年處理量8.4×104噸煤油冷卻器的設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書

1、食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目：年處理量8.4104噸煤油冷卻器的設(shè)計一、操作條件1. 煤油：入口溫度156 出口溫度50 2. 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口28，出口溫度403. 允許壓力降：不大于30kpa4. 年開工天數(shù)：300天；每天24h連續(xù)生產(chǎn)5. 定性溫度下煤油的物性數(shù)據(jù)：密度=825kgm-3，黏度=7.1510-4pas，比熱=2.22kj（kg）-1，熱導(dǎo)率=0.14w（m）二、設(shè)計任務(wù)1.處 理 量：84103t/年 2. 設(shè)備形式：列管式換熱器3. 選擇事宜的列管換熱器并進(jìn)行核算4. 繪制工藝流程圖和設(shè)備結(jié)構(gòu)圖5. 輸送機(jī)械的設(shè)計：循環(huán)水泵三、設(shè)計要求使用統(tǒng)一課程設(shè)計格式

2、（詳見許昌學(xué)院課程設(shè)計編寫要求）。主要項目及編排順序為： 設(shè)計說明書封面 (使用統(tǒng)一模板)；任務(wù)書；摘要；目錄；設(shè)計方案簡介；工藝過程計算及設(shè)備工藝尺寸的計算；輔助設(shè)備的計算及選型；附錄：工藝流程圖及設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；參考文獻(xiàn)設(shè)計評述；指導(dǎo)教師：孫國富 徐靜莉 完成日期：2012年12月17日12月 28 摘 要本設(shè)計是進(jìn)行煤油冷卻器的設(shè)計，主要進(jìn)行了換熱器的選型以及水泵的型號選擇。設(shè)計的前半部分是換熱器的選型，根據(jù)給定的條件估算換熱面積，進(jìn)行換熱器的選擇，校核傳熱系數(shù)，計算出實際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降的計算。設(shè)計的后半部分是關(guān)于水泵的選擇，根據(jù)換熱器以及給定的條件計算出最大流量和壓頭確定水泵的

3、型號。關(guān)鍵詞：浮頭式換熱器 傳熱系數(shù) 水泵目 錄1引言11.1熱換器的類型11.2熱換器的選擇11.2浮頭式熱換器特點(diǎn)22正文22.1確定設(shè)計方案22.1.1.選擇換熱器的類型22.1.2確定流體通入的空間32.2確定物性數(shù)據(jù)32.2.1確定定性溫度32.2.2確定物性數(shù)據(jù)32.3估算傳熱面積32.3.1計算傳熱熱負(fù)荷q32.3.2計算平均傳熱溫差32.3.3初選總傳熱面積42.3.4初選管徑42.3.5初選換熱器型號52.4熱換器的核算52.5傳熱系數(shù)的校核62.5.1管程的對流傳熱系數(shù)62.5.2殼程的對流傳熱系數(shù)62.5.3確定污垢熱阻72.5.4計算總傳熱系數(shù)k72.5.5計算熱傳熱面

4、積72.6熱換器壓力降的核算72.6.1管程阻力損失72.6.2殼程阻力損失82.7水泵的選擇92.7.1流量的計算92.7.3選擇水泵的型號93設(shè)計小結(jié)113.1主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果113.2設(shè)計評述12參考文獻(xiàn)13年處理量8.4104噸煤油冷卻器的設(shè)計1引言1.1熱換器的類型熱換器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設(shè)備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，在化工中熱換器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。熱換器的類型很多，性能各異，根據(jù)冷、熱流體換熱方式的不同可將換熱器分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器和間壁式換熱器三種。以上三種換熱器中以間壁式換熱器應(yīng)用最為廣泛，型式也最為多樣。按熱

5、換器傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，間壁式換熱器又可分為管壁式換熱器、板式換熱器和特殊型式換熱器三類。管式換熱器通過管子壁面進(jìn)行傳熱，按傳熱管的結(jié)構(gòu)可分為管殼式熱換器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、翅片管式換熱器等幾種;板式換熱器通過板面進(jìn)行傳熱，按傳熱板的結(jié)構(gòu)可分為平板式換熱器、螺旋式換熱器、熱板式換熱器及板翅式換熱器等幾種；而特殊型式換熱器是指根據(jù)工藝特殊要求而設(shè)計的，具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器。如回旋式換熱器、熱管換熱器、同流式換熱器等。其中管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)熱換設(shè)備。它因結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、造價低廉、用材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)等有點(diǎn)而在換熱設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)其結(jié)構(gòu)

