化工原理課程設計煤油冷切器的設計

1、專 業(yè):班 級：指導老師：姓 名：學 號：摘 要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設備，占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，對換熱器的要求也日益增強。換熱器的設計制造結構改進以及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。根據不同的目的，換熱器可以是

2、熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。由于使用條件的不同，換熱器可以有各種各樣的形式和結構。在生產中，換熱器有時是一個單獨的設備，有時則是某一工藝設備的組成部分。本設計針對煤油冷卻的問題設計一換熱器。通過對江西地區(qū)水資源情況、常年氣溫情況、水價、水質等綜合考慮，最后確定冷卻水的用量、進出口溫差等。并根據工藝過程所規(guī)定的條件，如傳熱量、流體的熱力學參數(shù)以及在該參數(shù)下的物性進行熱力學和流體力學計算。經過優(yōu)化，使設計的換熱設備具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內傳遞盡可能多的熱量。關鍵詞： 換熱器，選型，工藝設計，核算 化工原理課程設計任務書一 設計題目：煤油冷卻器的設計 二 設計目的：通過對

3、煤油冷卻的列管式換熱器設計，達到讓學生了解該換熱器的結構特點，并能根據工藝要求選擇合適的類型，同時還能根據傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力三設計任務及操作條件： 1.處理能力：（21.6104）噸/a煤油 2.設備型式：列管式換熱器 3操作條件：（1） 煤油入口溫度140，出口溫度40；（2） 冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度22，出口溫度40；（3） 允許壓強降不大于100 kpa；（4） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據；密度為825kg/m3；粘度為：7.510-4pa.s；比熱容為：2.22kj/（kg. ）；導熱系數(shù)為：0.14w/（m. ）；（5）每年

4、按300天計，每天24小時連續(xù)運行。4.建廠地址：江西地區(qū)四設計內容(1)設計計算列式換熱器的熱負荷，傳熱面積，換熱管，殼體，管板，封頭，隔板及接管等（2）繪制列式換熱器的裝配圖（3）編寫課程設計說明書五課程設計說明書的內容 設計說明書中應包括所有論述，原始數(shù)據，計算，表格等，編排順序如下：（1）標題頁（2）設計任務書（3）目錄（4）設計方案簡介（5）確定物性數(shù)據（6）主要工藝參數(shù)（熱負荷，平均溫差，總傳熱系數(shù)換熱面積等傳熱面積）（7）壓強核算（8）設計結果概要或設計一覽表（9）設計結果評價（10）附圖（工藝流程簡圖，主體設備工藝條件圖）（11）參考文獻目 錄一設計方案簡介- 6 -1.選擇換

5、熱器的類型- 6 -2.管程安排- 6 -3.確定物性數(shù)據- 6 -二主要工藝參數(shù)計算- 7 -1.熱負荷- 7 -2.平均溫差- 7 -3初選換熱器的規(guī)格- 8 -（1）傳熱面積計算- 8 -（2）實際傳熱面積- 8 -4. 核算總傳熱系數(shù)- 8 -（1）管程對流傳熱系數(shù)- 8 -（2）殼程對流傳熱系數(shù)- 9 -（3）污垢熱阻- 10 -（4）總傳熱系數(shù)- 10 -三附件的選擇- 11 -1.封頭- 11 -2.隔板- 11 -3.導流筒- 11 -4.放氣孔、牌液孔- 11 -5.拉桿和定距管：- 11 -6.接管- 12 -7.管板- 12 -四壓強核算- 13 -1.管程壓強降- 13

6、 -2.殼程壓強降- 14 -五設計一覽表- 15 -六符號說明- 16 -七設計結果評價18八附 圖191.工藝流程簡圖圖192.主體設備工藝條件圖19九參考文獻20一設計方案簡介1.選擇換熱器的類型冷卻水進口溫度22，冷卻水兩端溫度差為18.出口溫度為40。熱流體進口溫度140,出口溫度40。冬季操作時進口溫度會降低，該換管壁溫和殼體壁溫之差較小。t-t=(140+40)/2-（22+40)/2=5950。需要考慮熱補償，因此初步確定選用帶補償圈的固定管板式換熱器。2.管程安排由于江西的水的硬度比較大較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。選用的碳鋼管。3.確定物性數(shù)據定性

