化工原理課程設(shè)計(jì)---煤油冷卻器的設(shè)計(jì)(共18頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)題目名稱煤油冷卻器的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)08級(jí)食品科學(xué)與工程（2）班學(xué)生姓名紀(jì)平平學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師趙大慶二O一O年十二月三十日專心-專注-專業(yè)目 錄1化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)- 1 -1.1 設(shè)計(jì)題目- 1 -1.2 原始數(shù)據(jù)及操作條件- 1 -1.3 設(shè)計(jì)要求- 1 -2化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)- 2 -2.1 前言- 2 -2.2 工藝流程圖及說(shuō)明- 3 -3生產(chǎn)條件的確定- 4 -4換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算- 4 -4.1 選擇換熱器類型- 4 -4.2 流動(dòng)空間及流速的確定- 4 -4.3 確定物性數(shù)據(jù)- 4 -4.4 計(jì)算總傳熱系數(shù)- 5 -

2、4.4.1 熱流量- 5 -4.4.2 平均傳熱溫差- 5 -4.4.3 冷卻水用量- 6 -4.4.4 總傳熱系數(shù)- 6 -4.5 計(jì)算傳熱面積- 7 -4.6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸- 7 -4.6.1 管徑和管內(nèi)流速- 7 -4.6.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)- 7 -4.6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)- 7 -4.6.4 傳熱管排列和分程方法- 8 -4.6.5 殼體內(nèi)徑- 8 -4.6.6 折流板- 8 -4.6.7 接管- 9 -4.7 換熱器核算- 9 -4.7.1熱量核算- 9 -4.7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力- 11 -5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表- 13 -6設(shè)計(jì)評(píng)述- 14 -7 心得體會(huì)-

3、15 -8 參考文獻(xiàn)- 16 -煤油冷卻器的設(shè)計(jì)1化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 設(shè)計(jì)題目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)1.2 原始數(shù)據(jù)及操作條件1、處理能力 2.6×104 t/Y2、設(shè)備形式 列管式3、煤油 T入= 140，T出= 404、冷水 T入= 30，T出= 40 5、P<=105Pa6、煤油 =825Kg/m3，µ=7.15×10-4Pa.S CV=2.22kJ/(Kg.)7、= 0.14W/（m.）8、每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行。1.3 設(shè)計(jì)要求試設(shè)計(jì)一臺(tái)適宜的列管式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)，繪制設(shè)備圖，編制一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（電子稿）。2化工原理課程

4、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.1 前言在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各換熱器，且它們是這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。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，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器大的機(jī)構(gòu)尺寸。列管式換熱器的應(yīng)用已有很悠久的歷史。在化工、石油、能源設(shè)備等部門(mén)，列管式換熱器仍是主要的換熱設(shè)

5、備。列管換熱器的設(shè)計(jì)資料已較為完善，已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)列管換熱器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收按“鋼制管殼式（即列管式）換熱器”（GB151）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。列管式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管換熱器和填料函式換熱器等。固定管板式換熱器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、排管多等優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)緊湊，固定管板式換熱器的殼側(cè)不易清洗，而且當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大時(shí)，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場(chǎng)合。浮頭式換熱器針對(duì)固定管板式換熱器的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)。兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端可相對(duì)與殼體移動(dòng)。故這種換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，而且易于清洗和檢修，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或

6、易于腐蝕和易于結(jié)垢的場(chǎng)合。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、造價(jià)高限制了它的使用。U型管換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上。這類換熱器的特點(diǎn)有：管束可以自由伸縮，熱補(bǔ)償性能好；雙管程，流程長(zhǎng)，流速高，傳熱性能好；承壓能力強(qiáng)；管束可以從殼體中抽出，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。但其管數(shù)少且易短流。故僅適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)不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。填料函式換熱器也只有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過(guò)高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。列管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流

7、動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及前度設(shè)計(jì)。其中以熱力設(shè)計(jì)最為重要。不僅在設(shè)計(jì)一臺(tái)新的換熱器時(shí)需要進(jìn)行熱力設(shè)計(jì)，而且對(duì)于已生產(chǎn)出來(lái)的，甚至已投入使用的換熱器在檢驗(yàn)它是否滿足使用要求，均需進(jìn)行這方面的工作。熱力設(shè)計(jì)是指，根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)傳熱學(xué)的知識(shí)進(jìn)行傳熱計(jì)算。流動(dòng)設(shè)計(jì)主要是計(jì)算壓降，其目的就是為換熱器的輔助設(shè)備。結(jié)構(gòu)計(jì)算指的是根據(jù)傳熱面積的大小計(jì)算器主要零部件的尺寸，例如管子的直徑、長(zhǎng)度、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長(zhǎng)度和數(shù)目及布置以及連接管的尺寸，等等。列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：1. 根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案；2. 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸；3