6、特點(diǎn)又可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、u形管換熱器。1.2熱換器的選擇1.類型的選擇熱換器的種類很多，選擇時應(yīng)根據(jù)操作溫度、壓力、熱換器的熱負(fù)荷、管程與殼程的溫度差、熱換器的腐蝕性能及其他特性、檢修與清洗要求等因素綜合考慮。2.流體通道的選擇4在列管式換熱器設(shè)計中，哪種流體走管程，哪種流體走殼程，需要合理安排。選擇原則：傳熱效果好、結(jié)構(gòu)簡單、檢修與清洗方便。3.加熱劑或冷卻劑的選擇一般情況下，用加熱劑或冷卻劑的流體是由實際情況決定的。但有些時候需要設(shè)計者自行選擇。在選用加熱劑或冷卻劑時，除首先應(yīng)滿足所能達(dá)到的加熱或冷卻溫度外，還應(yīng)考慮到其來源方便、價格低廉、使用安全。4.流體出口溫度的確

7、定在換熱器的設(shè)計中，被處理物料的進(jìn)出口溫度為工藝要求所規(guī)定，加熱劑或冷卻劑的進(jìn)出口溫度一般有來源而定，但它的出口溫度應(yīng)由設(shè)計者根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來確定。5.流體流速的選擇提高流體在換熱器中的流速，將增大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加，所需傳熱面積減少，設(shè)備費(fèi)用降低。但是流速增加，流體阻力將增大，操作費(fèi)用增加。因此，選擇適宜的流速十分重要，適宜的流速應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算來確定。6.流體方式的選擇流向有逆流、并流、錯流和折流四種類型。在流體進(jìn)出口溫度相同的情況下，逆流的平均溫度差大于其他流向的平均溫度差，因此，若無其他工藝要求，一般采用逆流操作。7.材質(zhì)的選

8、擇在進(jìn)行熱換器設(shè)計時，熱換器各種零部件的材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度和流體的腐蝕性以及對材料的制造工藝以及性能等的要求來選取。最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性1.2浮頭式熱換器特點(diǎn)本設(shè)計采用浮頭式設(shè)計，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與殼體固定連接,可以在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮,該端稱為浮頭。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。此種換熱器的優(yōu)點(diǎn)是換熱管與殼體與殼體不會產(chǎn)生溫差應(yīng)；管束可以從殼體抽出,便于清洗。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要大量金屬材料,造價高；浮頭蓋與浮動管板之間若密封不嚴(yán)，發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。但因其使用于殼體與管束溫差較大或殼程流體容易結(jié)垢

9、的場合及優(yōu)良的性能,以此在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。 2正文2.1確定設(shè)計方案2.1.1.選擇換熱器的類型 該換熱器用循環(huán)冷卻水，根據(jù)給定條件，結(jié)合兩流體的溫差，估計該換熱器管壁溫度和殼體溫度之差較大，初步確定用浮頭式換熱器2.1.2確定流體通入的空間因水易結(jié)垢應(yīng)走易清洗的一側(cè)，且為增加散熱需使熱流體走殼程，又因兩流體溫差較大，故選浮頭式換熱器2.2確定物性數(shù)據(jù)2.2.1確定定性溫度熱流體（煤油） 冷流體（循環(huán)水）2.2.2確定物性數(shù)據(jù)表2-1水和煤油的物性數(shù)據(jù)5流體類別溫度/密度/(m-3)黏度/pas比熱容cp/kj()-1熱導(dǎo)率/w()-1水34994.37.4210-44.1740.62358煤

