化工課程設(shè)計(jì)---煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)4</b></p><p>　　二、根據(jù)任務(wù)要求，確定設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1 選擇換熱器的類(lèi)型4</p><p>　　2.2 流動(dòng)方向及流速的確定5</p><p>　　2.3 安裝方式5</p><p>　　三、設(shè)計(jì)條件及主要

2、物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)條件5</p><p>　　3.2 確定主要物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.2.1 定性溫度的確定6</p><p>　　3.2.2 流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)6</p><p>　　四、傳熱過(guò)程工藝計(jì)算6</p><p>　　4.1 估算傳熱面

3、積6</p><p>　　4.1.1 熱流量6</p><p>　　4.1.2 冷卻水用量6</p><p>　　4.1.3 平均傳熱溫差7</p><p>　　4.1.4 傳熱面積7</p><p>　　4.2 主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸7</p><p>　　4.2.1換熱管規(guī)格及材

4、質(zhì)的選定7</p><p>　　4.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)及長(zhǎng)度的確定7</p><p>　　4.2.3 傳熱管的排列和分程方法8</p><p>　　4.2.4 殼體內(nèi)徑8</p><p>　　4.2.5畫(huà)出排管圖8</p><p>　　4.2.6計(jì)算實(shí)際傳熱面積及過(guò)程的總傳熱系數(shù)9</p>

5、<p>　　4.2.7 折流板直徑和數(shù)量及其有關(guān)尺寸的確定9</p><p>　　4.3 換熱器主要傳熱參數(shù)10</p><p>　　4.3.1 壁溫核算10</p><p>　　4.3.2 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力（壓降）10</p><p>　　（1）管程流動(dòng)阻力10</p><p>　?。?）

6、殼程流動(dòng)阻力11</p><p>　　4.3.3 校核總傳熱系數(shù)12</p><p>　　4.3.4 校核傳熱面積13</p><p>　　五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型14</p><p><b>　　5.1 殼體14</b></p><p>　　5.1.1殼體壁厚14</p&

7、gt;<p>　　5.1.2殼體直徑15</p><p><b>　　5.2 管板15</b></p><p>　　5.2.1 管板參數(shù)15</p><p>　　5.2.2管板與殼體的連接15</p><p>　　5.2.3 管子在管板上的固定方式15</p><p>　　

8、5.3分程隔板15</p><p><b>　　5.4折流板15</b></p><p>　　5.4.1折流板類(lèi)型15</p><p>　　5.4.2 折流板尺寸16</p><p>　　5.5 封頭及管箱16</p><p>　　5.5.1 封頭16</p><p

9、>　　5.5.2 封頭法蘭及管箱法蘭16</p><p>　　六、附屬件的計(jì)算及選型16</p><p>　　6.1 接管及其法蘭16</p><p>　　6.2 拉桿定距管17</p><p>　　6.3 支座設(shè)計(jì)17</p><p>　　6.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型17</p><

10、;p>　　6.3.2 尺寸確定17</p><p>　　6.4 膨脹節(jié) 17</p><p>　　七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表17</p><p><b>　　八、設(shè)計(jì)總結(jié)18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p>　　一、列

11、管式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)題目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　　(1)設(shè)備型式：列管式換熱器 </p><p>　　(2)生產(chǎn)能力：600+0.1×n噸/天 ，煤油處理量 </p><p>　　說(shuō)明: n為學(xué)號(hào)尾數(shù)后兩位

12、, 一天=24小時(shí)</p><p><b>　　(3)操作條件：</b></p><p>　?、倜河腿肟跍囟?40℃，出口40℃；</p><p>　　②冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30℃，出口溫度40℃；</p><p>　?、墼试S壓降：≤105pa</p><p>　?、苊河投ㄐ詼囟认碌奈镄詳?shù)據(jù)

13、：</p><p><b>　　ρ=825kg/ </b></p><p>　　μ=7.15×pa.s </p><p>　　λ=0.14w/(m.℃) </p><p>　　Cp=2.22kJ/(kg.℃)</p><p>　?、菝磕臧?00天計(jì)，每天按24小時(shí)計(jì)</p>

14、<p>　　⑥建廠地址 家鄉(xiāng)地區(qū)</p><p><b>　?。ㄈ┰O(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算</p><p>　　二、根據(jù)任務(wù)要求，確定設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 選擇換熱器的類(lèi)型</p><p>　　選用帶補(bǔ)償圈的固定管板式換

