重油冷卻器的設(shè)計

1、重油冷卻器的設(shè)計課程名稱：化工原理課程設(shè)計題目：重油冷卻器的設(shè)計系部：專業(yè)：學(xué)生姓名：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師姓名:設(shè)計完成時間:化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：重油冷卻器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)及操作條件1處理能力：1.8104t/a重油2、設(shè)備型式：標(biāo)準(zhǔn)列管式換熱器3、操作條件釜殘油：重油，入口溫度102C，出口溫度40C。冷卻介質(zhì)：井水，入口溫度19C，出口溫度30C換熱器管程和殼程壓強(qiáng)降：不大于100kPa。重油在平均溫度下的物性數(shù)據(jù)：p=986kg/r?i卩=2.9x-3pa.scp=1.99kJ/(kgC)入=0.136W/(mC)每年按330天計，每天24小時連續(xù)運(yùn)行。4、建廠地址：本

2、溪地區(qū)三、設(shè)計計算內(nèi)容：1、傳熱面積、換熱管根數(shù)；2、確定管束的排列方式、程數(shù)、折流板的規(guī)格和數(shù)量等；3、殼體的內(nèi)徑；4、冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；5、核算總傳熱系數(shù)；6、管殼程流體阻力校核。四、設(shè)計成果:設(shè)計說明書一份五、設(shè)計時間一周。六、設(shè)計進(jìn)程：指導(dǎo)教師布置實踐題目0.5天設(shè)計方案確定0.5天工藝計算2.0天繪圖0.5天編寫實踐說明書1.0天答辯0.5天目錄TOCo1-5hz化工原理課程設(shè)計任務(wù)書I1概述12換熱器的工藝計算22.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)22.2換熱器面積的估算3熱負(fù)荷計算3平均傳熱溫差及其校正3傳熱面積42.3換熱器工藝尺寸的計算4殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計算4折流板的選擇5

3、接管53換熱器核算53.1傳熱能力的核算5管程的對流傳熱系數(shù)5殼程的對流傳熱系數(shù)6污垢熱阻和管壁熱阻6總傳熱系數(shù)63.2傳熱面積核算73.3換熱器流體阻力計算7管程流體阻力計算7殼程流體阻力計算7設(shè)計結(jié)果匯總8設(shè)計評述9參考文獻(xiàn)10附錄111概述在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。在換熱器中至少要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，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。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)

4、缺點，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占據(jù)主導(dǎo)地位。列管式換熱器有以下幾種:1、固定管板式固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時,在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時,補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。1-折流擋板；2-管束；3-殼體；4-封頭；5-接管；6-管板圖1-1固定管板式換熱器特點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。2、U形管式U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進(jìn)、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封

5、頭內(nèi)用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來解決熱補(bǔ)償問題。圖1-2U形管式換熱器特點：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。3、浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。圖1-3浮頭式換熱器特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍2換熱器的工藝計算2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程重油的定性溫度T（10240）/271C管程井水的定性溫度T(1930)/224.5C根據(jù)定性溫度，分別查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物性參

6、數(shù)表流體t,CP,kg/m3卩,mPa-s重油719862.9井水24.3994.30.890流體Cp,kJ/(kgC/入，W/(m-C/腐蝕性重油1.990.136有井水4.1740.618一2.2換熱器面積的估算2.2.1熱負(fù)荷計算重油的質(zhì)量流量：mo衛(wèi)102272kg/h33024熱流量：Qom0cp2(T,T2)22721.99(10240)2.8105kJ/h2.184105W平均傳熱溫差及其校正T1T1102C40Ct119Ct230Ctm(10230)(4019)In丄t2in型304041.39C19T1-T2102t1-t2405.63019型少0.1310219查圖求得溫差

7、修正系數(shù)t0.93,所以tmtmtC傳熱面積初選k240w/（m2C），所以AQktm24923.6m2選用的換熱器的面積一般應(yīng)比計算值大10%15%故A2根據(jù)傳熱面積，查書后附錄十九可知:選用252.5傳熱管（碳鋼）換熱管長度L=3000mm管程的流通截面積為s=0.0198m2公稱直徑DN=450mm管程數(shù)為2管子數(shù)為N126中心管排數(shù)為nc12管心距t32mm2.2.4凈水用量56098.36kg/n6098.36kg/nw28一cp1t4.174(3019)2.3換熱器工藝尺寸的計算2.3.1殼程流通截面積、流速及雷諾數(shù)的計算殼程內(nèi)徑:450.8mm采用弓形折

8、流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑為25%則切去圓缺高度為h=0.25450=112.5mm,可取h=110mm取折流擋板間距,可取B0.15m故流通截面積：A2(D-ncd0)B()2流速：u2流速：u2m36002A2227236009860.03150.023m/s由以上核算看出，初選的換熱器，管程、殼程的流速和雷諾數(shù)都是合適的當(dāng)量直徑:de4(22-d02)44(、30.03220.0252)4002mmd0U.UZ.1111110.025雷諾數(shù)：Re2U22de0.0239860.02156.4232.9101Re2U22d00.0239860.025195.522.91032.3