10、油1038257.1510-42.220.142.3估算傳熱面積2.3.1計算傳熱熱負(fù)荷q按煤油所需的熱量計算 (2-1)2.3.2計算平均傳熱溫差當(dāng)熱換器中兩流體無相變時，應(yīng)盡可能從結(jié)構(gòu)上采用逆流或接近逆流的流向以得到較大的傳熱溫差，來強(qiáng)化傳熱1。所以選為逆流 熱流體（煤油） 15650冷流體（循環(huán)水） 4028 t 116 22兩流體的對數(shù)平均傳熱溫差1 (2-2)選熱換器為單殼程、偶管程1， (2-3) (2-4)由p和r得溫差校正系數(shù)3 (2-5) =0.92因0.82，可行兩流體的平均溫差2226 (2-6)2.3.3初選總傳熱面積初選k=350w() -1按煤油所需的熱量計算wh=

11、8.4103t/年=3.241s-1w則估算總傳熱面積 (2-7)2.3.4初選管徑 選用25mm2.5mm碳鋼傳熱管32.3.5初選換熱器型號根據(jù)傳熱面積初選熱換氣型號1表2-2浮頭式換熱器主要性能參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)外殼直徑d/mm600管子尺寸/mm252.5公稱壓強(qiáng)/mpa1.6管長l/m3公稱面積/50管數(shù)n208管程數(shù)/ np4管中心距t/mm32管子排列形式正方形管程流通截面積/0.016342.4熱換器的核算按上列數(shù)據(jù)核算殼程、管程的流速及雷諾數(shù)管程循環(huán)水的質(zhì)量流量 s-1管內(nèi)水的流速 (2-8)雷諾數(shù) (2-9)殼程流通截面積 (2-10)當(dāng)管子按正方形排列時3 (2-11)

12、取nc=18,折流擋板間距z=0.15則 煤油流速ms-1當(dāng)量直徑2 m2 (2-12)雷諾數(shù) 由以上核算看出，所選用的熱換器，管程、殼程的流速和雷諾數(shù)都是合適的。2.5傳熱系數(shù)的校核已選定的熱換器型號是否適用，還要核算k值和傳熱面積a才能確定2.5.1管程的對流傳熱系數(shù)104 流體在圓形管道內(nèi)作強(qiáng)制湍流1 (2-13)流體被加熱時n=0.4,l流體被冷卻時n=0.32 (2-14) w() -12.5.2殼程的對流傳熱系數(shù)對于殼體是圓筒，管束中各列的管子數(shù)目并不相同，而且大都裝有折流擋板，使得流體的流向和流速不斷的變化，因而在re100時即可達(dá)到湍流。當(dāng)換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積約為2

13、5的殼體內(nèi)截面積）時，殼程流體的對流傳熱系數(shù)可用凱恩法求算2，即 (2-15)式中是考慮熱流方向的校正系數(shù)，可以用表示。流體被加熱時=1.05，流體被冷卻時=0.95.2。 w() -12.5.3確定污垢熱阻查食品工程原理附表得1，自來水的rsi=1.7210-4 w() -1 煤油 rso=1.7210-4 w() -12.5.4計算總傳熱系數(shù)k 以外表面為基準(zhǔn)1由化工原理第二冊附錄可取 w() -1 (2-16)2.5.5計算熱傳熱面積 實際傳熱面積2.6熱換器壓力降的核算2.6.1管程阻力損失因進(jìn)出口阻力較小，可忽略不計2 (2-17)式中 直管阻力損失，pa； 回彎的阻力損失，pa；

14、ft 結(jié)垢校正系數(shù)； ns 串聯(lián)的殼程數(shù)因 (2-18) (2-19) (2-20)對于的管=1.422.6.2殼程阻力損失 (2-21) (2-22)式中： f 管子排列方式對壓強(qiáng)降得校正系數(shù) 殼程流體摩擦系數(shù) ft 殼程壓力降的垢層校正系數(shù) nb折流擋板數(shù) nc 水平管束在垂直列上的管數(shù)因 (2-23)選管列為正方形45錯列，取f=0.42擋板數(shù) (2-24)則 (2-25)污垢校正系數(shù)fs=1.152,則4000。管程流體流動為湍流，能夠較好的達(dá)到換熱的要求。每程內(nèi)都采用排45正方形列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。正方形排列便于機(jī)械清洗。該換熱器的面積裕度h=13.7在10-30之間，則所設(shè)計換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。管程、殼程流動阻力為16.606kpa，1.6996 kpa 均小于30kpa在允許范圍之內(nèi)。參考文獻(xiàn)1 李云飛,葛克山.食品工程原理（第2版）m. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.