化工原理課程設計----煤油冷卻器的設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　二O一一年十二月二十八日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 換熱器的設計任務書…………………………………… </p><p>　　1.1 設計題目......................

2、..........................</p><p>　　1.2 設計任務及操作條件......................................</p><p>　　1.3 設計要求................................................</p><p>　　1.4 工作計劃.......

3、.........................................</p><p>　　2 確定設計方案……………………………………………</p><p>　　2.1 選擇換熱器的類型........................................</p><p>　　2.2 流動空間及流速的確定................

4、....................</p><p>　　3 確定物性數據……………………………………………</p><p>　　4 計算總傳熱系數…………………………………………</p><p>　　4.1 熱流量...................................................</p><p>

5、;　　4.2 平均傳熱溫差.............................................</p><p>　　4.3 冷卻水用量...............................................</p><p>　　5 估算傳熱面積……………………………………………</p><p>　　6 工藝結構尺寸

6、……………………………………………</p><p>　　6.1 管徑和管內流速........................................... </p><p>　　6.2 管程數和傳熱系數.........................................</p>

7、;<p>　　6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數.................................</p><p>　　6.4 傳熱管排列和分程方法.....................................</p><p>　　6.5 殼體內徑.................................................

8、</p><p>　　6.6 折流板...................................................</p><p>　　6.7 接管.....................................................</p><p>　　7 換熱器核算………………………………………………</p

9、><p>　　7.1 熱量核算.................................................</p><p>　　7.1.1 殼程對流傳熱系數......................................</p><p>　　7.1.2 管程對流傳熱系數...............................

10、.......</p><p>　　7.1.3 污垢熱阻和管程熱阻.................................... </p><p>　　7.1.4 傳熱系數...........................................</p><p>　　7.1.5 傳熱面積 S....

11、.......................................</p><p>　　7.2 換熱器內流體的流動阻力...................................</p><p>　　7.2.1 管程流動阻力.........................................</p><p>　　7.2.2

12、殼程阻力.............................................</p><p>　　7.3 換熱器主要結構尺寸和計算結果...............................</p><p>　　8 參考文獻………………………………………………………………</p><p><b>　　1 設計任務書<

13、/b></p><p><b>　　1.1 設計題目</b></p><p><b>　　煤油冷卻器的設計</b></p><p>　　1.2 設計任務及操作條件</p><p>　?。?）處理能力: M104 t/Y煤油</p><p>　?。?）設備型式: 列管式換

14、熱器</p><p><b>　?。?）操作條件</b></p><p>　?、倜河停喝肟跍囟?40℃，出口溫度40℃。</p><p>　　②冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度30℃，出口溫度40℃。</p><p>　?、墼试S壓降：不大于105 Pa。</p><p>　?、苊河投ㄐ詼囟认碌奈镄詳祿?/p>

15、</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　?。?.22kJ/(kg.℃)；</p><p>　?。?.14 W/(m.℃)</p><p>　?、菝磕臧?30天計，每天24小時連續(xù)運行。</p><

16、p><b>　　建廠地址 天津地區(qū)</b></p><p><b>　　1.3 設計要求 </b></p><p>　　試設計一臺適宜的列管式換熱器完成該生產任務。</p><p><b>　　1.4 工作計劃 </b></p><p>　　1、領取設計任務書，查閱相關資

17、料（1天）；</p><p>　　2、確定設計方案，進行相關的設計計算（2天）；</p><p>　　3、校核驗算，獲取最終的設計結果（1天）；</p><p>　　4、編寫課程設計說明書（論文），繪制草圖等（1天）。</p><p>　　1.5 設計成果要求</p><p>　　1、通過查閱資料、設計計算等最終提供課

18、程設計說明書（論文）電子稿及打印稿1份，并附簡單的設備草圖。</p><p>　　2、課程設計結束時，將按以下順序裝訂的設計成果材料裝訂后交給指導教師：</p><p>　?。?）封面（具體格式見附件1）</p><p><b>　　（2）目錄</b></p><p>　?。?）課程設計任務書</p>&l

19、t;p>　　（4）課程設計說明書（論文）（具體格式見附件2）</p><p><b>　?。?）參考文獻</b></p><p>　?。?）課程設計圖紙（程序）</p><p><b>　　1.6 幾點說明</b></p><p>　　1、本設計任務適用班級：09生物工程（本）2班（其中：學號

20、1-15號，M=15；學號16-30號，M=25；學號31-46號，M=40）；</p><p>　　2、課程設計說明書（論文）格式也可參閱《蚌埠學院本科生畢業(yè)設計（論文）成果撰寫規(guī)范》中的相關內容。</p><p>　　指導教師： 教研室主任： 系主任：</p><p><b>　　2 確定設

21、計方案</b></p><p>　　2.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）的進口溫度140℃，出口溫度40℃；冷流體（循環(huán)水）進口溫度30℃，出口溫度40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器。</p><p>

22、　　2.2 流動空間及流速的確定</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用 Ф25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=1.5m/s。</p><p><b>　　3 確定物性數據</b></p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取進出口溫度平均值。&

23、lt;/p><p>　　故殼程油的定性溫度為</p><p>　　管程流體的定性溫度為</p><p>　　根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。</p><p>　　油在90℃下的有關物性數據如下：</p><p>　　密度

24、 </p><p>　　粘度 </p><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導熱系數 </p><p>　　循環(huán)冷卻水在35℃下的物性數據如下：</p><p>　　密度 </p

