化工原理柴油冷卻器設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)沙學(xué)院長(zhǎng) 沙 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(jí))11級(jí)生物營(yíng)養(yǎng)1班姓名歐陽(yáng)東曉學(xué)號(hào)2011032136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(yáng)東曉_編號(hào)：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(guò)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)

2、據(jù)見(jiàn)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(dòng)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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。四、廠址:長(zhǎng)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(duì)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(xiě)

3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。六、設(shè)計(jì)時(shí)間安排二周：2013.5.202013.5.31 長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名歐陽(yáng)東曉學(xué)號(hào)2011032136專業(yè)生物工程班級(jí)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(jiàn)：評(píng)定等級(jí)： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見(jiàn)：評(píng)定等級(jí)：答辯小組長(zhǎng)簽名：日期：教研室意見(jiàn)：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見(jiàn)：系主任簽名：日期：說(shuō)明課程設(shè)計(jì)成績(jī)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)算書(shū)22.1確定設(shè)計(jì)方案2 2.1.1選定換熱

4、器類型2 2.1.2選定流體流動(dòng)空間及流速22.2確定物性數(shù)據(jù)22.3 計(jì)算總傳熱系數(shù)2 2.3.1每小時(shí)處理柴油的能力2 2.3.2熱流量2 2.3.3冷卻水用量3 2.3.4計(jì)算平均傳熱溫差3 2.3.5總傳熱系數(shù)K32.4.計(jì)算傳熱面積42.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸4 2.5.1管徑和管內(nèi)流速4 2.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)4 2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)5 2.5.4傳熱管排列和分程方法5 2.5.5殼體內(nèi)徑5 2.5.6折流板5 2.5.7接管52.6 換熱器核算6 2.6.1熱量核算6 2.6.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力72.7 附屬設(shè)備8 2.7.1封頭的設(shè)計(jì)8 2.7.2法蘭的設(shè)計(jì)9第

5、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(hào)說(shuō)明12結(jié) 論14致 謝15參考文獻(xiàn)16I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：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(guò)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(jiàn)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P

6、a.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640 1.3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(duì)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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第2章 固定管板式柴油冷卻器的設(shè)計(jì)工藝計(jì)算書(shū)2.1確定設(shè)計(jì)方案兩流體均為無(wú)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)。2.1.1選定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(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體

7、壁溫之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。2.1.2選定流體流動(dòng)空間及流速由于循環(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252.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取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(mén)=（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(jiàn)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.

8、000640資料來(lái)源化工原理手冊(cè)2.3 計(jì)算總傳熱系數(shù)2.3.1每小時(shí)處理柴油的能力 qmo=2.3.2熱流量 Q=qmoCpoto=107322.56103（145-45）=2.7474109J/h2.3.3冷卻水用量 2.3.4計(jì)算平均傳熱溫差 （以逆流計(jì)算） 2.3.5總傳熱系數(shù)K 2.3.5.1管程傳熱系數(shù)，故采用下式計(jì)算i 2.3.5.2殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程給熱系數(shù) 2.3.5.3污垢熱阻 2.3.5.4.管壁的導(dǎo)熱系數(shù)碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。 2.3.5.5.總傳熱系數(shù)=2502.4.計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度，2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.5.1管徑和管內(nèi)流速選用的碳鋼換熱管，管內(nèi)流速2.

9、5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單管程計(jì)算所需換熱管的長(zhǎng)度按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)，則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管的總根數(shù)2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查單殼程圖，得。于是。2.5.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。取管心距，則橫過(guò)管束中心線的管數(shù)2.5.5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)徑圓整取2.5.6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25%，則切去的圓缺高度為，取。取折流板間距為，則，取折流板數(shù)折流板圓缺水平面裝配2.5.7接管殼程流體（原油）進(jìn)

10、出口接管：取接管內(nèi)原油流速為1.0m/s，則接管內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 75.5mm3.75mm 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)徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 165mm4.50mm2.6 換熱器核算2.6.1熱量核算(1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)于圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為黏度校正 圓缺型擋板時(shí)， (2)管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速、雷諾數(shù)及普蘭德數(shù)分別為 (3)傳熱系數(shù)K(4)傳熱面積該換熱器的實(shí)際換熱面積該換熱器的面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。2.6.2換熱器內(nèi)流體