9、.2折流板的選擇折流板數(shù)：NbL1B折流板數(shù)：NbL1B3000119(塊)150接管殼程流體進(jìn)出口接管:殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)重油流速為U11.0m/s,則接管內(nèi)徑為:d14V1U14227236009860.029m取整后圓管內(nèi)徑可取為30mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)井水水流速u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為:d24V2U2:360046098.360.038m取整后圓管內(nèi)徑也可取為40mm3換熱器核算3.1傳熱能力的核算管程的對流傳熱系數(shù)設(shè)管內(nèi)流速u10.6m/s雷諾數(shù)：Re106沁半1340610410.89103普朗特數(shù)：Pri1cp1.89010341741035.9530

10、.62410.02Re10.8Pr10.30.0230624(13406)0.85.9530.3d10.02C)殼程的對流傳熱系數(shù)對弓形折流板，可采用克恩公式2455.5W/(m20.36Re2.55Pr213de雷諾數(shù)Re2156.4普朗特數(shù)Pr2雖29衛(wèi)1.991042.4320.136因殼程流體被冷卻，故取粘度校正=1.0520.551/30.36Re2Prde0.1360.551/3W/(污垢熱阻和管壁熱阻R10.00058m2KWR20.00176m2KW總傳熱系數(shù)1d11dR1dd0bdidmR20.020.020.025450.02250.001761585.3=234w/(m.

11、C)3.2傳熱面積核算傳熱面積：AQ.18410524.24m2Ktm23438.49該換熱器的實際傳熱面積：Ad0312629.67m2該換熱器的面積裕度：HA-A100%A24.24100%22.4%傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)3.3換熱器流體阻力計算3.3.1管程流體阻力計算Pt(PiPr)FtNsNpNs1,Np2,Ft1.4Pi21U1U1Pi1d1Pr22u13u122W36001s6098.360.086m/sL1d121U120.624-0.02344.16PaPr3u21230.0862994.3211.03Pa所以管程總壓降：Pt(PPr)FtNsNp()1.

12、412994.63Pa100kpa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。3.3.2殼程流體阻力計算Ps(P1P2)FsNs流體流經(jīng)管束的阻力:PiFf(NB1)其中F0.5f05.00.228Re。5.0u0d00nc12Nb19U20.023m/s5.01.632.910p1Ff0(NB1)2U22(191)9860.02324.17Pa流體流過折流板缺口的阻力:p2Nb(3.52h)U22D)219(3.520.11)9860.02320.45)14.92Pa總阻力:Ps(P1P2)FsNs)殼程流動阻力也比較適宜設(shè)計結(jié)果匯總名稱管程殼程換熱器型式固定管板式使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5管數(shù)，根

13、126管長，mm3000管間距，mm32中心排管數(shù)nc12管子排列方式正三角形折流擋板型式弓形折流擋板間距，mm150折流擋板切口咼度25%殼體內(nèi)徑，mm450程數(shù)21流通面積，m20.01980.0315傳熱面積，m224.24物料名稱井水重油操作壓力，MPa0.000990.000022操作溫度，C（進(jìn)/出）30/19102/40流里，kg/h6098.362272流速，m/s0.0860.023熱負(fù)荷，kw1038.8流體流動形式逆流對流傳熱系數(shù)，w/m2k2455.5585.5總傳熱系數(shù)，w/m2k234裕度22.4%壓力降，Pa994.6321.95設(shè)計評述經(jīng)過了一個星期的學(xué)習(xí)和工作

14、，我終于完成了本次化工原理課程設(shè)計重油冷卻器的設(shè)計，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對課程設(shè)計一無所知，對CAD制圖等相關(guān)技術(shù)不是很了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩設(shè)計一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間通過這次課程設(shè)計使我充分理解了實踐的重要性，尤其要把理論和實踐結(jié)合起來，我們利用課本上學(xué)到的知識去解決實際問題，設(shè)計時要有一個明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合

15、適的設(shè)計參數(shù)。在做計算這一部分的時候，由于一開始思路和素質(zhì)的錯誤，導(dǎo)致所有的努力付諸東流。但是從中發(fā)現(xiàn)了錯誤，總結(jié)了經(jīng)驗是值得興慰的，為以后的成功奠定了基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計的訓(xùn)練讓我對自己的專業(yè)有了更加深刻的認(rèn)識，這對我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個考驗，雖然我的課程設(shè)計不是很成熟，還有很多不足之處，但通過課程設(shè)計，使我樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)了實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。參考文獻(xiàn)1袁慶龍，候文義.Ni-P合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究J太原理工大學(xué)學(xué)報，2001,32（1）:51-53.（連續(xù)出版物：序號主要責(zé)任者文獻(xiàn)題名J.刊名，出版年份，卷號（期號）：起止頁碼）2劉國鈞，王連成.圖書館史研究M.北京

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