化工參考資料原理柴油冷卻器設(shè)計(jì)

1、長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書題目柴油冷卻器設(shè)計(jì)系(部)生物工程與環(huán)境科學(xué)系專業(yè)（班級）11 級生物營養(yǎng) 1 班姓名歐陽東曉學(xué)號36指導(dǎo)教師羅卓起 止日期2013.5.202013.5.31系主任_張建社_ 指導(dǎo)教師_羅卓 _ 學(xué)生_歐陽東曉 _編號： 1.03一、設(shè)計(jì)題目名稱 ：年處理 85000 噸柴油油冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件 ：1柴油：入口溫度： 145，出口溫度： 45；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（ P 為 0.3MPa，進(jìn)口溫度 20，出口溫度 36） 3允許壓強(qiáng)降，不超過 105Pa；4每年按 330天計(jì)；每天 24 h 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。5處理能力 85000噸/ 年； 6設(shè)備型式：列管式換熱器。7柴

2、油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見表 1.1:表 1.1 柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱 kJ/kg. 密度 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1熱量衡算及初步估算換熱面積；2.冷卻器的選型及流動空間的選擇；3.冷卻器的校核計(jì)算；4.結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計(jì)計(jì)算；5繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（ A2）及冷卻器的工藝條件圖（ A2）； 6編寫設(shè)計(jì)說明書。四、廠址 :長沙地區(qū)（大氣壓為 10.28m 水柱） 五、設(shè)計(jì)任務(wù)完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，對冷卻器的有關(guān)附屬設(shè)備的進(jìn)行設(shè)計(jì) 和選用，繪制換熱器

3、系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。六、設(shè)計(jì)時(shí)間安排二周：長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名歐陽東曉 學(xué)號36專業(yè)生物工程班級1班設(shè)計(jì)題目年處理 85000 噸柴油冷卻器指導(dǎo)教師羅卓指導(dǎo)教師意見：評定等級： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定等級： 答辯小組長簽名： 日期： 教研室意見：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見：系主任簽名： 日期：說明 課程設(shè)計(jì)成績分 “優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格 ”四類；目錄第 1 章 固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì) . 11.1設(shè)計(jì)任務(wù) . 11.2設(shè)計(jì)條件 . 11.3設(shè)計(jì)要求 . 1第 2 章 固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算

4、書 . 22.1確定設(shè)計(jì)方案 . 2. . 2. . 22.2確定物性數(shù)據(jù) . 22.3計(jì)算總傳熱系數(shù) . . 2. . 2. . 3. . 3. . 3. . 32.4. 計(jì)算傳熱面積 . . 42.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 . 444555552.6換熱器核算 . . 6. . 6. . 72.7附屬設(shè)備 . . 8. . 8. . 9第 3 章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 . 113.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸 . 113.2符號說明 . . 12結(jié) 論. . 14致 謝. . 15參考文獻(xiàn) . . 16第1章 固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 處理能力：柴油 85000噸/ 年2.設(shè)備形式

5、：固定列管式換熱器1.2 設(shè)計(jì)條件1柴油：入口溫度： 145，出口溫度： 45；2冷卻介質(zhì)，循環(huán)水（ P 為 0.3MPa，進(jìn)口溫度 20，出口溫度 36）3允許壓強(qiáng)降，不超過 105Pa；4每年按 330天計(jì)；每天 24 h 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。5處理能力 85000噸/ 年；6設(shè)備型式：列管式換熱器。7柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)見表 1.1:表 1. 柴油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)物料比熱 kJ/kg. 密度 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.0006401.3 設(shè)計(jì)要求 完成臥式列管冷卻器的工藝設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，對冷卻器的有

