煤油冷卻器的設計

1、況莎銀猱說曷妥仝工程專業(yè)化工原理課程設計說明書題 目：姓 名：班級學號:指導老師：同組人員主成時間：2010# 11 £14 a第一部分設計任務書一、設計題目煤油冷卻器的設計二設計任務1處理能力：1.98x10$噸/年煤油2.設備形式：列管式換熱器（臥式）三、操作條件 煤油：入口溫度1409,出口溫度409 冷卻介質：自來水，入口溫度309,出口溫度409 允許壓強降：不大于105Pa 每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行四、設計內容 設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結構尺寸設計。 主要輔助設備選型。

2、繪制換熱器總裝配圖。五、設計日期開始日期：2010年11月1日結束日期：2010年11月14日六、設計評述換熱器是許多工業(yè)生產中常用的設備,尤其是石油、化工生產應用更為廣泛。在 化工廠中換熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能 各異，個具特點，可以適應絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。進行換熱器的設計, 首先是根據(jù)工藝要求選用適當?shù)念愋?，同時計算完成給定生產任務所需的傳熱面積, 并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器類型雖然很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處 僅是在結構上需根據(jù)各自設備特點采用不同的計算方法而已。第二部分設計方案簡介評述我們設計的是煤油冷卻器，

3、冷卻器是許多工業(yè)生產中常用的設備。列管式換熱器的結構簡單、牢固，操作彈性大，應用材料廣。列管式換 熱器有固定管板式、浮頭式、U形管式和填料函式等類型。列管式換熱 器的形式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來確定。由于兩流體 的溫差大于50 9,故選用帶補償圈的固定管板式換熱器。這類換熱器結構簡單、價格低廉，但管外清洗困難，宜處理殼方流體較清潔及不易 結垢的物料。因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，并易結垢，故選擇冷卻水 走換熱器的管程，煤油走殼程。第三部分換熱器設計理論計算1、試算并初選換熱器規(guī)格(1)、定流體通入空間兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，因水的對流傳熱系數(shù)一 般較大，并易結垢，故選擇冷卻水

4、走換熱器的管程，煤油 走殼程。(2)、確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管式換熱器的形式:被冷卻物質為煤油，入口溫度為1409,出口溫度為40 C冷卻介質為自來水，入口溫度為30 C,出口溫度為40 C煤油的定性溫度：0 = (140 + 40)/2 = 90 C水的定性溫度：5=(30 + 40)/2 = 35 C兩流體的溫差：7；-： = 90-35 = 559由于兩流體溫差大于50-C,故選用帶補償圈的固定管板式列管換熱器。兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)性流體煤油908250.7152.220J4水359940.7284.1740.626、計算熱負荷Q按管內煤油計算很卩若忽略換熱器的熱

5、損失，水的流量可由熱量衡算求得，即(4) 、計算兩流體的平均溫度差，并確定殼程數(shù)111AT40-30乂 =經豈=(八日7)= (1心40匕理一30) = 39 096迄 "111 土由R和P査圖得溫度校正系數(shù)為,=085,所以校正后的溫度為厶L = 36.4X 0.85 = 33.23°C又因,=0.85 >0.8,故可選用單殼程的列管式換熱器。(5) 、初步選擇換熱器規(guī)格根據(jù)管內為水，管外為有機液體，K值范圍為280-710 W/(m2 QC)9 假設 K=430lV/(m2 oC)故由于幾-L = 14°4° -笑竺 =55050 C,因此需要

6、考慮熱補償。2 2初選固定板式換熱器規(guī)格尺寸如下: 外殼直徑D600mm管程流通面積S 0.0364m2 管數(shù)n 管長L 中心距換熱器的實際傳熱面積2326m32mm管排方式正三角形排列公稱壓力P 4.00Mpa管程數(shù)2管尺寸4>25X2. Sunn (不銹鋼管)公稱面積S 107.5 m2采用此換熱面積的換熱器，則要求換熱過程的總傳熱系數(shù)為:2、核算總傳熱系數(shù)K。(1X計算管程對流傳熱系數(shù)匕，因為管中水的質量流量為Wc = 36.94/5,則水的體積流量為 Vc = Wc/p = 36.94 / 994 = 0.03716” / s所以：(2) 、計算殼程對流傳熱系數(shù)匕換熱器中心附近管

