課程設(shè)計(jì)——煤油冷卻器

1、化工原理課程設(shè)計(jì)題 目 煤油冷卻器 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師 職 稱 教授 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 2015年9月8日目錄目錄目錄II前言III概述1第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與條件4第三章 工藝設(shè)計(jì)53.1生產(chǎn)條件的確定53.2換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算53.2.1確定設(shè)計(jì)方案53.2.2確定物性數(shù)據(jù)53.2.3計(jì)算總傳熱系數(shù)63.2.4計(jì)算傳熱面積73.2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸73.2.6換熱器核算9第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果列表134.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果134.2設(shè)計(jì)結(jié)果的討論14結(jié)束語15參考文獻(xiàn)16符號(hào)說明17附 錄18前言 煤油一般是通過對(duì)石油進(jìn)行分餾而制得，剛剛分餾得到的煤油溫度會(huì)比較高，不利

2、于保存和運(yùn)輸?shù)?，需要進(jìn)行冷卻。在工業(yè)大生產(chǎn)過程中自然冷卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到煤油冷卻的時(shí)間要求，選用低溫水進(jìn)行冷卻是比較好的冷卻方式。設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的冷卻器就十分的必要了，本文通過大量數(shù)據(jù)運(yùn)算得到的理論冷卻器比較接近現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)要求，有待于進(jìn)一步的實(shí)踐證實(shí)和運(yùn)用。關(guān)鍵詞：煤油；水；換熱器概述在化工、石油、能源、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備,并占有十分重要的地位。; $ m: s0 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中

3、占據(jù)主導(dǎo)地位。7 U6 m) N+ d7 G列管式換熱器有以下幾種：4P# r& ; a. d C9 q4 P* r k C7 r1、浮頭式 F a/ b* W 換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完佺消除了溫差應(yīng)力。. W: s0 - l4 z% G9 d 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。設(shè)計(jì)評(píng)述： 1.在換熱器選型的時(shí)候，考慮各種常用的換熱器優(yōu)缺點(diǎn)：固定板式換熱器：結(jié)構(gòu)簡單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，使殼側(cè)清洗困難。當(dāng)管子與殼體壁溫相差大于50C時(shí)，應(yīng)在殼體上設(shè)置溫差補(bǔ)償-膨脹節(jié)，依靠膨脹

4、節(jié)的彈性變形可以減少溫差應(yīng)力。但是當(dāng)殼體與管子的溫差大于60C及殼程壓力超過時(shí)，由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償作用，就應(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一個(gè)管板。換熱管為U形，管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。密封面少，運(yùn)行可靠，造價(jià)較低，管間清洗較方便。但是由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低；管束最內(nèi)層管間距較大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。一般用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔以及高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)合。浮頭式換熱器：當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在時(shí)，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力

5、，管內(nèi)與管間的清洗均方便。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)較高，適用于殼體與管束間溫差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。在綜合各方面因素，該設(shè)計(jì)任務(wù)的管束與殼體的平均溫度差，同時(shí)殼程壓力為，都不是很大，因此選擇造價(jià)較低的帶膨脹圈的固定管板是換熱器，在經(jīng)濟(jì)的情況下能達(dá)到生產(chǎn)任務(wù)需求。2. 冷卻過程中最好采用容積較大的貯槽或者直接采用小型水庫，這樣可以充分使循環(huán)水冷卻。3. 泵的選型，由于泵所提供的流量Q與揚(yáng)程H均稍大于管路系統(tǒng)要求值，所以應(yīng)減小標(biāo)準(zhǔn)閥的開度，藉此增大管路長度當(dāng)量，從而使軸功率N增大。 設(shè)計(jì)總評(píng)：對(duì)于該生產(chǎn)任務(wù)，這個(gè)設(shè)計(jì)還有諸多不足需要彌補(bǔ)。例如，循環(huán)水為以結(jié)垢的流體，最好選擇大管徑的換熱

6、管，但是考慮到流速，選擇了小管徑的換熱管；所設(shè)計(jì)的換熱器不在固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，制造比較麻煩；泵的吹入管等管路有點(diǎn)短，若是直接以水庫中的水作為循環(huán)水，則設(shè)備距離不夠。等等。此次設(shè)計(jì)是以理論作為指導(dǎo)，難免會(huì)有以上疏漏，希望在老師的指導(dǎo)下，能以實(shí)踐作為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善有關(guān)化工知識(shí)。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與條件原料：煤油，水 處理量：25萬噸年原料溫度：入口溫度145oC，出口溫度40oC冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30oC，出口溫度40oC生產(chǎn)時(shí)間：300天年，每天24h連續(xù)運(yùn)行允許壓降不大于105Pa第三章 工藝設(shè)計(jì)3.1生產(chǎn)條件的確定設(shè)計(jì)一列管式煤油換熱器，完成年冷卻17wt煤油的任務(wù)，具

7、體要求如下：煤油進(jìn)口溫度145，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40；每年按300天計(jì)，24小時(shí)/天連續(xù)進(jìn)行。3.2換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1確定設(shè)計(jì)方案（1）選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度145，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40。由于該換熱器的管壁溫度和殼體溫度有較大溫差，選用浮頭式換熱器。(2)流動(dòng)空間及流速的確定實(shí)際生產(chǎn)中，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)采用冷卻水走管程，煤油走殼程。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=0.5m/s。3.2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程煤油的定性溫度：T= =92

