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

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目：年處理量8.4104噸煤油冷卻器的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)：循環(huán)水泵三、設(shè)計(jì)要求使用統(tǒng)一課程設(shè)計(jì)格式

2、（詳見許昌學(xué)院課程設(shè)計(jì)編寫要求）。主要項(xiàng)目及編排順序?yàn)椋?設(shè)計(jì)說明書封面 (使用統(tǒng)一模板)；任務(wù)書；摘要；目錄；設(shè)計(jì)方案簡介；工藝過程計(jì)算及設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算；輔助設(shè)備的計(jì)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(jì)評(píng)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(jì)是進(jìn)行煤油冷卻器的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了換熱器的選型以及水泵的型號(hào)選擇。設(shè)計(jì)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(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降的計(jì)算。設(shè)計(jì)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(jì)算出最大流量和壓頭確定水泵的

3、型號(hào)。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(jì)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(jì)算傳熱熱負(fù)荷q32.3.2計(jì)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(hào)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(duì)流傳熱系數(shù)62.5.2殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)62.5.3確定污垢熱阻72.5.4計(jì)算總傳熱系數(shù)k72.5.5計(jì)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(jì)算92.7.3選擇水泵的型號(hào)93設(shè)計(jì)小結(jié)113.1主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果113.2設(shè)計(jì)評(píng)述12參考文獻(xiàn)13年處理量8.4104噸煤油冷卻器的設(shè)計(jì)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(jì)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(jiān)固耐用、造價(jià)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(shí)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(jì)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(shí)際情況決定的。但有些時(shí)候需要設(shè)計(jì)者自行選擇。在選用加熱劑或冷卻劑時(shí)，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(jià)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(jì)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(jì)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(duì)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(cuò)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(jì)時(shí)，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(duì)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(jì)采用浮頭式設(shè)計(jì)，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(shí)，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(huì)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(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)算傳熱熱負(fù)荷q按煤油所需的熱量計(jì)算 (2-1)2.3.2計(jì)算平均傳熱溫差當(dāng)熱換器中兩流體無相變時(shí)，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(duì)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(jì)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(hào)根據(jù)傳熱面積初選熱換氣型號(hào)1表2-2浮頭式換熱器主要性能參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)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(shí)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(hào)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(duì)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(shí)n=0.4,l流體被冷卻時(shí)n=0.32 (2-14) w() -12.5.2殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)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(shí)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(shí)，殼程流體的對(duì)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(shí)=1.05，流體被冷卻時(shí)=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(jì)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(cè)附錄可取 w() -1 (2-16)2.5.5計(jì)算熱傳熱面積 實(shí)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(jì)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(duì)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(duì)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(cuò)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(dòng)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(jì)換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。管程、殼程流動(dòng)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.