8、. 核算換熱器的傳熱面積和流體阻力；4. 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。2.2 工藝流程圖及說(shuō)明換熱器-循環(huán)冷卻水煤油泵泵加熱器 工藝流程圖主要說(shuō)明：由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程。如圖，煤油經(jīng)泵抽上來(lái)，經(jīng)加熱器加熱后，再經(jīng)管道從接管C進(jìn)入換熱器殼程；冷卻水則由泵抽上來(lái)經(jīng)管道從接管A進(jìn)入換熱器管程。兩物質(zhì)在換熱器中進(jìn)行換熱，煤油從140被冷卻至40之后，由接管D流出；循環(huán)冷卻水則從30變?yōu)?0，由接管B流出。3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2.6×104 t煤油的任務(wù)，具體要求如下：煤油進(jìn)口溫度140，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，

9、出口溫度40；每年按330天計(jì)，24小時(shí)/天連續(xù)進(jìn)行。4換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140，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，故選用帶膨脹節(jié)的固定版式換熱器。4.2 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20×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=0.5m/s。4.3 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= =90（）管程流體的定性溫度： T= =35()根據(jù)定性溫度，分別插取

10、殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在90的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=825kg/m3 定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg·) 導(dǎo)熱系數(shù) 。=0.140W/(m·) 粘度 µo=0.Pa·s循環(huán)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 µi=0.Pa·s4.4 計(jì)算總傳熱系數(shù)4.4.1 熱流量每小時(shí)處理力 式中 Wo流體的質(zhì)量流量 kgh Cpo流體的平均定壓比熱容，kJ（kg·） To熱

11、流體的溫度，4.4.2 平均傳熱溫差 ()4.4.3 冷卻水用量式中 t冷流體的溫度，4.4.4 總傳熱系數(shù)管層傳熱系數(shù) Re= = 殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程傳熱系數(shù) 污垢熱阻 管壁的導(dǎo)熱系數(shù) 4.5 計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度，4.6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.6.1 管徑和管內(nèi)流速選用20×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速4.6.2 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(zhǎng)度按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長(zhǎng)LO=6m,則該換熱器管程數(shù)為（管程）傳熱管總根數(shù) (根)4.6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)

12、按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。但R=10的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得 0.82平均傳熱溫差4.6.4 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(guò)管束中心線的管數(shù)（根）4.6.5 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)徑取整D=350mm4.6.6 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，則切去的圓缺高度為。,取h=90mm。取折流板間距，則 取板間距B=150mm折流板數(shù)塊(快)折流板圓缺水平裝配。4.6.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品

13、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)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。4.7 換熱器核算 4.7.1熱量核算 4.7.1.1 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 4.7.1.2 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) 4.7.1.3 傳熱系數(shù)查有關(guān)文獻(xiàn)知可取：管外側(cè)污垢熱阻 Rs0=0. m2*0C /W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Rs1=0. m2*0C /W碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率 =45W/(m*0C)4.7.1.4 傳熱面積 該換熱器的實(shí)際

14、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)。4.7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 4.7.2.1 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)。4.7.2.2 殼程阻力其中，P1,流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降，PaP2,流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，PaFS壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù),FS=1 , 流體流經(jīng)管束的阻力 P1,=Ffonc(NB+1)其中，F(xiàn)-管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)三角形排列取F=0.5 fo-殼程流體的摩擦系數(shù)，Reo>500時(shí)，取fo=5.0×Reo-0.228 nc-橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)

15、NB-折流擋板數(shù)故 fo=5×1731-0.228=0.7962流體流過(guò)折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動(dòng)阻力也比較合適。5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。參數(shù)管 程殼 程流量/（kg/h）進(jìn)/出溫度/30/40140/40物性定性溫度/3590密度/（kg/m3）994825定壓比熱容/（kJ（kg×K）4.082.22粘度/（Pa×s）0.0.熱導(dǎo)率/w/（m×K）0.6260.140普朗特?cái)?shù)4.7311.34設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定版式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑mm350殼程數(shù)1管徑/mm20×2.5管心距/mm25管長(zhǎng)/mm6000管

16、子排列管數(shù)目/根114折流板數(shù)/塊39傳熱面積/m225.4折流板間距/mm150管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.4950.075表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/（m2×OC）4838226.8污垢阻力/（w/m2×OC）0.0.阻力/Pa12054.9719.4熱流量/kW202.5傳熱溫差/oC39傳熱系數(shù)/w/（m2×oC）318.5裕度/%48.46000350150附圖：膨脹節(jié) 6設(shè)計(jì)評(píng)述我們?cè)O(shè)計(jì)的是煤油冷卻器，冷卻器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備。列管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，操作彈性大，應(yīng)用材料廣。列管式換熱器有固定管板式、浮頭式、U形管式和填

17、料函式等類型。列管式換熱器的形式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來(lái)確定。由于兩流體的溫差大于50 ，故選用帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但管外清洗困難，宜處理殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。因水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，并易結(jié)垢，故選擇冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。 7 心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.經(jīng)過(guò)近一周的努力，我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片

18、面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(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(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，使我認(rèn)識(shí)到合作的重要性.我和幾位相互設(shè)計(jì)不同的方案，然后集中討論，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。遇到難的地方，就各自查找資料，既而進(jìn)行攻堅(jiān)，團(tuán)隊(duì)的力量是無(wú)窮的，沒(méi)有克不了的難關(guān)。同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此也要感謝我們的指導(dǎo)老師趙老師對(duì)我們課程設(shè)計(jì)前的指導(dǎo)，讓我不盲目的查閱資料。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要