8、.5（）管程流體的定性溫度：t=35()根據(jù)定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在92.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 0=825kg/m3定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) o=0.140W/(m)粘度 o=0.000715Pas冷卻水在35的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=994kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.08kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.626W/(m)粘度 i=0.000725Pas3.2.3計(jì)算總傳熱系數(shù)（1）煤油傳熱熱量和流量Qo=moCpoto= =2248KW（2）平均傳熱溫差()（3）冷卻水用量（kg/h）（4）總傳熱系數(shù) 1)管程傳熱系數(shù) 2

9、)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) W/（m2）污垢熱阻Rsi=0.000344m2/WRso=0.000172m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)3.2.4計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度，S=1.15S=1.15247.2=284.33.2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速選用252.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)（根）按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長L=6m,則該換熱器管程數(shù)為（管程）傳熱管總根數(shù) (根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)

10、圖表可得平均傳熱溫差（4）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數(shù)（根）（5）殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整可?。?）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，則切去的圓缺高度為。取折流板間距，則 B取330mm折流板數(shù) 塊折流板圓缺水平裝配。（7）接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為，則接管內(nèi)徑為3.2.6換熱器核算（1）熱量核算1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采取克恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排

11、列得殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)粘度校正 2)管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)3)傳熱系數(shù) 4)傳熱面積 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 該換熱器的面積裕度傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1）管程流動(dòng)阻力，由，傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得，流速，所以， 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。2）殼程阻力，流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動(dòng)阻力也比較合適。第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果列表4.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 表1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：浮頭式列管換熱器換熱器面積（）：2

12、84.3工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水煤油操作壓力，MPa0.10.03操作溫度，30/4040/145流量，kg/h5501160198284流體密度，kg/994825流速，m/s0.4990.147傳熱量，kw108總傳熱系數(shù)，w/k308對(duì)流傳熱系數(shù)，w/k2732.8470.6污垢系數(shù)，k/w0.0003440.000172阻力將，Pa4918.22629.86程數(shù)21使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù) 603管長，mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm330保溫層厚度，mm4.2設(shè)計(jì)結(jié)果的討論換熱器的種類繁多，不同的換

13、熱器由其各自的優(yōu)點(diǎn)和使用局限。本課程設(shè)計(jì)中選用浮頭式換熱器，這種換熱器相比其他換熱器有以下幾點(diǎn)明顯的優(yōu)勢(shì)：1. 管束可抽出，以方便清洗管、殼程；2. 介質(zhì)間溫差不受限制；3. 可在高溫、高壓下工作；可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；4. 可用于管程易腐蝕的場(chǎng)合。但同時(shí)也有一些缺點(diǎn)，例如，造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等等。結(jié)束語經(jīng)過幾天的努力終于完成了本次課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)不只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，同時(shí)也是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)我們要學(xué)的東西還很多，不能眼高手低。在以后的學(xué)習(xí)生活中也要像這樣不斷在實(shí)踐中提高自己的綜合素質(zhì)。本次設(shè)計(jì)在遇到困難時(shí)總是我們四

14、個(gè)組員一起討論和查看參考文獻(xiàn)，既而進(jìn)行攻堅(jiān)，所以在此感謝我的團(tuán)隊(duì)，感謝幫助我的同學(xué)們。在這次的課程設(shè)計(jì)過程中我感覺我理論運(yùn)用于實(shí)際的能力得到了提高，主要有以下幾點(diǎn)： （1）掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力； （2）樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到了操作時(shí)的勞動(dòng)條件和各方面的因素的正確的設(shè)計(jì)思想，在這種思想的指導(dǎo)下去分析和解決問題的能力； （3）培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力； （4）學(xué)會(huì)了用簡潔的文字和清晰的圖紙來表達(dá)自己思想的能力； （5）隊(duì)員之間相互合作，了解了團(tuán)隊(duì)的力量。參考文獻(xiàn)1 王志魁，劉麗英，劉偉化工原理 M（第四版）北京：化學(xué)工業(yè)出版

15、社，201052 劉巍，冷換設(shè)備工藝計(jì)算手冊(cè)M北京：中國石化出版社，20033 賈紹義，柴誠敬主編化工原理課程設(shè)計(jì)M天津：天津大學(xué)出版社，20024 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)M廣州：華南工學(xué)院出版社，19865 李功樣，陳蘭英，崔英德主編常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)M廣州：華南理工大學(xué)出版社，20036 涂偉萍，陳佩珍，程達(dá)芬主編化工工程及設(shè)備設(shè)計(jì)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000符號(hào)說明 英文字母B折流板間距，m； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；C系數(shù)，無量綱； S（或A）傳熱面積，md管徑，m； t冷流體溫度，C；D換熱器外殼內(nèi)經(jīng)，m a（或t）管心距，mf摩擦系數(shù)； T熱流體溫度，C；F系數(shù)； u流速，m/sh圓缺高度，m W（或）質(zhì)量流體，kg/