強烈推薦】年處理量8464×104噸煤油冷卻器的設計_畢業(yè)論文任務書

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。┦称饭こ淘碚n程設計任務書設計題目：年處理量 8.4 X04噸煤油冷卻器的設計3一、操作條件1. 煤油：入口溫度156C 出口溫度50C2. 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口 28C，出口溫度40C3. 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)：34I密度=825kg m-，黏度=7.15 M0- Pa s,比熱=2.22kJ ( kg ;C)-,熱導率=0.14W (m- C)二、設計任務1. 處理量：84X|03t年2. 設備形式：列管式換熱器3. 選擇事宜的列管換熱器并進行核算4. 繪

2、制工藝流程圖和設備結構圖5. 輸送機械的設計：循環(huán)水泵三、設計要求使用統(tǒng)一課程設計格式(詳見許昌學院課程設計編寫要求)。主要項目及編排順序為：設計說明書封面(使用統(tǒng)一模板)；任務書；摘要；目錄；設計方案簡介；工藝過程計算及設備工藝尺寸的計算；輔助設備的計算及選型；附錄：工藝流程圖及設備結構圖；參考文獻設計評述；指導教師：孫國富徐靜莉完成日期：2012年12月17日12月28本設計是進行煤油冷卻器的設計，主要進行了換熱器的選型以及水泵的型號選擇。 設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，最后進行壓力降的計算。設計的后半部分

3、 是關于水泵的選擇，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型 號。關鍵詞：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 22正文 22.1確定設計方案 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計算傳熱熱負荷Q 32.3.2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

4、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)K 72.5.5計算熱傳熱面積 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設計小結 113.1主要結構尺寸和計算結果 113.2設計評述 12參考文獻 13年處理量8.4 X 104噸煤油冷卻器的設計1引言1.1熱換器的類型熱換器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應 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)

5、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用最為廣泛，型式也最為多樣。按熱換器傳熱面形狀和結 構的特點，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行傳熱，按傳熱管的結構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行傳熱，按傳熱板的結構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)工藝特殊要求而設計 的，具有特殊結構的換熱器。如回旋式換熱器、熱管換熱器、同流式換熱器 等。其中管

6、殼式換熱器又稱為列管式換熱器，是一種通用的標準熱換設備。它 因結構簡單、堅固耐用、造價低廉、用材廣泛、清洗方便、適應性強等有點而 在換熱設備中占據(jù)主導地位。根據(jù)其結構特點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，選擇時應根據(jù)操作溫度、壓力、熱換器的熱負荷、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流體通道的選擇在列管式換熱器設計中，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、結構簡單、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

7、況決定的。但有些時候 需要設計者自行選擇。在選用加熱劑或冷卻劑時，除首先應滿足所能達到的加 熱或冷卻溫度外，還應考慮到其來源方便、價格低廉、使用安全。4流體出口溫度的確定在換熱器的設計中，被處理物料的進出口溫度為工藝要求所規(guī)定，加熱劑 或冷卻劑的進出口溫度一般有來源而定，但它的出口溫度應由設計者根據(jù)經(jīng)濟 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，設備費用降低。但是流速增加，流體阻力將增大，操作費用增加。因此， 選擇適宜的流速十分重要，適宜的流速應通過經(jīng)濟核算來確定。6.

8、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)的選擇在進行熱換器設計時，熱換器各種零部件的材料應根據(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)濟合理性1.2浮頭式熱換器特點本設計采用浮頭式設計，其結構特點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，可完全消除熱應力。此種換熱器 的優(yōu)點是換熱管與殼體與殼體不會產(chǎn)生溫差

9、應；管束可以從殼體抽出，便于清洗。缺點是結構復雜，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，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 或殼程流體容易結垢的場合及優(yōu)良的性能，以此在工業(yè)中廣泛應用。2正文2.1確定設計方案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垢應走易清洗的一側，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172.2確定物性數(shù)據(jù) 2.2.1確定定性溫度熱流體（煤油）C冷流體（循環(huán)水）

10、C 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C密度p俺 m_3）黏度卩Pa s比熱容CpkJ (kgC門熱導率入W _1 (怦 C )水34994.37.42 10-44.1740.62358煤油1038257.15 0-42.220.142.3估算傳熱面積 2.3.1計算傳熱熱負荷Q按煤油所需的熱量計算(2-1)Q =WhCph（Thi -厲）=3.241 2.22 103 （156-50） =7.63W 2.3.2計算平均傳熱溫差當熱換器中兩流體無相變時，應盡可能從結構上采用逆流或接近逆流的流向以 得到較大的傳熱溫差，來強化傳熱1。所以選為逆流熱流體（煤油）156C-

