化工原理課程設(shè)計(jì)---煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1　《化工原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書- 1 -</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目- 1 -</p><p>　　1.2 原始數(shù)據(jù)及操作條件- 1 -</p><

2、p>　　1.3 設(shè)計(jì)要求- 1 -</p><p>　　2　《化工原理》課程設(shè)計(jì)說明書- 2 -</p><p>　　2.1 前言- 2 -</p><p>　　2.2 工藝流程圖及說明- 3 -</p><p>　　3　生產(chǎn)條件的確定- 4 -</p><p>　　4　換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算- 4 -&l

3、t;/p><p>　　4.1 選擇換熱器類型- 4 -</p><p>　　4.2 流動(dòng)空間及流速的確定- 4 -</p><p>　　4.3 確定物性數(shù)據(jù)- 4 -</p><p>　　4.4 計(jì)算總傳熱系數(shù)- 5 -</p><p>　　4.4.1 熱流量- 5 -</p><p>　

4、　4.4.2 平均傳熱溫差- 5 -</p><p>　　4.4.3 冷卻水用量- 6 -</p><p>　　4.4.4 總傳熱系數(shù)- 6 -</p><p>　　4.5 計(jì)算傳熱面積- 7 -</p><p>　　4.6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸- 7 -</p><p>　　4.6.1 管徑和管內(nèi)流速- 7 -&

5、lt;/p><p>　　4.6.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)- 7 -</p><p>　　4.6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)- 7 -</p><p>　　4.6.4 傳熱管排列和分程方法- 8 -</p><p>　　4.6.5 殼體內(nèi)徑- 8 -</p><p>　　4.6.6 折流板- 8 -</p>

6、;<p>　　4.6.7 接管- 9 -</p><p>　　4.7 換熱器核算- 9 -</p><p>　　4.7.1熱量核算- 9 -</p><p>　　4.7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力- 11 -</p><p>　　5　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表- 13 -</p><p>　　6　設(shè)計(jì)評(píng)述

7、- 14 -</p><p>　　7 心得體會(huì)- 15 -</p><p>　　8 參考文獻(xiàn)- 16 -</p><p><b>　　煤油冷卻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1　《化工原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b><

8、;/p><p><b>　　煤油冷卻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.2 原始數(shù)據(jù)及操作條件</p><p>　　1、處理能力 39.6×104 t/a</p><p>　　2、設(shè)備形式 列管式</p><p>　　3、煤油 T入= 140℃，T出= 40℃</p>

9、<p>　　4、冷水 T入= 30℃，T出= 40℃ </p><p>　　5、⊿P<=105Pa</p><p>　　6、煤油 ρ=825Kg/m3，µ=7.15×10-4Pa.S CV=2.22kJ/(Kg.℃)</p><p>　　7、λ= 0.14W/（m.℃）</p><p>　　8、每年按3

10、00天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　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)說明書（電子稿）。</p><p>　　2　《化工原理》課程設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　2.1 前言</b>&l

11、t;/p><p>　　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世。</p><p>　　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

12、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。</p><p>　　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)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。</p&g

13、t;<p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

14、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。</p><p>　　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。

15、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。</p><p>　　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，故殼程壓力不宜過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。</p><p>　　列管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)

16、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p>

17、<p>　　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。</p><p>　　列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：</p><p>　　根據(jù)換熱任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸；</p><

18、;p>　　核算換熱器的傳熱面積和流體阻力；</p><p>　　確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.2 工藝流程圖及說明</p><p><b>　　工藝流程圖</b></p><p>　　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

19、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。</p><p><b>　　3　生產(chǎn)條件的確定</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一列管式煤油換熱器，完成年冷卻39.6×104 t煤油的任務(wù)，具體要求如下

20、：煤油進(jìn)口溫度140℃，出口溫度40℃；冷流體進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃；每年按300天計(jì)，24小時(shí)/天連續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　4　換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　4.1 選擇換熱器類型</p><p>　　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，

21、故選用帶膨脹節(jié)的固定版式換熱器。</p><p>　　4.2 流動(dòng)空間及流速的確定</p><p>　　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φ25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=1m/s。</p><p>　　4.3 確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：可取流體

22、進(jìn)口溫度的平均值。</p><p>　　殼程煤油的定性溫度：</p><p><b>　　T= =90（℃）</b></p><p>　　管程流體的定性溫度：</p><p>　　T= =35(℃)</p><p>　　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)。</p>

23、<p>　　煤油在90℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ρo=825kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) λ。=0.140W/(m·℃)<

24、/p><p>　　粘度 µo=0.000715Pa·s</p><p>　　循環(huán)冷卻水在35℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ρi=994kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cpi=4.08

25、kJ/(kg·℃)</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) λi=0.626W/(m·℃)</p><p>　　粘度 µi=0.000725Pa·s</p><p><b>　　4.4.1 熱流量</b></p><p&