6、關(guān)附屬設(shè)備的進(jìn)行設(shè)計(jì) 和選用，繪制換熱器系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及設(shè)備的工藝條件圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。第 2章 固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算書2.1 確定設(shè)計(jì)方案兩流體均為無相變，本設(shè)計(jì)按非標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器的一般設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩流體溫度變化情況： 熱流體進(jìn)口溫度 145，出口溫度 45；冷流體（循環(huán)水） 進(jìn)口溫度 20，出口溫度 36。該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會降 低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選 用固定管板式換熱器。由于循環(huán)水易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用 25 2.5mm的碳鋼管 1 ，管內(nèi)流速取

7、ui=0.5m/s。2.2 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為 T=（145+45） /2=95（） 管程流體的定性溫度為 t=（20+36） /2=28（） 根據(jù)定性溫度分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)見表2.1：表 2.1 定性溫度下殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)物料比熱 kJ/kg. 密度 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù) W/m. 粘度 Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640資料來源化工原理手冊2.3 計(jì)算總傳熱系數(shù)85000 qmo= mo 330 2410732kg / hQ=qmoCpot o=107322

8、.56 103(145-45)=2.7474109J/h2930W / m2 qmic pi t i2,7474 1094. 3 103 (36 20)39933kg / h)tmt1t2 (145 36) (45 20)t1145 36ln lnt245 20841.4757以逆流計(jì)算）2Redi ui ii0.02 1.0 9946. 4 10 415531，故采用下式計(jì)算 i1 0. 023d110. 6260.02 0. 5 9944. 3 103 6. 4 10 40. 0206.4 10 40. 80. 6260.40. 0232假設(shè)殼程給熱系數(shù) o300W/( m2 C)22Rs

9、i 0. 000344m2 C/W2Rso 0. 000172m2 C/W2碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)45W/ （m C）QKtm92. 74747 109250 57. 5 360053. 5考慮 15%的面積裕度， S 1. 15S 1.15 53.5 61. 5(m2)2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸選用 25 2.5mm的碳鋼換熱管 1 ，管內(nèi)流速 ui 0.5m/ s根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)V2di2ui439933 /( 994 3600)0. 785 0. 022 0. 572(根)按單管程計(jì)算所需換熱管的長度61 . 5372 3 . 14 0 . 02510 . 89( m)按單管程設(shè)計(jì)

10、，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長l 6m ，則該換熱器的管程數(shù)為10.896=250W / m 2 2.4.計(jì)算傳熱面積idi1RsidodibdoRso0.0252930 0. 020. 0003440. 00250. 0200. 0025 0.02545 0. 02250. 0001721300傳熱管的總根數(shù) N 72 2 144（ 根 ）折流板數(shù)NB傳熱管長折流板間距1 3720 .241101 33( 塊 )取標(biāo)準(zhǔn)管徑為按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)， 查單 殼 程 P R 圖 1得 0.81 0.8 。 于 是t 0. 81 39 46 . 21 C 。采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列， 隔板兩側(cè)

11、按正方形排列。 取管心距 a 1.25do ， 則 a 1.25 25 32mm橫過管束中心線的管數(shù) nc 1.19 N 1. 19 144 15（根）采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 0.7 ，則殼體內(nèi)徑 3D 1.05a N/1.05 32 144/ 0.7 481. 9（ mm）圓整取 D 500mm采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 h 0.25 500 125（ mm，） 取 h 125mm。取折流板間距為 B 0.3D，則B 0. 3 500 150( mm，) 取B 150mm折流板圓缺水平面裝配 3殼程流體（原油）進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)原油流

12、速為 1.0m/s ，則接管內(nèi)徑0. 066( m)管程流體（水）進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)水的流速為 1.5m/s ，則接管內(nèi)徑2t2T1t1t136- 20145- 200.128R tT12 tT21145- 4536- 206.254 39933 /( 36003. 14 1. 5994 )0. 145 ( m)4 10732 /( 860 3600 )3. 14 1. 0o 0.36 0 d euo odecpo ouo10732 /( 3600 860) 0.220( m/s)Reo0. 01640.020 0.220 8604275Pro-48.85 10- 42056 1038.85

