課程設(shè)計換熱器-煤油匯總

1、課程設(shè)計換熱器-煤油匯總化工過程設(shè)備設(shè)計I （一）說明書設(shè)計題目：換熱器的設(shè)計專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)教師：設(shè)計日期：設(shè)計單位：青海大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程系化工原理課程設(shè)計目錄前言4任務(wù)書5目的與要求6一、工藝設(shè)計方案8二、確定物性數(shù)據(jù)9三、估算傳熱面積9四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸10五、換熱器核算12六、設(shè)計結(jié)果概要一覽表17七、參考文獻19前言化工原理課程設(shè)計是化工原理教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修 課程所學(xué)知識，完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計 的基本程序和方法，并在査閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設(shè)計結(jié) 果、制圖以及計

2、算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生 樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)?；ぴ碚n程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)的一個實踐環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到化工設(shè)計的初 步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。圍繞以某一典型單元設(shè)備(如板式塔、填料塔、干燥器、 蒸發(fā)器、冷卻器等)的設(shè)計為中心，訓(xùn)練學(xué)生非定型設(shè)備的設(shè)計和定型設(shè)備的選型能力。 設(shè)計時數(shù)為3周，其基本內(nèi)容為：(1) 設(shè)計方案簡介：對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進行簡要的論述。(2) 主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算(含計算機輔助計算)：物料衡算，能量衡量，工藝參 數(shù)的選定，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算。(3) 輔助設(shè)備

3、的選型：典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計算，設(shè)備的規(guī)格、型號的選 定。(4) 工藝流程圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料方向，物 流量、能流量，主要測量點。(5) 主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管 表。(6) 設(shè)計說明書的編寫。設(shè)計說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計任務(wù)書，目錄，設(shè)計方案 簡介，工藝計算及主要設(shè)備設(shè)計，輔助設(shè)備的計算和選型，設(shè)計結(jié)果匯總，設(shè)計評述，參 考文獻。整個設(shè)計由論述，計算和圖表三個部分組成，論述應(yīng)該條理清晰，觀點明確；計算要 求方法正確，誤差小于設(shè)計要求，計算公式和所有數(shù)據(jù)必需注明出處；圖表應(yīng)能簡要表達 計算的結(jié)果。設(shè)計者：201

4、5年 月 日化工原理課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一. 設(shè)計題目:設(shè)計一臺換熱器二、操作條件:III1.煤油：入口溫度140°C,出口溫度38 eC；2冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度28 °C,出口溫度34 °C；3允許壓強降：不大于lX105Pa；4每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行。三、設(shè)備形式:管殼式換熱器四. 處理能力:22.6萬噸/年煤油五、設(shè)計要求:1 選定管殼式換熱器的種類和工藝流程;2.管殼式換熱器的工藝計算和主要工藝尺寸的設(shè)計;3 設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計結(jié)果一覽表;4設(shè)備簡圖（要求按比例畫出主要結(jié)構(gòu)及尺寸）;5 對本設(shè)計的評述及有關(guān)問題的討論?；ぴ?/p>

5、理課程設(shè)計目的與要求一、課程的目的與任務(wù)化工原理課程設(shè)計以“化工原理課程教學(xué)基本要求”為依據(jù)，通過課程設(shè)計達到以下目的:2、1、使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序與方法;結(jié)合設(shè)計課題培養(yǎng)學(xué)生査閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的能力;3、通過査閱技術(shù)資料，選用設(shè)計計算公式，搜集數(shù)據(jù)，分析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強學(xué)生分析問題、解決問題的能力；4、對學(xué)生進行化工工程設(shè)計的基本訓(xùn)練，使學(xué)生了解一般化工工程設(shè)計的基本內(nèi)容與要求；5、通過設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求;二、課程的基本要求1、設(shè)計題目必須是以某一單元操作為主，完成一個完整的化工過程設(shè)計，能按化工原理課程基本要求中

