課程設(shè)計報告——煤油冷卻器

1、-. z.*工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 PAGE 1化工原理課程設(shè)計題 目 煤油冷卻器 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師職稱 教授班 級學(xué) 號學(xué)生*2015年9月8日-. z.目錄目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc430086177目錄 PAGEREF _Toc430086177 h IIHYPERLINK l _Toc430086178前言 PAGEREF _Toc430086178 h IIIHYPERLINK l _Toc430086179概述 PAGEREF _Toc430086179 h 1HYPERLINK l _Toc430086

2、180第二章設(shè)計任務(wù)與條件 PAGEREF _Toc430086180 h 4HYPERLINK l _Toc430086181第三章工藝設(shè)計 PAGEREF _Toc430086181 h 5HYPERLINK l _Toc4300861823.1生產(chǎn)條件確實定 PAGEREF _Toc430086182 h 5HYPERLINK l _Toc4300861833.2換熱器的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc430086183 h 5HYPERLINK l _Toc430086184確定設(shè)計方案 PAGEREF _Toc430086184 h 5HYPERLINK l _Toc4300861

3、85確定物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc430086185 h 5HYPERLINK l _Toc430086186計算總傳熱系數(shù) PAGEREF _Toc430086186 h 6HYPERLINK l _Toc430086187計算傳熱面積 PAGEREF _Toc430086187 h 7HYPERLINK l _Toc430086188工藝構(gòu)造尺寸 PAGEREF _Toc430086188 h 7HYPERLINK l _Toc430086189換熱器核算 PAGEREF _Toc430086189 h 9HYPERLINK l _Toc430086190第四章設(shè)計結(jié)果列表 PAG

4、EREF _Toc430086190 h 13HYPERLINK l _Toc4300861914.1換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果 PAGEREF _Toc430086191 h 13HYPERLINK l _Toc4300861924.2設(shè)計結(jié)果的討論 PAGEREF _Toc430086192 h 14HYPERLINK l _Toc430086193完畢語 PAGEREF _Toc430086193 h15HYPERLINK l _Toc430086194參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc430086194 h 16HYPERLINK l _Toc430086195符號說明 PAGERE

5、F _Toc430086195 h 17HYPERLINK l _Toc430086196附錄 PAGEREF _Toc430086196 h 18-. z.前言煤油一般是通過對石油進(jìn)展分餾而制得，剛剛分餾得到的煤油溫度會比擬高，不利于保存和運(yùn)輸?shù)?，需要進(jìn)展冷卻。在工業(yè)大生產(chǎn)過程中自然冷卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到煤油冷卻的時間要求，選用低溫水進(jìn)展冷卻是比擬好的冷卻方式。設(shè)計性能優(yōu)良的冷卻器就十分的必要了，本文通過大量數(shù)據(jù)運(yùn)算得到的理論冷卻器比擬接近現(xiàn)實生產(chǎn)要求，有待于進(jìn)一步的實踐證實和運(yùn)用。關(guān)鍵詞：煤油；水；換熱器-. z.概述在化工、石油、能源、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用

6、設(shè)備,并占有十分重要的地位。 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，不同類型的換熱器也各有優(yōu)缺點，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。7 U6 m) N+ d7 G列管式換熱器有以下幾種：1、浮頭式 F a/ b* W 換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完佺消除了溫差應(yīng)力。. W: s0 - l4 z% G9 d 特點：構(gòu)造復(fù)雜、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。設(shè)計評述： 1.在換熱器選型的時候，考慮各種常用的換熱器

7、優(yōu)缺點：固定板式換熱器：構(gòu)造簡單，在一樣的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比擬緊湊，使殼側(cè)清洗困難。當(dāng)管子與殼體壁溫相差大于50C時，應(yīng)在殼體上設(shè)置溫差補(bǔ)償-膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形可以減少溫差應(yīng)力。但是當(dāng)殼體與管子的溫差大于60C及殼程壓力超過時，由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償作用，就應(yīng)考慮其他構(gòu)造。U型管式換熱器：其構(gòu)造特點是只有一個管板。換熱管為U形，管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。密封面少，運(yùn)行可靠，造價較低，管間清洗較方便。但是由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低；管束最內(nèi)層管間距較大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報廢率較高。一般用