15、熱器。這類(lèi)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。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用固定管板式換熱器。</p><p>　　2.2 流動(dòng)方向及流速的確定，流動(dòng)路徑的選擇</p><p>　　查文獻(xiàn)【1】P6,表1-1，取管內(nèi)流速為 流動(dòng)方向：逆流。</p><p>　　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

16、般較大，并易結(jié)垢，煤油不易結(jié)垢，按煤油走殼程考慮，水走管程。</p><p><b>　　2.3 安裝方式 </b></p><p>　　采用列管式換熱器 焊接臥式安裝方式。</p><p>　　三、設(shè)計(jì)條件及主要物性數(shù)據(jù)</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)條件（以三線表表示）</p><p>　　

17、3.2 確定主要物性數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2.1 定性溫度的確定</p><p>　　被冷卻物質(zhì)為煤油，入口溫度為140℃,出口溫度為</p><p>　　冷卻介質(zhì)為自來(lái)水，入口溫度為，出口溫度為</p><p><b>　　煤油的定性溫度：</b></p><p><b>　　

18、水的定性溫度：</b></p><p><b>　　兩流體的溫差：</b></p><p>　　3.2.2 流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　由于兩流體溫差大于50℃，故選用帶補(bǔ)償圈的固定管板式列管換熱器。</p><p>　　水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度=

19、994kg/， 粘度=7.27×pa.s</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)=0.627w/(m.℃)， 比熱容=4.174kJ/(kg.℃)</p><p>　　四、傳熱過(guò)程工藝計(jì)算</p><p>　　4.1 估算傳熱面積</p><p><b>　　4.1.1 熱流量</b></p><

20、;p><b>　　熱負(fù)荷： </b></p><p>　　4.1.2 冷卻水用量</p><p><b>　　冷卻水的消耗量</b></p><p>　　4.1.3 平均傳熱溫差</p><p>　　計(jì)算兩流體的平均溫度差，并確定殼程數(shù)。選取逆流流向，先按1管程2殼程考慮計(jì)算出平均溫度差：&l

21、t;/p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　根據(jù)R，P值，查溫度校正系數(shù)圖，得溫度校正系數(shù)為，因此平均溫度差</p><p>　　4.1.4 傳熱面積</p><p><b>　　選</b>&l

22、t;/p><p><b>　　傳熱面積 </b></p><p>　　4.2主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　4.2.1換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定。選用 25鋼管。</p><p>　　4.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)及長(zhǎng)度的確定。</p><p><b>　　管數(shù)：</b>

23、;</p><p><b>　　管長(zhǎng)：</b></p><p>　　按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)Ｌ＝６m。</p><p><b>　　管程數(shù)：</b></p><p><b>　　總傳熱管子數(shù)：根</b></p><p>　　4.2.3 傳熱管的排列和分

24、程方法</p><p>　　管子排列方式，采用正三角形排列；管子與管板的連接，采用焊接法。管束分程方法采用平行方式。</p><p>　　4.2.4 計(jì)算殼體內(nèi)徑。</p><p>　　由于管中心距 </p><p>　　橫過(guò)管束中心線的管數(shù) </p><p>　　管束中心線上最

25、外層管的中心至殼休內(nèi)壁的距離 </p><p>　　所以 按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整，取</p><p>　?。模?00mm 因?yàn)楣荛L(zhǎng)徑比合適。 </p><p>　　4.2.5 畫(huà)出排管圖。根據(jù)殼休內(nèi)徑D、管中心距 t、橫過(guò)管束中心線的管數(shù)及其排列方式，繪出排管圖，如右圖所示。由圖可見(jiàn)，中心排有17根管時(shí)按正三角形排列，可排217根，

26、若在六角形每邊各加5根，總共排247根，除去7根拉桿位置，實(shí)際排出240根，與上述計(jì)算相符。因此，實(shí)際管子數(shù)N=n=240根。</p><p>　　4.2.6 計(jì)算實(shí)際傳熱面積及過(guò)程的總傳熱系數(shù)</p><p>　　4.2.7 折流板直徑、數(shù)量及其有關(guān)尺寸的確定。</p><p>　　選取折流板與殼體間的間隙為3.5mm，因此，折流析直徑</p>&l