6、有關(guān)課程設(shè)計的基本要求規(guī)定，對學(xué)生進行一次較為完整的化工 設(shè)計基本訓(xùn)練。2、生產(chǎn)規(guī)模，工藝操作條件、設(shè)備、物性等都要以實際生產(chǎn)條件為背景，使學(xué)生在兼顔技術(shù)上先進性、可行性，經(jīng)濟上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全運行所需要的檢測和計參數(shù), 同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施設(shè)計時間符合課程設(shè)計教學(xué)大綱之 規(guī)定。3、化工原理課程設(shè)計考核要求：（1）設(shè)計說明書完成的情況：按照課程設(shè)計教學(xué)大綱規(guī)定及設(shè)計任務(wù)要求，做到設(shè)計內(nèi) 容完整，設(shè)計合理，計算正確，敘述層次分明，條理清楚。（2）圖面質(zhì)量：工藝流程圖正確，主要設(shè)備總裝圖結(jié)構(gòu)基本合

7、理，圖面清晰，基本符合 規(guī)范化要求。化工原理課程設(shè)計(3) 在工藝計算中要考慮到各個方面的問題，比如熱阻，管壁的阻力以及長期下來可能遇 到遇到的問題，管壁所能承受最大壓力，流體的物性和化學(xué)性質(zhì)。一、工藝設(shè)計一、設(shè)計目的課程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實際性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋 梁,是使學(xué)生體察工程實際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計，要求學(xué)生能 綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成 指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工設(shè)計的主要程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實 際問題的能力。同時，通過課程設(shè)計，還可以培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思

8、想，培養(yǎng)實事求 是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。二、該設(shè)備的作用及在生產(chǎn)中的應(yīng)用換熱器是實現(xiàn)傳熱過程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備，它在工業(yè)中的應(yīng)用 十分廣泛。例如：在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、蒸館操作中蒸餡釜和冷凝器、 化工廠蒸發(fā)設(shè)備的加熱室等。三、工藝流程示意圖飽和水蒸氣應(yīng)從換熱器殼程上方進入，冷凝水由殼程下方排出，冷卻水從換熱器下方的入 口進入，上方的出口排除。四、說明運用該設(shè)備的理由這種換熱器的特點是殼體和管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。在同樣的殼體直徑內(nèi)，排管 較多。管式換熱器具有易于制造、成本較低、處理能力達、換熱表面清洗比較方便、可供 選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性

9、強、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點，由于兩管板之間有管子相 互持撐，管板得到加強，故在各種列管換熱器中他的管板最薄，其造價比較低，因此得到 了廣泛應(yīng)用。五、設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點該結(jié)構(gòu)能夠快速的降低物料的溫度，工作時熱流體走殼程，冷流體走管程，使接觸面積大 大增加，加快了換熱速度。同時，對溫差稍大時可在殼體的適當(dāng)部位焊上補償圈(或稱膨 脹節(jié))，通過補償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)來適應(yīng)外殼和管束不同的膨脹程度。六、在設(shè)計中遇到的問題的處理在設(shè)計中，在工藝計算過程中，由于選取Ko不當(dāng)或其他條件選取不當(dāng)，造成在校核時Ko 不符合要求。在重新選取&的同時，改變了其他的條件，如：n, L等，經(jīng)過二次校核達

10、到了預(yù)期的目的。七、設(shè)計方案的確定(1)對于列管式換熱器，首先根據(jù)換熱流體的腐蝕性或其它特性選項定其結(jié)構(gòu)材料，然 后再根據(jù)所選項材料的加工性能，流體的壓強和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、 安裝檢修和維護清洗的要求以及經(jīng)濟合理性等因素來選項定其型式。設(shè)計所選用的列管換熱器的類型為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱設(shè)備，在工業(yè) 中應(yīng)用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選 用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點，故在大型換熱器中占優(yōu)勢。 固定管板式列管換熱器的特點是，殼體與管板直接焊接，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，在同樣的殼體直 徑內(nèi)排管最多。由于兩管板之