7、排中流體流通截面積為 式中h折流擋板間距，取150/77/7?煤油的質量流量為Wh = 25000 / h = 6.9444 / 5,則煤油的體積流量為嶺=Wh/p = 6.9444/825 = 0.008417" / s由于換熱器為兩殼程，所以煤油的流速為：由于管為三角形排列，則有煤油在殼程中流動的寓諾數(shù)為因為Re“在2x10lxlO*5范圍內，故可采用凱恩(Kern)法求算,即由于液體被冷卻取 = 0.95,所以a。= 0364-Re055 Pr13(pu = 0.36x 0 14 x(9. 952xlO3)055 x 1 1.34舊 x0.95 = 8421V / (m2 &#

8、176;de尸"0.0202(3) 、確定污垢熱阻(4) 、計算總傳熱系數(shù)K。(管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù)K。為：)選用該換熱器時，要求過程的總傳熱系數(shù)為431.8 VV/(W2 oC),在傳熱任務所規(guī)定的流動條件下，計算出的K°=488.8 W/(nr °C)t所選擇的換熱器的安全系數(shù)為：則該換熱器傳熱面積的裕度符合要求。3、計算壓強降（1）、計算管程壓強降前已算出：MZ = 1.021/77/5 Rez = 2.788xl03（湍流）取不銹鋼管壁的粗糙度s = 0Amin ,則?=聖=0.005< 20由摩擦系數(shù)圖査得2 = 0.034所以對于 025

9、 x 2.5mm 的管子，有 Ft = 14,且Np = 2, Ns = 1（2）、計算殼程壓強降由于 Fs = 1.15, Ns = 1 所以片=/7>,（心+ 1）纓管子為正三角形排列，則取F=o.5 折流擋板間距A = 0.15/7?折流板數(shù)2廠彳-1 =展-1 = 39110.13所以從上面計算可知，ZAP . ZAPz < 105,該換熱器管程與殼程的壓強降均滿足題設要求，故所選換熱器合適。第四部分換熱器主要結構尺寸一、管子的規(guī)格和排列方法考慮到流體的流速，選用025x25腫規(guī)格的管子。我國換熱器系列中，固 定管板式多采用正三角形排列，它的優(yōu)點有：管板的強度高；流體走短路

10、的機 會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同殼程內可排列更多 的管子。所以選擇正三角形排列。二、管程和殼程數(shù)的確定管程數(shù)m可按下式計算，即 式中/一一管程內流體的適宜速度，m/s；屮單管程時管內流體的實際速度，m/s。取« = 1.5/77/5 （參考化工原理上冊）水的流量為叱=36.94/5,對于4>25X2. 5mm的管子,求得吩愕" 所以選用2管程。在單殼程中，由R和P査得溫度校正系數(shù)為 = 0.85大于0.8,所以采用單殼程。三.外殼直徑的確定初步設計中可用下式計算殼體的內徑，即式中£> 一殼體內徑，加：f-管中心距，砒代-橫穿管

11、束中心線上的管數(shù)；管束中心線上最外層管的中心到殼體內壁的距離，一般取b' = (l-1.5) d0, m其中t = 0032加(參考«化工原理»上冊)7 = 16(上己計算)&取1.5則 D = 0.025 x(16-l)+2xl.5x 0.025 = 0.555/n = 555mm;按照此方法計算得到的殼內徑應圓整，標準尺寸如下表：殼體外徑/mm325400,500,600, 800,900,10001100, 1200700最小壁厚/mm8101214所以取D =600mmo折流板形式的確定折流擋板的主要作用是引導殼程流體反復的改變方向做錯流流動，以加大

12、 殼程流體流速和湍動速度，致使殼程對流傳熱系數(shù)提髙。選擇水平圓缺形折流板，切去的弓形高度為外殼內徑的25.0% (圓缺率的 范圍一般為 15%45%),即為：600x15.0% = 90.0肋。折流板的間距，在允許的壓力損失范圍內希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內徑的1/5或者不小于50mm。折流板間距取h=150mmo 折流板的最大無支撐間距如表所示：換熱管外徑(mm)141619253238最大無支撐間距(mm)110013001500185022002500折流板的厚度可由下表得出：(參考文獻：化工設備設計手冊 朱有庭，曲 文海主編)公稱直徑DN (mm)換熱管無支撐跨距<

