化工原理課程設(shè)計---煤油冷卻器的設(shè)計(共18頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設(shè) 計課程名稱化工原理課程設(shè)計題目名稱煤油冷卻器的設(shè)計專業(yè)班級08級食品科學(xué)與工程（2）班學(xué)生姓名紀(jì)平平學(xué) 號指導(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)計任務(wù)書- 1 -1.1 設(shè)計題目- 1 -1.2 原始數(shù)據(jù)及操作條件- 1 -1.3 設(shè)計要求- 1 -2化工原理課程設(shè)計說明書- 2 -2.1 前言- 2 -2.2 工藝流程圖及說明- 3 -3生產(chǎn)條件的確定- 4 -4換熱器的設(shè)計計算- 4 -4.1 選擇換熱器類型- 4 -4.2 流動空間及流速的確定- 4 -4.3 確定物性數(shù)據(jù)- 4 -4.4 計算總傳熱系數(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)流體的流動阻力- 11 -5設(shè)計結(jié)果匯總表- 13 -6設(shè)計評述- 14 -7 心得體會-

3、15 -8 參考文獻- 16 -煤油冷卻器的設(shè)計1化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目 煤油冷卻器的設(shè)計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，每天24小時連續(xù)進行。1.3 設(shè)計要求試設(shè)計一臺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)計說明書（電子稿）。2化工原理課程

4、設(shè)計說明書2.1 前言在化工、石油、動力、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。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。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，性能各異。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器大的機構(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，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)計資料已較為完善，已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。目前我國列管換熱器的設(shè)計、制造、檢驗、驗收按“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)簡單、排管多等優(yōu)點。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，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場合。浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的缺陷進行了改進。兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端可相對與殼體移動。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)垢的場合。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、造價高限制了它的使用。U型管換熱器僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。這類換熱器的特點有：管束可以自由伸縮，熱補償性能好；雙管程，流程長，流速高，傳熱性能好；承壓能力強；管束可以從殼體中抽出，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低。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)比浮頭式簡單，造價較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場合。列管式換熱器的設(shè)計和分析包括熱力設(shè)計、流

7、動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及前度設(shè)計。其中以熱力設(shè)計最為重要。不僅在設(shè)計一臺新的換熱器時需要進行熱力設(shè)計，而且對于已生產(chǎn)出來的，甚至已投入使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用要求，均需進行這方面的工作。熱力設(shè)計是指，根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理地選擇運行參數(shù)，并根據(jù)傳熱學(xué)的知識進行傳熱計算。流動設(shè)計主要是計算壓降，其目的就是為換熱器的輔助設(shè)備。結(jié)構(gòu)計算指的是根據(jù)傳熱面積的大小計算器主要零部件的尺寸，例如管子的直徑、長度、根數(shù)、殼體的直徑、折流板的長度和數(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，經(jīng)加熱器加熱后，再經(jīng)管道從接管C進入換熱器殼程；冷卻水則由泵抽上來經(jīng)管道從接管A進入換熱器管程。兩物質(zhì)在換熱器中進行換熱，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：煤油進口溫度140，出口溫度40；冷流體進口溫度30，

9、出口溫度40；每年按330天計，24小時/天連續(xù)進行。4換熱器的設(shè)計計算4.1 選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140，出口溫度40；冷流體進口溫度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 流動空間及流速的確定實際生產(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 計算總傳熱系數(shù)4.4.1 熱流量每小時處理力 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）按單程管計算，所需的傳熱管長度按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長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 殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，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)流體的流動阻力 4.7.2.1 管程流動阻力 ，由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得 ，流速，所以，管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。4.7.2.2 殼程阻力其中，P1,流體橫過管束的壓強降，PaP2,流體通過折流板缺口的壓強降，PaFS壓強降的結(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)-管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對三角形排列取F=0.5 fo-殼程流體的摩擦系數(shù)，Reo>500時，取fo=5.0×Reo-0.228 nc-橫過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流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動阻力也比較合適。5設(shè)計結(jié)果匯總表 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表。參數(shù)管 程殼 程流量/（kg/h）進/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普朗特數(shù)4.7311.34設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定版式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑mm350殼程數(shù)1管徑/mm20×2.5管心距/mm25管長/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)計評述我們設(shè)計的是煤油冷卻器，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確定。由于兩流體的溫差大于50 ，故選用帶補償圈的固定管板式換熱器。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，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 心得體會課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.經(jīng)過近一周的努力，我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片

18、面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，使我認識到合作的重要性.我和幾位相互設(shè)計不同的方案，然后集中討論，選擇最佳的設(shè)計方案。遇到難的地方，就各自查找資料，既而進行攻堅，團隊的力量是無窮的，沒有克不了的難關(guān)。同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，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)老師趙老師對我們課程設(shè)計前的指導(dǎo)，讓我不盲目的查閱資料。在設(shè)計過程中，我通過查閱有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要