11、間有管板的相互支撐，管板得到加強，故各種列管換熱器中化工原理課程設(shè)計它的管板最薄，造價最低且易清洗。缺點是，管外清洗困難，管壁與殼壁之間溫差大于50-C 時，需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形以降低溫差壓力，使用范圍僅限于管、 殼壁的溫差不大于709和殼程流體壓強小于600kpa的場合，否則因膨脹節(jié)過厚，難以伸 縮而失去溫差補償作用。二、確定物性數(shù)據(jù):二. 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度:可取流體進口溫度的平均值。殼程煤油的定性溫度為Ti=140° C, Tz=34° C, ti=30° C, 12=34° CT= (140+34)/2=87(°

12、 C)管程水的定性溫度為t= (30+34)/2=32(° C)已知殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)煤油87° C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù)粘度P <>=800 kg/m3C =2. 22 kJ/ (kg °C)X =0.140 W/ (m k)K=7.15X10-4 N s/m2水32° C的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù)粘度P i =995 kg/m3Ci =4.174 kJ/ (kg°C)Xi =0. 626 W/(m k)K=7. 25X10MN* s/m2三、估算傳熱面積1傳熱量22.6xl04

13、 xlOOO330 x 24= 29000(kg/h)11Q=WhCph (T-T2) =29000X2. 22 X (140-34)=6. 7X 10ekj/h=1865 (kW)2平均傳熱溫差I(lǐng)lli逆流時平均溫度差為:= (140_34)_(34_30)hihi140-3434 30=32 CC)化工原理課程設(shè)計3傳熱面積查管殼式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值，假設(shè)K=500W/(m2 °C),則估算面積為：S=Q/ (K X Atm)二1865 X103/(500 X 32)17 (m2)4冷卻水用量wc =6,7xl064.174x(3430)a 400000 (kg/h)

14、15四、工藝結(jié)構(gòu)計算1管徑和管內(nèi)流速選用巾25X2. 5碳鋼管，取管內(nèi)流速山二1. 5m/s2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)億=亠=型竺=換根龍腫“ 0.785x0.022 xl.5x3600x995.0 4di叫按單程管計算，所需的傳熱管長度為：117-S 一_6珈磯兀 3.14x0.025x238'現(xiàn)取傳熱管長為1=4. 5m,則該換熱器的管程數(shù)為：Np=L/l=6. 3/4. 52；傳熱 管總根數(shù)：Nf238X2=476 (根)3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)：Im平均傳熱溫差校正系數(shù)：斗土竺=0屮=匕=竺仝=26.5140-3034-30按單殼程，2管程結(jié)構(gòu)，

15、溫差校正系數(shù)應(yīng)査有關(guān)圖表可得4)it=0.951111平均傳熱溫差 A6二AtAt；=0.95X 32=30. 4°C由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0&同時殼程流體流量較大，故取単殼程合適?；ぴ碚n程設(shè)計4傳熱管排列方法釆用正三角形排列法，取管心距t=l. 25do,則t=l. 25X25=31. 2532 (mm) 隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22 (mm)。橫過管束中心線的管數(shù)nc=l.lVK = l.lxV476 = 24R5殼體內(nèi)徑釆用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率11=0.7,則殼體內(nèi)徑為D=1.05r= 1.05x32a 835mm按卷

16、制殼體的進級擋，圓整可取D=900mm。4. 6折流板釆用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%。折流板間距 h=0. 3D,則 h=0. 3X900二270mm。取板間距為 300mm折流板數(shù)Nf傳熱管長/折流板間距-1=4500/300-1=14 (塊)4.7接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為 尸l0m/s,則接管內(nèi)徑為：4匕x29000/=0.0128m,圓整后可取管內(nèi)徑為20mm。加 13.14x1.0管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=l5m/s,則接管內(nèi)徑為4x400000/心 = 0.095m,-V 3.14x1.5五、換熱器核算整后可取管內(nèi)徑為lOOr