7、溫度：取流體進出口溫度的平均值殼程流體的定性溫度 t=管程流體的定性溫度 t=根據設計條件殼程流體的物性數(shù)據： 密度 =825 kg/ 定壓比熱容 =2.22kj/(kg.) 黏度 =0.000715p.s 導熱系數(shù) =0.140w/(m.)根據定性溫度查附錄得管程流體的物性數(shù)據：密度 kg/定壓比熱容 導熱系數(shù) 粘度 二主要工藝參數(shù)計算1.熱負荷w= kg/h 1850000w2.平均溫差 查得：; 3初選換熱器的規(guī)格（1）傳熱面積計算根據兩流體的情況，先假設k=340），故 由于50,因此需要考慮熱補償。（2）實際傳熱面積換熱器系列標準中選定帶補償圈的固定管板式換熱器。其有關參數(shù)如下： 殼

8、徑：700mm 管程數(shù)：2 公稱壓力：2.5mpa 公稱面積：210.5 管徑： 管長：4.5m 總管數(shù)：342 管子排列方法：正三角形排列 管程流通面積：0.0537 中心距：32mm選圓缺型，切去的弓形高度為外殼內徑d的25%擋板為所選換熱器的折流擋板，間距(h)按系列標準取h=150mm.換熱器實際傳熱面積：4. 核算總傳熱系數(shù)（1）管程對流傳熱系數(shù) 管中水的質量流量為水的體積流量為普朗特準數(shù) （2）殼程對流傳熱系數(shù) 取換熱管列管中心距t=32mm,折流導板間距h取150mm，則換熱器中心附近管排中流體流通截面積為： 由于管為三角形排列，則當量直徑為： （湍流）因為在范圍內，故可采用凱恩

9、（kern）法求算，即 普朗特準數(shù) 由于液體被冷卻取，所以（3）污垢熱阻根據流體的實際情況查得污垢熱阻為： （4）總傳熱系數(shù)(由于管壁熱阻相比較流體熱阻非常小，可以忽略) 選用換熱器時，要求過程的總傳熱系數(shù)為344.7,在傳熱任務所規(guī)定的流動條件下，計算出的,所選擇的換熱器的安全系數(shù)為： 則該換熱器符合要求。三附件的選擇1.封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為700mm，選用圓形封，曲面高度。2.隔板 為防止殼程流體進入換熱器時對管束的沖擊，可在進料管口裝設緩沖擋板。長度可選取120mm，厚度為6mm。3.導流筒 殼程流體的進、出口和管板間必存在有一段

10、流體不能流動的空間（死角），為了提高傳熱效果，常在管束外增設導流筒，使流體進、出殼程時必然經過這個空間。4.放氣孔、牌液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。5.拉桿和定距管：為了使折流板能夠牢靠的保持在一定的位置上，通常采用拉桿和定距管。按照選用規(guī)則，拉桿直徑是12mm，根數(shù)是8根，定距管。6.接管 換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算 式中 流體的體積流量, u 流體在接管中的流速，m/s 流速的經驗值對液體可取為：u =1.52 m/s。選取u=1.5m/s冷卻水接管煤油進出口接管：取接管內煤油流速為，則接管內徑為：7.管板 厚度為58mm，pn:2.5m

11、pa。四壓強核算1.管程壓強降 其中：分別為直管彎道中因摩擦阻力引起的壓強降 結垢校正因數(shù)，對于的換熱管 殼程數(shù)，此處為1 管程數(shù)，此處為2 （湍流）取管壁粗糙度為，則相對粗糙度為由摩擦系數(shù)圖查得：所以 由經驗公式得： 2.殼程壓強降 式中 分別為流體橫過管束的壓強降和通過折柳擋板缺口的壓強降 殼程壓強降的結垢后校正因數(shù)，此處取為1.15 式中f管子排列方式對壓強降的校正因數(shù)， 由于此處管子為正三角形排列，所以取0.5 殼程流體的摩擦系數(shù)，時 折流擋板數(shù) 折流擋板間距，取150mm 按殼程流通截面積計算的流速 橫過管束中心線的管數(shù) 此處 (n為總管數(shù)) 即 折流板數(shù) 殼程流通截面積 所以 由上