26、gt;<b>　　每小時(shí)處理力 </b></p><p>　　式中 —流體的質(zhì)量流量 kg／h</p><p>　　Cpo—流體的平均定壓比熱容，kJ／（kg·℃）</p><p>　　To—熱流體的溫度，℃</p><p>　

27、　4.4.2 平均傳熱溫差</p><p><b>　　(℃)</b></p><p>　　4.4.3 冷卻水用量</p><p>　　式中 t—冷流體的溫度，℃</p><p>　　4.4.4 總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管層傳熱系數(shù)</b></p>

28、<p><b>　　Re=</b></p><p><b>　　殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　假設(shè)殼程傳熱系數(shù) </p><p><b>　　污垢熱阻</b></p><p><b>　　管壁的導(dǎo)熱系數(shù)</b></p>

29、;<p><b>　　=</b></p><p>　　4.5 計(jì)算傳熱面積</p><p>　　考慮15%的面積裕度，</p><p>　　4.6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　4.6.1 管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用φ25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速

30、</p><p>　　4.6.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度</p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長(zhǎng)l=6m,則該換熱器管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總根數(shù) (根)</p&

31、gt;<p>　　4.6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p>　　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，</p><p>　　因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得</p><p><b>　　0.82</b

32、></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　取管心距，則</b></p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　

33、?。ǜ?lt;/b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑</p><p>　　取整D=1400mm</p><p><b>　　4.6.6 折流板</b></p><p>　　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。</p><p>

34、<b>　　取折流板間距，則</b></p><p><b>　　折流板數(shù)塊</b></p><p>　　折流板圓缺水平裝配。</p><p><b>　　4.6.7 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接管內(nèi)徑為</p>

35、<p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。</b></p><p>　　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</p><p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。</b></p><p><b>　　4.7 換熱器核算</b></p><p><b>　

36、　4.7.1熱量核算</b></p><p>　　4.7.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) </p><p>　　對(duì)圓缺形折流板，可采取克恩公式</p><p>　　當(dāng)量直徑，由正三角形排列得</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分

37、別為</p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正 </b></p><p>　　4.7.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速及其雷諾數(shù)分

38、別為</p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p>　　4.7.1.3 傳熱系數(shù)</p><p><b>　　查有關(guān)文獻(xiàn)知可?。?lt;/b></p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻 Rs0=0.000172 m2*0C /W</p><p>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻

39、 Rs1=0.000344 m2*0C /W</p><p>　　碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率 =45W/(m*0C)</p><p><b>　　傳熱面積 </b></p><p><b>　　K=</b></p><p><b>　　=</b></p>&

40、lt;p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積</p><p>　　= =3.14×0.025×(6-0.06)×(1068-39)=479.8</p><p><b>　　該換熱器的面積裕度</b></p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　4.7.

41、2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p>　　4.7.2.1 管程流動(dòng)阻力</p><p><b>　　,,</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　由，傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得 ，流速，，所以</p><p><b>　　，&l

42、t;/b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　4.7.2.2 殼程阻力</p><p>　　其中，△P1,流體橫過管束的壓強(qiáng)降，Pa</p><p>　　△P2,流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降，Pa</p>

43、<p>　　FS壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù),</p><p><b>　　FS=1 , </b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p>　　△P1,=Ffonc(NB+1)</p><p>　　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</p><

44、p>　　fo---殼程流體的摩擦系數(shù)，Reo>500時(shí)，取fo=5.0×Reo-0.228</p><p>　　nc---橫過管束中心線的管子數(shù)</p><p>　　NB---折流擋板數(shù)</p><p>　　故 fo=5×1993.15-0.228=0.884</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力&l

45、t;/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　殼程流動(dòng)阻力也比較合適。</p><p>　　5　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 </p><p>　

46、　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表。</p><p><b>　　6　設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p><p>　　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形管式和填料函式等類型。列管式換熱器的形式主要依據(jù)換</p><p>　　熱器管程與殼程

47、流體的溫度差來確定。由于兩流體的溫差大于50 ，故選用</p><p>　　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。</p><p><b>　　7 心得體會(huì)</b></p><p>　　課程設(shè)

48、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)練和考察過程.</p><p>　　經(jīng)過近一周的努力，我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。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。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還

49、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(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(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)。 </p><p>　　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

50、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(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)。 </p><p>　　在此也要感謝我們的指導(dǎo)老師*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)過程中，我通過查閱有關(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，

51、樹立了對(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的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我有很大受益。</p><p><b>　　8 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 賈紹義、柴誠(chéng)敬，化工原理課程設(shè)計(jì)[

52、M]，天津大學(xué)出版社，2002年，第一版。</p><p>　　[2] 王國(guó)勝，化工原理課程設(shè)計(jì)[M]，大連理工大學(xué)出版社，2006年，第1版。</p><p>　　[3] 匡國(guó)柱、史啟材，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年，第1版。</p><p>　　[4] 時(shí)鈞、汪家鼎、余國(guó)琮等，化學(xué)工程手冊(cè)[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，1996年，第2版