8、于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔以及高溫高壓、腐蝕性強(qiáng)的場合。浮頭式換熱器：當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在時，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，管內(nèi)與管間的清洗均方便。但是由于構(gòu)造復(fù)雜、笨重，造價較高，適用于殼體與管束間溫差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。在綜合各方面因素，該設(shè)計任務(wù)的管束與殼體的平均溫度差，同時殼程壓力為，都不是很大，因此選擇造價較低的帶膨脹圈的固定管板是換熱器，在經(jīng)濟(jì)的情況下能到達(dá)生產(chǎn)任務(wù)需求。冷卻過程中最好采用容積較大的貯槽或者直接采用小型水庫，這樣可以充分使循環(huán)水冷卻。泵的選型，由于泵所提供的流量Q與揚(yáng)程H均稍大于管路系統(tǒng)要求值，所以應(yīng)減小標(biāo)準(zhǔn)閥的開

9、度，藉此增大管路長度當(dāng)量，從而使軸功率N增大。 設(shè)計總評：對于該生產(chǎn)任務(wù)，這個設(shè)計還有諸多缺乏需要彌補(bǔ)。例如，循環(huán)水為以結(jié)垢的流體，最好選擇大管徑的換熱管，但是考慮到流速，選擇了小管徑的換熱管；所設(shè)計的換熱器不在固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，制造比擬麻煩；泵的吹入管等管路有點短，假設(shè)是直接以水庫中的水作為循環(huán)水，則設(shè)備距離不夠。等等。此次設(shè)計是以理論作為指導(dǎo)，難免會有以上疏漏，希望在教師的指導(dǎo)下，能以實踐作為根底，進(jìn)一步完善有關(guān)化工知識。第二章 設(shè)計任務(wù)與條件原料：煤油，水 處理量：25萬噸年原料溫度：入口溫度145oC，出口溫度40oC冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30oC，出口溫度40oC生

10、產(chǎn)時間：300天年，每天24h連續(xù)運(yùn)行允許壓降不大于105Pa第三章 工藝設(shè)計3.1生產(chǎn)條件確實定設(shè)計一列管式煤油換熱器，完成年冷卻17wt煤油的任務(wù)，具體要求如下：煤油進(jìn)口溫度145，出口溫度40；冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40；每年按300天計，24小時/天連續(xù)進(jìn)展。3.2換熱器的設(shè)計計算3.2.1確定設(shè)計方案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145，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，選用浮頭式換熱器。(2)流動空間及流速確實定實際生產(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

11、程。選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=0.5m/s。3.2.2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= =92.5管程流體的定性溫度：t=35()根據(jù)定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在92.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度0=825kg/m3定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)o=0.140W/(m)粘度o=0.000715Pas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i=0.000725Pas3.2.3計算總傳熱系數(shù)1煤油傳熱熱量和

12、流量Qo=moCpoto= =2248KW2平均傳熱溫差()3冷卻水用量kg/h4總傳熱系數(shù)1)管程傳熱系數(shù)2)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)W/m2污垢熱阻Rsi=0.000344m2/WRso=0.000172m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)3.2.4計算傳熱面積考慮15%的面積裕度，S=1.15S=1.15247.2=284.33.2.5工藝構(gòu)造尺寸1管徑和管內(nèi)流速選用252.5傳熱管碳鋼，取管內(nèi)流速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，宜采用多管程構(gòu)造。取傳熱管長L=6m,則該換熱器管程數(shù)為管程傳熱管總根數(shù)(根)3平均傳熱

