2ui439933 /( 994 3600)0. 785 0. 022 0. 572(根)按单管程计算所需换热管的长度61 . 5372 3 . 14 0 . 02510 . 89( m)按单管程设计

10、，传热管过长，现取传热管长l 6m ，则该换热器的管程数为10.896=250W / m 2 2.4.计算传热面积idi1RsidodibdoRso0.0252930 0. 020. 0003440. 00250. 0200. 0025 0.02545 0. 02250. 0001721300传热管的总根数 N 72 2 144（ 根 ）折流板数NB传热管长折流板间距1 3720 .241101 33( 块 )取标准管径为按单壳程双管程结构， 查单 壳 程 P R 图 1得 0.81 0.8 。 于 是t 0. 81 39 46 . 21 C 。采用组合排列，即每层内按正三角形排列， 隔板两侧

11、按正方形排列。 取管心距 a 1.25do ， 则 a 1.25 25 32mm横过管束中心线的管数 nc 1.19 N 1. 19 144 15（根）采用多管程结构，取管板利用率 0.7 ，则壳体内径 3D 1.05a N/1.05 32 144/ 0.7 481. 9（ mm）圆整取 D 500mm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 h 0.25 500 125（ mm，） 取 h 125mm。取折流板间距为 B 0.3D，则B 0. 3 500 150( mm，) 取B 150mm折流板圆缺水平面装配 3壳程流体（原油）进出口接管：取接管内原油流

12、速为 1.0m/s ，则接管内径0. 066( m)管程流体（水）进出口接管，取接管内水的流速为 1.5m/s ，则接管内径2t2T1t1t136- 20145- 200.128R tT12 tT21145- 4536- 206.254 39933 /( 36003. 14 1. 5994 )0. 145 ( m)4 10732 /( 860 3600 )3. 14 1. 0o 0.36 0 d euo odecpo ouo10732 /( 3600 860) 0.220( m/s)Reo0. 01640.020 0.220 8604275Pro-48.85 10- 42056 1038.85

13、 10- 416.180. 140.020Si0. 785 0. 020 21440. 0226 ( m2 )取标准管径为?165mm 4.50mm12.6 换热器核算(1)壳程对流传热系数 对于圆缺形折流板，可采用凯恩公式 2 0.55 1/3 0.14 o wSoBD1壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为黏度校正 2 ()0.14 1w1圆缺型挡板时， o 0.36 0.140 47250. 55 16.183 1 625. 65W/(m2 C)(2)管程对流传热系数 2i 0.023dii Re0.8 Pr0.4管程流通截面积0.020(m)壳程流通截面积odo t0.15 0.5 1

14、0.025 0.0164(m 2 )0.032管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为ui39933/( 994 3600) 0. 494( m/s)0. 0226Rei0.020 0.494 994Pri-46.4 10- 44.3 103 6.4 10- 415344. 870. 6264.400.023dii0. 8 di ui i0. 4 cpi id oRsdoidibdoRsodi d so0. 0250. 0003442905 0. 0200. 025 0. 0025 0.025 10. 0001720. 020 45 0. 0225 626374. 5W/( m2 C)(4)传热面

15、积S K tm2. 7474 10937405 3600 46. 238. 82( m2)该换热器的实际换热面积SpdolN3.14 0.025 6 0.06 14415 60. 15( m2)该换热器的面积裕度为SpS 100 %29 . 38 44 .44 . 1100 % 36. 16 %(1)管程流动阻力PiP1P2 Ft NpNsFt结垢校正系数， Np管程数， Ns壳程数)取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则 d 0.005 ，而Rei15344，查图得 i 0.037P1L u i260. 0370. 02994 0. 5 21309 . 8PaP2ui223 994 0. 5

16、2372. 75Pa0.023 0.626 153450. 8 4. 400.40.0202905W/(m2 C)(3)传热系数 K换热面积裕度合适，能够满足设计要求。P10. 5 0.743 15 （391）4639Pa2Buo22 0. 152NB3. 5o 393. 5D20.5对 25 2.5mm的管子有 Ft 1.4， 且管程Np 2 ， 壳程Ns 1PiP1P2 Ft NpNs 1309. 8 372.7 1. 4 2 4711Pa 105Pa管程阻力在允许的范围之内。(2)对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有 Bell 法、 Kern 法和 Esso法等。 Bell 法 计算