13、 10- 416.180. 140.020Si0. 785 0. 020 21440. 0226 ( m2 )取標(biāo)準(zhǔn)管徑為?165mm 4.50mm12.6 換熱器核算(1)殼程對流傳熱系數(shù) 對于圓缺形折流板，可采用凱恩公式 2 0.55 1/3 0.14 o wSoBD1殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為黏度校正 2 ()0.14 1w1圓缺型擋板時(shí)， o 0.36 0.140 47250. 55 16.183 1 625. 65W/(m2 C)(2)管程對流傳熱系數(shù) 2i 0.023dii Re0.8 Pr0.4管程流通截面積0.020(m)殼程流通截面積odo t0.15 0.5 1

14、0.025 0.0164(m 2 )0.032管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為ui39933/( 994 3600) 0. 494( m/s)0. 0226Rei0.020 0.494 994Pri-46.4 10- 44.3 103 6.4 10- 415344. 870. 6264.400.023dii0. 8 di ui i0. 4 cpi id oRsdoidibdoRsodi d so0. 0250. 0003442905 0. 0200. 025 0. 0025 0.025 10. 0001720. 020 45 0. 0225 626374. 5W/( m2 C)(4)傳熱面

15、積S K tm2. 7474 10937405 3600 46. 238. 82( m2)該換熱器的實(shí)際換熱面積SpdolN3.14 0.025 6 0.06 14415 60. 15( m2)該換熱器的面積裕度為SpS 100 %29 . 38 44 .44 . 1100 % 36. 16 %(1)管程流動阻力PiP1P2 Ft NpNsFt結(jié)垢校正系數(shù)， Np管程數(shù)， Ns殼程數(shù))取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則 d 0.005 ，而Rei15344，查圖得 i 0.037P1L u i260. 0370. 02994 0. 5 21309 . 8PaP2ui223 994 0. 5

16、2372. 75Pa0.023 0.626 153450. 8 4. 400.40.0202905W/(m2 C)(3)傳熱系數(shù) K換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。P10. 5 0.743 15 （391）4639Pa2Buo22 0. 152NB3. 5o 393. 5D20.5對 25 2.5mm的管子有 Ft 1.4， 且管程N(yùn)p 2 ， 殼程N(yùn)s 1PiP1P2 Ft NpNs 1309. 8 372.7 1. 4 2 4711Pa 105Pa管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。(2)對殼程有折流擋板時(shí)，計(jì)算殼程阻力的方法有 Bell 法、 Kern 法和 Esso法等。 Bell 法 計(jì)算

17、結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的一致性較好， 但計(jì)算比較麻煩， 而且對換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸要求較詳細(xì)。 工程計(jì)算中常采用 Esso法，該法的計(jì)算公式 4 如下：PoP1 P2 FtNs (Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對液體 Fs=1.15， Ns為殼程數(shù))u2流體流經(jīng)管束的阻力 4 P1 Ff onc NB 1 uoo c B 2F 為管子排列方式對壓強(qiáng)降的校正系數(shù)， 正三角形排列 F=0.5，正方形直列 F 0.3 ，正方 形錯(cuò)列時(shí)， F 0.5。f o為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng) Reo 500時(shí)，f o 5.0 Reo 0. 228 5.0 4275 0.228 0.743 nc 為橫過管束中心線的管數(shù)， nc 15。

18、折流板數(shù) NB 392.7 附屬設(shè)備選用標(biāo)準(zhǔn) 5：選取橢圓形封頭( JB1153-73)具體尺寸見圖 2.1 及表 2.2860 0.2222Ppo439 2354 1. 15 1 6994 Pa 105Pa該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設(shè)計(jì)的換熱器合適。流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距， B=150mm,D=500mm860 0. 2222354Pa2圖 2.1 橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖表 2.2 封頭 Dg400 4,JB1154-73公稱直 Dg(mm)曲面高 h1(mm)直邊高度 h2(mm)厚度 (mm)500125254容器法蘭的選擇：選用標(biāo)準(zhǔn)： JB47004707-