12、，表明管程和殼程壓強降都能滿足生產要求五設計一覽表換熱器的形式 固定管板式管口表換熱面積 130.10符號尺寸用途連接方式工藝參數(shù)a190冷卻水出口法蘭平面名稱管程殼程b110煤油的入口法蘭凹面物料名稱自來水煤油c20放氣口法蘭凹面操作壓力mpa0.050.05d110煤油出口法蘭凸面操作溫度3190e20排凈口法蘭凸面流量kg/h141316.527500f190冷卻水入口法蘭平面流體密度995.7825附簡圖流速0.73430.403傳熱量w 1850000總傳熱系數(shù) 459.3對流傳熱系數(shù)3580.8815.423污垢系數(shù)3.43941.7197流動阻力7666.616程數(shù)21材質碳鋼碳

13、鋼管的規(guī)格規(guī)格管數(shù) 342管長 4.5m管間距32mm排列方式等邊三角形折流版型式圓缺形間距150mm切口高度150mm殼體內徑700mm保溫層的厚度10六符號說明19 英文字母 q熱量 kw平均傳熱溫差 質量流量 v體積流量 定壓比熱容 t熱流體溫度 t冷流體溫度 s 傳熱面積 q傳熱速率 w估計傳熱面積 實際傳熱面積 換熱器傳熱總管數(shù)溫度校正系數(shù)結構校正系數(shù)殼程壓強降的結垢校正系數(shù)f管子排列方法對壓強降的校正數(shù)串聯(lián)的殼程數(shù)管程數(shù)單程傳熱管數(shù)d管徑 m體積流量u流速 殼程流體的摩擦系數(shù)f校正系數(shù)b擋板間距 m擋板數(shù)目h折流板圓缺高度 mk總傳熱系數(shù) l單程長度 ml 換熱器管長 m p壓強

14、pa當量長度 md換熱器內徑 mmre雷諾準數(shù)pr普朗特準數(shù)p r因數(shù)污垢熱阻 對流傳熱系數(shù) 導熱系數(shù) 粘度 粗糙度 密度 系數(shù)下標熱流體冷流體管內管外s污垢t傳熱溫度差七設計結果評價通過這次學習我深切地感受到“學以致用”的重要性和艱難程度，我們隨口所說的“理論聯(lián)系實踐”，做起來需要的不僅僅是考試的成績，還需要扎實的理論功底、查閱文獻獲得所需信息的基本功、客觀問題和解決方案的分析綜合能力以及動手能力等諸多缺一不可的能力的綜合應用。因此，我們應永遠保持謙虛謹慎的學習態(tài)度和注重自身各項能力的培養(yǎng)。我還學會了如何根據工藝過程的條件查找相關資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據資料確定主要工藝流

15、程，主要設備，及計算出主要設備及輔助設備的各項參數(shù)及數(shù)據。了解到了工藝設計計算過程中要進行工藝參數(shù)的計算。通過設計不但鞏固了對主體設備圖的了解，還學習到了工藝流程圖的制法。通過本次設計不但熟悉了化工原理課程設計的流程，加深了對冷卻器設備的了解，而且學會了更深入的利用圖書館及網上資源，對前面所學課程有了更深的了解。但由于時間較為倉促，查閱的文獻有限，本次設計還有很多不完善的地方。為高分子材料與工程專業(yè)的學生，我深知化工原理是一門非常重要的專業(yè)基礎課程，進行適當?shù)脑O計訓練對于加深我對課程的理解是非常重要和有意義的。這是第一次做化工原理課程設計，通過本次設計，我認為自己已經初步掌握化工設計的一些基本知識了。這次設計訓練中，我最大的收獲是對說學專業(yè)的認識進一步加深、學習目的的進一步明確、學習方法的初步掌握。八附 圖1.工藝流程簡圖圖冷卻循環(huán)水與煤油在設計的換熱器中進行熱交換，煤油由初溫140降溫至，40冷卻循環(huán)水由初溫升22溫至40。2.主體設備工藝條件圖九參考文獻