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T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K4（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

2、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°C。该换热器用循环冷却水冷却，循环冷却水的压力

3、不大于.lOOOOOMPa，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l2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°C，出口温度40C；冷流体(循环水)进口温度30C，出口温度40C。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

4、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二0.5m/s。第三章管壳式换热器的设计计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120+402=8020水的定性温度为30+40""2二35(C)根据定性温度，分别查取煤油和水的有关物性数据。煤油在85C下的有关物性数据如下：密度.p=825Kg/m-30定压比热容：c=222KJ/(Kg-oC)p0导热系数：九二140x10-3W/(m-0C)粘度;U=0.000715Pa.s循环冷却水在35C下的物性数据：密度：p=994Kg-m-

5、3i定压比热容：c=4.08KJ/(Kg.)导热系数：九-0.626W/(m-oC)i粘度：u=o.ooo725pa.s2计算总传热系数Qo=mocpo(T1-T2)=190000000330x241) 热流量2.22X(120-40)=4260606KWX2) 平均传热温差t33.70m=3) 冷却水用量Wi=島=42606064-08X(40-30)=1044264) 总传热系数K管程传热系数Re=d.u.p.Fu.=0.02X994X0.05F0.000725=13710iiii由于管程中的流体为水，其在350下的黏度小于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

6、联式，即：a二0.023役(吧凡)0.8(上)0.4id卩九iii=2733.2壳程传热系数假设壳程的传热系数：ao=150W/(m2.°C)污垢热阻Rsi=0.000344m2.C/WsiR=0.0002m2.C/W管壁的导热系数K=d,dbd,1soo+Ro+o+R+adsid九dsoaiiimo=122W/(m2.0C)3 计算传热面积S，=1184800F122F33.7=288m2=考虑15%的面积裕度(安全系数和初估性质)S=1.5XS=288X1.5=432.3m2+4 工艺结构尺寸(1)管径和管内流速选用e25x2.5mnf专热管，取管内流速ui=0.5m/s。(2)

7、管程数和传热管数依据专热管内径和流速确定单程专热管数n193根s=按单程管计算，所需的专热管长度为SL=28.5m3.14xdoxn按单程管设计，专热管过长，宜采用多管程结构。现取专热管长L=6m则该换热管管程数为2,则n=432.5F3.14F0.025F6=918根s每程管数为9182=459根管内流速为，u=0056m/si(3)平均专热温差校正及壳程数平均专热温差校正系数120-40qR=840-3040-3001P=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0=0848平均传热温差t盲0.848X33.7=28.6°C4)传热管排列和分程方法采用

8、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t=1-25d0，贝yt=1.25x25=31.25u32(mm)横过管束中心线的管数Nc=1.19MN=36(根)5)壳体内径采用多管程结构，取管板利用率耳=0.7，则壳体内径为D=1.05tV=1217mm圆整取D=1300mm6)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%，贝切去的圆缺高度为h=0.35X1300=455mm,取折流板间距B=0.6D，则B=0.6X1300=780mm，折流板数N=传热管长/折流板间距一1=6000780-1=7块B折流板圆缺面水平装配。7)接管壳程流体进出口接管：取接管

9、内油品流速为15m/s，贝V接管内径为4vd=V=0.157m口u取标准管径为157mm。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，可采用克恩公式九Aa=0.36R0.55Pri/3(_)0.140dee0Aw当量直径，由正三角形排列得4(遇12-1d2)4X(週X0.0322一0.785x0.0252)d二24二2二0.020(m)e兀d3.14X0.0250壳程流通截面积SO=BD(1-dFt)=0.698m壳程流体流速及雷诺数分别为U=190000000三330

10、三24三3600三825三0.131=0.06ORe=1384.5o普兰特准数Pr=2.22X103X2.1X10-5三0.14=0.333A粘度校正：()0.14-0.95(由于壁温未知且用试差法比较繁琐，故液体冷却时Aw用近似值)&=65.3W/(m2.°C)2)管程对流传热系数九a二0.023亠Re0.8Pro.4idi管程流通截面积Si=0.785X0.02X0.02X(918一39(八0-138m2管程流体流速U=104426三3600三994三0.507=0.057m/sRe=1562.9普兰特数Pr=4.73&=0.023X0.6260.02X1562.

11、90$X4.730.4=480.7W/(m2°°C)1bd_1亠+R+soao3)热系数KK=dI；sid九dimC)o+Radii=53.8W/(m2(4)传热面积SS=489.4m2KAtm该换热器的实际传热面积SpS批=3.14X0.025X(918-36)X(6-1.384)=411该换热器的面积裕度为H=(489.4-411)三411=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YAP=(AP+AP)FNNi12tspN=1,N二2,F二1.4sptAPL巴2,AP=竺1id222由Re=1562.9,传热管相对粗糙

12、度0.01/20=0.0005.查莫狄图得:yi=0.022w/(m.C)，流速ui=0.057,p=994Kg°m_3所以Ap=0.022X6F0.02X0.02242X994F2=164.6Pa1AP2=3X994X0.2242-2=74.8Pa(74.8+164.8)X1.4X2=670<10kPa管程流动阻力在允许范围内。2) 壳程阻力YAP=(AP'+AP')FN012tsNs=1Fs=1流体流经管束的阻力pU2AP'=F-f-n(N+1)o10cB2F=0.5f=0.96oN36N=7m/s,c=bAp1'=205pa流体流1过折流板

13、缺口的阻力B=0.78m，D=1.3mAp2=26.7pa2总阻力26.7+205<10kPa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第四章计算结果一览表换热器型式：固定管板式管口表换热面积(m2):411符号尺寸用途连接型式工艺参数aDn180冷却循环水入口平面名称管程壳程bDn180冷却循环水出口平面物料名称循环水煤油cDn100煤油入口凹凸面操作压力，Mpa0.50.4dDn100煤油出口凹凸面操作温度，0C30/40120/40eDn20排气口凹凸面流量，Kg/h1044264260606fDn20放净口凹凸面流体密度，Kg-

14、m-3994825pp,a.nndul流速，m/s0.5000.1424传热量，KW1184.8总传热系数，W/m2-K122对流传热系数，W/m2K2733.2480.7污垢系数，m2K/W0.000340.0002阻力降，Mpa0.0039130.002429程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格(p25x2.5mm管数918管长，mm6000管间距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm1834切口高度35%壳体内径，mm1300保温层厚度0.233结束语；本周顺利完成了我应用化学专业化工原理课程设计，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

15、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。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

16、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

17、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

18、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°C，出口温度40°C 冷却介质：自来水，入口温度30C，出口温度40C，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。3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