11、 50C冷流體（循環(huán)水）40C- 28C 116C 22 E兩流體的對數(shù)平均傳熱溫差.汀m二AT2 -AT116-22ln佟22= 56.54 C(2-2)選熱換器為單殼程、偶管程1，二!50 =8.833Tc2 Tci4028(2-3)“094Th1 Tc1156-28(2-4)由P和R得溫差校正系數(shù)3三嚴/嚴j2 )R-1PR 2/P-1-R-Jr 匚 1(2-5)8.83才 11 -0.094Z1 ,2/0.094-1 -8.833 ,8.8332 1In/ ln()8.833-11 -0.094 8.8332/0.094-1-8.833-、8.83才 1=0.92因0.82，可行兩流體

12、的平均溫差2226 % 二二，Tm =0.92 56.54 = 52.02 C(2-6)2.3.3初選總傳熱面積初選 K=350W (mC ) -1按煤油所需的熱量計算3iWh=8.4X 10 t 年=3.241 kg s-Q 二 WhCph(Th2 一1)=3.241 2.22 103 (156-50) = 7.63W則估算總傳熱面積 A Q 7.63 1038.91 m2(2-7)KTm350P6.022.3.4初選管徑選用25mnhs 2.5mm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Dmm600管子尺寸

13、mm 25X2.5公稱壓強MPa1.6管長Lm3公稱面積50管數(shù)N208管程數(shù)Np4管中心距tmm32管子排列形式正方形管程流通截面積怦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QCpc (人-TcJ7.63 漢 1054.174 103 (40-28)= 15.233s-1管內(nèi)水的流速UiWc15.233 994.3 0.01634二 0.94m s雷諾數(shù)Rei0.94 994.3 0.027.42 10”= 25193(2-8)(2-9)殼程流通截面積(2-10)當管子按正方形排列時3(2-11)nc =1.19,n =1.19.208 =

14、17.16 取nc=18,折流擋板間距z=0.15則 代=(0.6-18 0.025) 0.10.0225m2煤油流速1進=82.175 ms-14(F 一 d當量直徑2 de44(0.0322 一 4 0.0252)=0.027 m(2-12)二 d二 0.025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)作強制湍流1(2-13)流體被加熱時n=0.4,l流體被冷卻時n=0.320.62358(2-14)2.5.2殼程的對流傳熱系數(shù)對于殼體

15、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時即可達到湍流。當換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板(缺口面積約為25%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：o =0.36Re055 Pr1/3()014(2-15)de吒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嚴。0.14:。36 牆 54520.55 11計(0.95)452 ( C )2.5.3確定污垢熱阻查食品工程原理附表得1，自來水的 Rsi=1.72X 10-4 W c ) -1煤油Rso=1.72X 10-4

16、 W (卅 C ) -12.5.4計算總傳熱系數(shù)K 以外表面為基準1由化工原理第二冊附錄可取W W C ) -1Kododi: i+ R蟲+dln五+丄didi ：o4 0.025 0.0250.02514十1.72漢10 +In+ 1.72漢 100.02 4519.450.020.020.02452.5二 340.616)0.025(2-2.5.5計算熱傳熱面積Q _7.63 105K Tm 340.6 52.0243.1m2實際傳熱面積 A = n 二 dl =3.14 0.025 3 208 =49m22.6熱換器壓力降的核算2.6.1管程阻力損失因進出口阻力較小，可忽略不計2(2-1

17、7)式中直管阻力損失，Pa；回彎的阻力損失，Pa；Ft結垢校正系數(shù)；Ns 串聯(lián)的殼程數(shù) 因0.3146Re0250.314625193025= 0.025(2-18)(2-19)(2-20)3 小 994.3 0.942(0.0253)0.022965.35二p2 =(丄 3)d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)N折流擋板數(shù)nc水平管束在垂直列上的管數(shù)0.仃5 825 0.0257.15 10*二 5048(2-23)fo -5.0 Re 225 =5.0 5048 W0.716(2-24)選管列為正方形45錯列，取F=0.42 擋板數(shù)2則.p =0.716 18(14 1) 825 0.175976.82 22z Pu；2x0.2825X0.1752(2-25)卩2 二 Nb(3.5)- =19 (3.5)680.1D20.6污垢校正系數(shù)Fs=1.15，則卩。=(976.8 680.1) 1.15 仁 19O5.44Pa4000。管程流體流動為湍流，能夠較好的達到換熱的要求。每程 內(nèi)都采用排45C正方形列，而在各程