11、的流動(dòng)阻力(1)管程流動(dòng)阻力（Ft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，而，查圖得 對(duì)的管子有管程阻力在允許的范圍之內(nèi)。(2)對(duì)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(duì)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)算公式如下：（Fs為結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)液體Fs=1.15，Ns為殼程數(shù)）流體流經(jīng)管束的阻力F為管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯(cuò)列時(shí)，。為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)為橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，。折

12、流板數(shù)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 折流板間距，B=150mm,D=500mm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。2.7 附屬設(shè)備2.7.1封頭的設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)：選取橢圓形封頭（JB1153-73）具體尺寸見(jiàn)圖2.1及表2.2圖2.1 橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖表2.2 封頭Dg4004,JB1154-73公稱直Dg(mm)曲面高h(yuǎn)1(mm)直邊高度h2(mm)厚度(mm)5001252542.7.2法蘭的設(shè)計(jì)容器法蘭的選擇： 選用標(biāo)準(zhǔn)：JB47004707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見(jiàn)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)：HG205

13、93-97 板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見(jiàn)圖2.3。圖2.3 PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）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(jiàn)表3.1表3.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果管子直徑/mm法蘭內(nèi)徑/mm螺栓孔中心圓直徑/mm公稱直徑/mm螺栓孔直徑/mm法蘭外徑/mm法蘭厚度/mm殼程進(jìn)出口75.588.9110501414016管程進(jìn)出口165219.11701001821018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252.5mm管數(shù)144根管長(zhǎng)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

14、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(wú)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(hào)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)鳠崃縦W2.74747x106附工藝條件圖（略）總傳熱系數(shù)W/m2K374.5對(duì)流傳熱系數(shù)W/m2K2905625污垢熱阻，m2K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳

15、鋼 3.2 符號(hào)說(shuō)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(zhǎng)，m；N 管程；NB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)；S 傳熱面積，m2；T 熱流體溫度，oC；t 冷流體溫度，oC；u 流速，m/S；W質(zhì)量流量，Kg/S；希臘字母對(duì)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(duì)于的管子,取1.4Np-管程數(shù)Ns殼程

16、數(shù)結(jié) 論這次的課程設(shè)計(jì)花了兩周時(shí)間，經(jīng)過(guò)了計(jì)算、核算、畫(huà)流程圖和換熱器圖等步驟。幾乎每個(gè)步驟都經(jīng)過(guò)了這樣那樣一系列的問(wèn)題，然后翻書(shū)找資料跟同學(xué)討論花了不少時(shí)間和精力才把問(wèn)題弄清楚，尤其是畫(huà)換熱器的圖，每個(gè)地方都經(jīng)過(guò)了無(wú)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(lái)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(guò)計(jì)算我們把已經(jīng)拋諸腦后的化工原理的相關(guān)知識(shí)重新回顧和鞏固了一遍，加深了對(duì)書(shū)本上的知識(shí)的理解；通過(guò)畫(huà)流程圖，我們能夠把書(shū)本和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，也明白真正的生產(chǎn)遠(yuǎn)不是就像我們課程設(shè)計(jì)做的這么簡(jiǎn)單，也更能加深我們對(duì)實(shí)際生產(chǎn)流程的理解；而且通過(guò)畫(huà)換熱器和流程圖，我們不僅鞏固了以前老師教的制圖

17、知識(shí)，更是培養(yǎng)了自己的耐心與認(rèn)真的態(tài)度。總之，這次的課程設(shè)計(jì)雖然期間困難重重，但我們還是完滿地完成了任務(wù)，而且收益良多，也鍛煉了我們的意志力。致 謝歷時(shí)將近兩周的時(shí)間終于將這份課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成，在寫(xiě)作過(guò)程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。其中要強(qiáng)烈感謝我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師宋勇老師，他對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助我進(jìn)行說(shuō)明書(shū)的修改。另外，在校圖書(shū)館查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最衷心的感謝！再者，就是熱心的同學(xué)們，他們熱心與我討論，幫助我完成更項(xiàng)任務(wù)！感謝這篇課程設(shè)計(jì)所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇課程設(shè)計(jì)的寫(xiě)作。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免有不足之