13、溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程構(gòu)造，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表可得平均傳熱溫差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5殼體內(nèi)徑采用多管程構(gòu)造，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑圓整可取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。取折流板間距，則 B取330mm折流板數(shù)塊折流板圓缺水平裝配。7接收殼程流體進(jìn)出口接收：取接收內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接收內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。管程流體進(jìn)出口接收：取接收內(nèi)循環(huán)水流速為，則接收內(nèi)徑為3.2.6換熱器核算1熱量核算1)殼程對流傳熱系數(shù)對

14、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)3)傳熱系數(shù)4)傳熱面積該換熱器的實際傳熱面積該換熱器的面積裕度傳熱面積裕度適宜，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2換熱器內(nèi)流體的流動阻力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*圍之內(nèi)。2殼程阻力，流體流經(jīng)管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動阻力也比擬適宜。第四章 設(shè)計結(jié)果列表4.1換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果表1 換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果換熱器型式：浮頭式

15、列管換熱器換熱器面積：284.3工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水煤油操作壓力，MPa0.10.03操作溫度，30/4040/145流量，kg/h5501160198284流體密度，kg/994825流速，m/s0.4990.147傳熱量，kw108總傳熱系數(shù)，w/k308對流傳熱系數(shù)，w/k2732.8470.6污垢系數(shù)，k/w0.0003440.000172阻力將，Pa4918.22629.86程數(shù)21使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù) 603管長，mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內(nèi)徑，mm330保溫層厚度，mm4.2設(shè)計結(jié)果的討論換

16、熱器的種類繁多，不同的換熱器由其各自的優(yōu)點和使用局限。本課程設(shè)計中選用浮頭式換熱器，這種換熱器相比其他換熱器有以下幾點明顯的優(yōu)勢：管束可抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作；可用于結(jié)垢比擬嚴(yán)重的場合；可用于管程易腐蝕的場合。但同時也有一些缺點，例如，造價高、構(gòu)造復(fù)雜等等。完畢語經(jīng)過幾天的努力終于完成了本次課程設(shè)計。課程設(shè)計不只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，同時也是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)我們要學(xué)的東西還很多，不能眼高手低。在以后的學(xué)習(xí)生活中也要像這樣不斷在實踐中提高自己的綜合素質(zhì)。本次設(shè)計在遇到困難時總是我們四

17、個組員一起討論和查看參考文獻(xiàn)，既而進(jìn)展攻堅，所以在此感謝我的團(tuán)隊，感謝幫助我的同學(xué)們。在這次的課程設(shè)計過程中我感覺我理論運(yùn)用于實際的能力得到了提高，主要有以下幾點： 1掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力； 2樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到了操作時的勞動條件和各方面的因素的正確的設(shè)計思想，在這種思想的指導(dǎo)下去分析和解決問題的能力； 3培養(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)展工程計算的能力； 4學(xué)會了用簡潔的文字和清晰的圖紙來表達(dá)自己思想的能力； 5隊員之間相互合作，了解了團(tuán)隊的力量。參考文獻(xiàn)1 王志魁，*麗英，*偉化工原理 M第四版：化學(xué)工業(yè)，201052 *巍，冷換設(shè)備工藝計算手冊M：*，20033 賈紹義，柴誠敬主編化工原理課程設(shè)計M*：*大學(xué)，20024 化工過程及設(shè)備設(shè)計M：華南工學(xué)院，19865 李功樣，陳蘭英，*英德主編常用化工單元設(shè)備設(shè)計M：華南理工大學(xué)，20036 涂偉萍，陳佩珍，程達(dá)芬主編化工工程及設(shè)備設(shè)計M：化學(xué)工業(yè)，2000符號說明 英文字母B折流板間距，m； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)；C系數(shù)，無量綱； S或A傳熱面積，md管徑，m； t冷流體溫度，C；D換熱器外殼內(nèi)經(jīng)，m a或t管心距，m