13、;30030060060090090012001200-15001500折流板的最小厚度(mm)<40034581010400-700456101012700-900568101216900-15006810121616所以取值為12mm五、主要附件的尺寸設計(1) 、封頭封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小(一般小于400mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為600mm,選用圓形封。(2) 、緩沖擋板它可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和 管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。(3) 、放氣孔、排液孔換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不擬氣體和冷凝液等。(4)

14、、接管換熱器中流體進、出口的接管直徑按下式計算，即式中叫流體的體積流量，卅“"流體在接管中的流速，m/So流速“的經驗值可取為對流體u=1.52m/s取液體流速H=1.5m/s,自來水進出口接管的內徑煤油進出口接管的內徑、假管 為減少管程分程所引起的中間穿流的影響，可設置假管。假管的 表面形狀為兩端堵死的管子，安置于分程隔板槽背面兩管板之間但不穿過管板，可與折流 斑焊接以便固定。假管通常是每隔34排換熱管安置1根。(6) 、拉桿和定距管 為了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用 拉桿和定距管。所選擇的拉桿直徑為12mm,拉桿數(shù)量為4,定距管025x2.5?/"(參考

15、文 獻化工設備手冊曲文海主編)仃)、膨脹節(jié)膨脹節(jié)又稱補償圈。膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應力，這種補償方法適用于兩流體的溫差低于700C且殼方的流體壓強不高于600KPa的情況。換熱器的膨脹節(jié)一般分為帶襯筒的膨脹節(jié)和不帶襯筒的膨脹節(jié)。根據(jù)換熱器殼側介質 的不同，使用的膨脹節(jié)就不同，通常為了減小膨脹節(jié)對介質的流動阻力，常用帶襯筒的膨 脹節(jié)。襯筒應在順介質流動的方向側與殼焊接。對于臥式換熱器，膨脹節(jié)底部應采用帶螺 塞結構，這樣便于排液。第五部分工藝設計計算結果匯總表工藝設計計算結果匯總表煤油流量kg/h25000自來水流fiAg/h132984實際傳熱面積S/m*107.5要求過程的總傳熱系數(shù)/w/

16、 (irf-c)總傳熱系數(shù)/W (nTC)安全系數(shù)/%13-2管程壓強降殼程壓強降處1.417X104 1230殼徑D/mm600公稱壓強/Mp4.00公稱面積s/ma107.5管程數(shù)Np2管子尺寸/mm©25X2.5管長/m6管子總數(shù)n232管子排列方法正三角形管心距/mm32折流板數(shù)49板間距/mm150弓高/mm75拉桿直徑/mm12拉桿數(shù)量4參考文獻1化工原理（上冊）修訂版夏清陳常貴主編天津:天津大學出版,20052化工設備設計手冊潘國昌、郭慶豐主編北京:清華大學出 版社,1988 化工流體流動與傳熱張國亮 主編.北京：化學工業(yè)出版 社,19924 化工工藝制圖周大軍 揭嘉

17、主編.北京:化學工業(yè)出版 社,20035 中國石化集團上海工程有限公司編.化工工藝設計手冊（第三版）北京:化學工業(yè)出版社,19876 柴誠敬王軍張纓編.化工原理課程設計天津：天津科學技術出版社,20057 化工工藝算圖手冊劉光啟 馬連湘主編北京：化學工業(yè)出版社,19908 化工工程設計韓冬冰 李敘鳳 主編北京:學苑出版社,2000 工程制圖朱泗芳 徐紹軍 主編北京：高等教育出版社,200210 AutoCAD2002應用教程劉蘇 編著北京：科學出版社,200311 化工設備機械設計基礎潘永亮劉玉良編北京:科學出版社,1991后記課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決 實際問

18、題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓 練和考察過程.隨著答辯日子的到來，課程設計也接近了尾聲。經過兩周的奮戰(zhàn) 我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是 對這幾年來所學知識的單純總結,但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己 的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什 么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我 才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了,使我認識到合作的重要性我和組員湯冬、易先文相互設計不同的方案，然后集中討論，選擇最佳的設計方案。遇到難的地方，就各自査找資料，詢問老師或同學，既而進行攻堅，團隊的力量是無窮的，沒有克不了的難關。同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在此也要感謝我們的指導老師尹老師、王老師、林老師和曾老師對我們悉心的指導，感謝老師們給我們的幫助。在設計過程中，我通過査閱大