17、nmo1總傳熱系數(shù)核算 殼程對流傳熱系數(shù)ao 用克恩法計算:ao = O.36ARe-pXZdc丿當(dāng)量直徑，由正三角排列得：d2 嚴(yán))= 4(0.032-0.785x0.025-)=0 020 )殼程流通截面積：S° = 2(1 -牛)=0.9 x 0.27(1- y|) =0.053 ( m2) 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:0.143.14x0.025化工原理課程設(shè)計29000/uo=0.19 (m/s)0.053普朗特數(shù)：p/.22皿"=心；粘度校正：恰血 0.020x0.19x800 二425 0.000715X 0.141=10.14心 0.95ao= 0.36X

18、 X 4251°55 X11.3 X 0.95 =532 (W/(m2 °C) 0.02:程對流傳熱系數(shù)ai：5=0.023Re。' R 嚴(yán)a:程流體流通截面積：Si二0.785 XO.OFX476/2二0.075 (m2)u_400000/(3600x995)=L5(銃):程流體流速及其雷諾數(shù)分別為:0.075口 0.02x1.5x995 彳“心Rei=410000.000725普朗特數(shù)：Pr=4174x10'x725x10y0626= 4.821殲0.023X 語間檢 W6607 (W/ (m-C)污垢熱阻和管壁熱阻 査有關(guān)文獻知可取:管外側(cè)污垢熱阻Ro

19、=0. 00017 (m2 °C) /W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Ri=0. 0002 (m2 °C)/W管壁熱阻查有關(guān)文獻知碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為45W/ (m °C)。故Rt=0. 0025/45=0. 000055 (m2 °C/W)計算總傳熱系數(shù)Ko：0.0256607x0.020+ 0.0002x0.025 F 0.0200.000055x0.02500.0225+ 0.00017+1532怎463 (w/ (n? °C)在規(guī)定的流動條件下，換熱器的安全系數(shù)為:463-400xl00% = 15.8%選擇的換熱器適合。換熱器的面積裕度：計算傳

20、熱面積So：So=Q/(Ko X At J =1865 X107 (463X32) -126 (m2) 該換熱器的實際傳熱面積S：S=xJox/xNr=3.14X0. 025X (4.5-0. 1) X476-164 (m2)該換熱器的面積裕度為：H二¥><100%二耳半X100%=24.8%» 126傳熱面積裕度合適(15%25%),該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1)管程流體阻力計算公式如下:APt= (APi+APr) NsNpFs； Ns=l, Np=2, Fs=1.4; PR、化。由 Re=41000,心2傳熱管相對粗糙度0.1/2

21、0=0.005,査莫狄圖得& =0.034,流速u=1.5m/s, P =995kg/m3,故APx= 0.034xx995 x1 5 =12000 (P.);0.02 2P$3四=3x竺空=3358 (Pj2 2APt= (12000+3358) X2X1. 4=43000 (P.) <105 P.管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。(2)殼程阻力公式有：APS= (APo+APi) FsNsAPo= Ffonc(NB+l) 罕; 又 F=0. 5, f0=5X4251_0 =0. 74, ND=15;APo=0.5X0. 74X24X (14+1) X800X0.19721923 (Pa)流體流過折流板缺口的阻力APi =Nb (3.5-2h/D) 守，其中 h=0. 27m; D=0. 9m；故 APF14X (3. 5-2X0. 27/0.9) X800X0. 1972647 (P.), 則總阻力：APs=1923+647=2570 (P.) <105 P。故殼程流體的阻力也適宜。六、設(shè)計計算結(jié)果一覽表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表O換熱器型式：浮頭式換熱器面積（mJ： 126工藝