25、><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導熱系數 </p><p>　　粘度 </p><p>　　4 計算總傳熱系數</p><p><b>　　4.1 熱流量</b></p><p>　　4.2 平均傳熱溫差</

26、p><p>　　先按純逆流計算（一般逆流優(yōu)于并流，在工程上若無特殊需要，均按逆流考慮）</p><p>　　4.3 冷卻用水量 </p><p><b>　　5 估算傳熱面積</b></p><p>　　由于殼程氣體壓力較高，故選取較大的K值。假設K估=315W/(m2.K)，則估算的傳熱面積為：</p>

27、<p>　　考慮到25%的面積裕度，</p><p><b>　　6 工藝結構尺寸</b></p><p>　　6.1 管徑和管內流速</p><p>　　選用Φ25×2.5較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內流速。</p><p>　　我國國標換熱器中常見的換熱管規(guī)格有 以及

28、</p><p>　　流速的選擇應使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即雷諾數大于10000。對于傳熱熱阻較大的流體或易結垢的流體選取較大流速，以利于增加表面?zhèn)鳠嵯禂?，降低結垢程度與速度。并要考慮合適的流速下，換熱器有適當的管長和管程數。</p><p>　　6.2 管程數和傳熱管數</p><p>　　依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數</p><p&

29、gt;　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p>　　按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據本設計實際情況，采用非標準設計，現取傳熱管長l=7m，則該換熱器的管程數為</p><p><b>　　傳熱管總根數 </b></p><p>　　6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數</p><p>　　平局傳

30、熱溫差校正系數</p><p>　　按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關突圖表。但的點在圖上難以讀出，因而相應以代替，，查同一圖線，可得</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　6.4 傳熱

31、管排列和分程方法</p><p>　　對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。各程內采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方法。</p><p>　　故擬采用組合排列法，即每程內按正三角形排列，隔板兩側用正方形排列</p><p>　　取管心距，則 </p><p>　　橫過管束中心線的管數</p>

32、<p>　　各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p><b>　　6.5 殼體內徑</b></p><p>　　采用多管程結構，殼體內徑可由下式估算。取管板利用率。（正三角形排列，2管程，=0.7-0.85，4管程以上，=0.6-0.8），則殼體內徑為：</p><p>　　按卷制殼體的進級檔，圓整可取 。</p>

33、<p><b>　　6.6 折流板</b></p><p>　?。ㄗ饔谜f明：列管式換熱器殼程流體流通面積比管程流通截面積大，為增大殼程流體的流速，加強其湍動程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?，需設置折流板。對于多殼程換熱器不僅需要設置橫向折流板，而且需要設置縱向折流板將換熱器分為多殼程結構。對于多殼程換熱器，設置縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實現多殼程結構，減少多

34、殼程結構造成的溫度損失。）</p><p>　　采用弓形折流板，可取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為 ： </p><p>　　取折流板間距 ,則，可取為</p><p><b>　　折流板數 : </b></p><p>　　并且折流板圓缺面水平裝配。</p>

35、;<p><b>　　6.7 接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接管內氣體流速，則接管內徑為</p><p><b>　　取標準管徑為 。</b></p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內液體流速，則接管內徑為：</p><p><b>　　，

36、取標準管徑為。</b></p><p><b>　　7 換熱器核算</b></p><p><b>　　7.1 熱流量核算</b></p><p>　　7.1.1 殼程對流傳熱系數</p><p>　　對圓缺型折流板，可采用克恩公式</p><p>　?。ㄟm用條

37、件：Re0=2×(103-106)，弓形折流板圓缺高度為直徑的25%。）</p><p>　　換熱管呈三角形排列時，當量直徑為：</p><p>　　殼程流體流通截面積：</p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數分別為：</p><p><b>　　普蘭特準數：</b></p><p>

38、;<b>　　粘度校正：</b></p><p>　　7.1.2 管程對流傳熱系數</p><p>　　管程流體流通截面積：</p><p><b>　　管程流體流速： </b></p><p><b>　　普蘭特準數：</b></p><p>　　7.

39、1.3 污垢熱阻和管壁熱阻：</p><p><b>　　管外側污垢熱阻</b></p><p><b>　　管內側污垢熱阻</b></p><p>　　依表，碳鋼在該條件下的熱導率為50W/(m·K),</p><p><b>　　管壁熱阻：</b></p&g

40、t;<p>　　7.1.4 傳熱系數 </p><p><b>　　所以系數</b></p><p>　　7.1.4 傳熱面積 </p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積為：</p><p>　　該換熱器的面積裕度為： </p><p>　　為了保證換熱器操作的可靠性，一般應使換熱

41、器的面積裕度大于15%-20%。本換熱器傳熱面積裕度16%，滿足生產要求，故能夠完成生產任務。</p><p>　　7.2 換熱器內流體的流動阻力</p><p>　　7.2.1 管程流動阻力</p><p>　　由傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得，流速，，所以</p><p>　　故管程流體阻力在允許范圍之內。</p><p

42、>　　7.2.2 殼程阻力</p><p>　　流體流經管束的阻力為：</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力：</p><p><b>　　總阻力為：</b></p><p>　　殼程流體的阻力也比較適宜。</p><p>　　7.2.3 換熱器的主要結構尺寸和計算結果見表</

43、p><p>　　換熱器主要結構尺寸和計算結果見下表：</p><p><b>　　8 主要參考文獻</b></p><p>　　【1】 賈紹義，柴誠敬.《化工原理課程設計》.天津：天津大學出版社，2002</p><p>　　【2】 夏清，陳常貴.《化工原理修訂版》.天津：天津大學出版社，2005</p>