17、结果与实际数据的一致性较好， 但计算比较麻烦， 而且对换热器的结构尺寸要求较详细。 工程计算中常采用 Esso法，该法的计算公式 4 如下：PoP1 P2 FtNs (Fs为结垢校正系数，对液体 Fs=1.15， Ns为壳程数)u2流体流经管束的阻力 4 P1 Ff onc NB 1 uoo c B 2F 为管子排列方式对压强降的校正系数， 正三角形排列 F=0.5，正方形直列 F 0.3 ，正方 形错列时， F 0.5。f o为壳程流体的摩擦系数，当 Reo 500时，f o 5.0 Reo 0. 228 5.0 4275 0.228 0.743 nc 为横过管束中心线的管数， nc 15。

18、折流板数 NB 392.7 附属设备选用标准 5：选取椭圆形封头( JB1153-73)具体尺寸见图 2.1 及表 2.2860 0.2222Ppo439 2354 1. 15 1 6994 Pa 105Pa该换热器的管程与壳程压降均满足要求，故所设计的换热器合适。流体流经折流板缺口的阻力 折流板间距， B=150mm,D=500mm860 0. 2222354Pa2图 2.1 椭圆形封头的结构示意图表 2.2 封头 Dg400 4,JB1154-73公称直 Dg(mm)曲面高 h1(mm)直边高度 h2(mm)厚度 (mm)500125254容器法兰的选择：选用标准： JB47004707-

19、2000压力容器甲型平焊法兰。具体尺寸见图 2.2图 2.2 PN=0.25MPa 甲型平焊法兰管法兰的选择选用标准 5 ：HG20593-97 板式平焊钢制管法兰（欧洲体系） 。具体尺寸见图 2.3图 2.3 PN=0.25MPa 板式平焊钢制法兰（ PL ）10第3章 换热器主要结构尺寸和计算结果3.1 主要结构尺寸换热器主要结构尺寸和计算结果见表 3.1表 3.1 换热器主要结构尺寸和计算结果法兰内法兰外管子直径A1/mm径B1 /mm螺栓孔中心圆 直径 K /mm公称直径DN /mm螺栓孔直 径L /mm径D /mm法兰厚度C/mm壳程进出口75.588.9110501414016管程

20、进出口165219.1170100182101811换热器型式：带热补偿非标准的固定管板式 管子规格252. mm5管数 144 根管长 6m换热面积： 60m2间距 mm32排列方式正三角 形工艺参数折流板型式上下间距 150mm切口 25%设备名称管程壳程壳体内径500mm保温层厚度无需保 温物料名称循环水柴油接管表操作压力 MPa0.40.3序号尺寸用途连接型 式操作温度20/36145/451DN100循环水入口平面流量 kg/h39933107322DN100循环水入口平面密度 kg/m39948603DN50柴油入口平面流速 m/s0.50.2204DN50柴油入口平面传热量 kW

21、2.74747x106总传热系数 W/m2?K374.5对流传热系数 W/m2?K2905625污垢热阻， m2?K/W0.000344 0.000172阻力降 MPa0.004711 0.004639程数21推荐使用材料碳钢碳钢附工艺条件图（略）3.2 符号说明英文字母B 折流板间距 ,m；d 管径 ,m；D 换热器外壳内径 ,m；F 摩擦系数；h 圆缺高度， m ；K 总传热系数， W/ （m2oC）；L 管长， m；N 管程；12NB折流板数；P 压力， Pa；Pr 普兰特准数；R 热阻， m2oC/WRe雷诺准数；2S 传热面积， m2；T 热流体温度， oC；t 冷流体温度， oC；

22、u 流速， m/S；W 质量流量， Kg/S； 希腊字母对流传热系数； W/ （m2oC）；有限差值；导热系数， W/（ m2oC）；粘度， Pas；密度， Kg/m3； 下标c 冷流体；h 热流体；i 管内； m 平均； o 管外； s 污垢； Ft结垢校正系数 ,对于25 2.5mm的管子,取 1.4Np-管程数Ns壳程数13结论这次的课程设计花了两周时间，经过了计算、核算、画流程图和换热器图等步骤。几乎每 个步骤都经过了这样那样一系列的问题，然后翻书找资料跟同学讨论花了不少时间和精力才 把问题弄清楚，尤其是画换热器的图，每个地方都经过了无数次的修改才得以完成。课程设 计真的认真做下来比上课可吃力多了，但是同时得到的收获也更多。比如，经过计算我们把 已经抛诸脑后的化工原理的相关知识重新回顾和巩固了一遍， 加深了对书本上的知识的理解； 通过画流程图，我们能够把书本和生产实际联