19、2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見圖 2.2圖 2.2 PN=0.25MPa 甲型平焊法蘭管法蘭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn) 5 ：HG20593-97 板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系） 。具體尺寸見圖 2.3圖 2.3 PN=0.25MPa 板式平焊鋼制法蘭（ PL ）10第3章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果3.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表 3.1表 3.1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果法蘭內(nèi)法蘭外管子直徑A1/mm徑B1 /mm螺栓孔中心圓 直徑 K /mm公稱直徑DN /mm螺栓孔直 徑L /mm徑D /mm法蘭厚度C/mm殼程進(jìn)出口75.588.9110501414016管程

20、進(jìn)出口165219.1170100182101811換熱器型式：帶熱補(bǔ)償非標(biāo)準(zhǔn)的固定管板式 管子規(guī)格252. mm5管數(shù) 144 根管長 6m換熱面積： 60m2間距 mm32排列方式正三角 形工藝參數(shù)折流板型式上下間距 150mm切口 25%設(shè)備名稱管程殼程殼體內(nèi)徑500mm保溫層厚度無需保 溫物料名稱循環(huán)水柴油接管表操作壓力 MPa0.40.3序號尺寸用途連接型 式操作溫度20/36145/451DN100循環(huán)水入口平面流量 kg/h39933107322DN100循環(huán)水入口平面密度 kg/m39948603DN50柴油入口平面流速 m/s0.50.2204DN50柴油入口平面?zhèn)鳠崃?kW

21、2.74747x106總傳熱系數(shù) W/m2?K374.5對流傳熱系數(shù) W/m2?K2905625污垢熱阻， m2?K/W0.000344 0.000172阻力降 MPa0.004711 0.004639程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼附工藝條件圖（略）3.2 符號說明英文字母B 折流板間距 ,m；d 管徑 ,m；D 換熱器外殼內(nèi)徑 ,m；F 摩擦系數(shù)；h 圓缺高度， m ；K 總傳熱系數(shù)， W/ （m2oC）；L 管長， m；N 管程；12NB折流板數(shù)；P 壓力， Pa；Pr 普蘭特準(zhǔn)數(shù)；R 熱阻， m2oC/WRe雷諾準(zhǔn)數(shù)；2S 傳熱面積， m2；T 熱流體溫度， oC；t 冷流體溫度， oC；

22、u 流速， m/S；W 質(zhì)量流量， Kg/S； 希臘字母對流傳熱系數(shù)； W/ （m2oC）；有限差值；導(dǎo)熱系數(shù)， W/（ m2oC）；粘度， Pas；密度， Kg/m3； 下標(biāo)c 冷流體；h 熱流體；i 管內(nèi)； m 平均； o 管外； s 污垢； Ft結(jié)垢校正系數(shù) ,對于25 2.5mm的管子,取 1.4Np-管程數(shù)Ns殼程數(shù)13結(jié)論這次的課程設(shè)計(jì)花了兩周時(shí)間，經(jīng)過了計(jì)算、核算、畫流程圖和換熱器圖等步驟。幾乎每 個(gè)步驟都經(jīng)過了這樣那樣一系列的問題，然后翻書找資料跟同學(xué)討論花了不少時(shí)間和精力才 把問題弄清楚，尤其是畫換熱器的圖，每個(gè)地方都經(jīng)過了無數(shù)次的修改才得以完成。課程設(shè) 計(jì)真的認(rèn)真做下來比上課可吃力多了，但是同時(shí)得到的收獲也更多。比如，經(jīng)過計(jì)算我們把 已經(jīng)拋諸腦后的化工原理的相關(guān)知識重新回顧和鞏固了一遍， 加深了對書本上的知識的理解； 通過畫流程圖，我們能夠把書本和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)