27、t;p><b>　　切去弓形高度　</b></p><p><b>　　取折流板間距，塊</b></p><p><b>　　取整得　塊</b></p><p><b>　　實(shí)際折流板間距　</b></p><p>　　4.2.8 拉桿的直徑和數(shù)量與

28、定距管的選定。選用鋼拉桿，數(shù)量7條。定距管采用與換熱管相同的管子，即25鋼管。</p><p>　　4.2.9 溫度補(bǔ)償圈的選用。</p><p>　　由于>50,固需考慮設(shè)置溫度補(bǔ)償圈。具體結(jié)構(gòu)尺寸可從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查取。</p><p>　　4.2.10 列出所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)。</p><p>　　4.3 換熱器主要傳熱參數(shù)&l

29、t;/p><p>　　4.3.1 壁溫核算</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　4.3.2 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力（壓降）</p><p><b>　?。?）管程流動(dòng)阻力</b></p&g

30、t;<p>　　據(jù)上述結(jié)果可知：管程數(shù)＝2，　殼程數(shù)＝1；對(duì)于25的換熱管，結(jié)構(gòu)校正系數(shù)為　</p><p><b>　　直管段壓強(qiáng)降　　</b></p><p>　　取不銹鋼管壁的粗糙度，則</p><p><b>　　由摩擦系數(shù)圖查得</b></p><p><b>　　

31、所以　</b></p><p>　　管程流體壓強(qiáng)降滿足要求。</p><p>　?。?）殼程流動(dòng)阻力（循環(huán)水走殼程）</p><p>　　其中流體流經(jīng)管束的壓強(qiáng)降 　　</p><p>　　由于管子為正三角形排列，則管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因子取：F=0.5</p><p>　　橫過(guò)管子中

32、心的管子數(shù)：根　　折流板數(shù)：塊</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　殼程壓強(qiáng)降滿足題給要求。</p><p>　　4.3.3 校核總傳熱系數(shù)</p><p>　　總傳熱系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p>　?。?）計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>

33、;　?。?）計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)，</b></p><p>　　煤油在殼程中流動(dòng)的雷諾數(shù)為</p><p>　　因?yàn)樵诜秶鷥?nèi)，故可采用凱恩(Kern)法求算，即</p><p>　　由于液體被冷卻， 取，所以</p><p><b>　?。?）確定

34、污垢熱阻</b></p><p><b>　　傳熱管壁導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p>　?。?）計(jì)算總傳熱系數(shù)（管壁熱阻可忽略時(shí)，總傳熱系數(shù)為：）</p><p>　　由于＝490，所以，</p><p>　　在1.15~1.25間，符合要求。</p><p><b>　　

35、校核傳熱面積</b></p><p>　　根據(jù)和所設(shè)計(jì)換熱器的實(shí)際傳熱面積，就可以求出換熱器的面積裕度：</p><p>　　在15%~25%間，該傳熱器傳熱面積的裕度符合要求。</p><p>　　五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型</p><p><b>　　5.1 殼體</b></p><

36、p>　　5.1.1 殼體壁厚 </p><p>　　選取設(shè)計(jì)壓力P=0.6MPa，殼體材料為Q235-B,查得其相應(yīng)的許用應(yīng)力=113MPa;焊縫系數(shù)=0.65（單面焊），腐蝕裕度C=5mm,所以</p><p>　　根據(jù)鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)，取厚度為10mm鋼板，即</p><p><b>　　5.1.2殼體直徑</b></p>

37、;<p>　　殼體內(nèi)徑為600mm，則外徑D=600+10=610mm</p><p><b>　　5.2 管板</b></p><p>　　5.2.1 管板參數(shù)</p><p>　　管板主要尺寸：DN=600,</p><p>　　D=715,c=12.5,b=40,d=18</p><

38、;p>　　5.2.2管板與殼體的連接</p><p>　　由于管板較厚，殼體壁較薄，為了保證必要的焊接強(qiáng)度，采用管板歉法蘭的結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣卸下頂蓋可對(duì)管子接口進(jìn)行檢查和修理，清洗管子也較為方便。</p><p>　　5.2.3 管子在管板上的固定方式</p><p>　　管子與管板采用脹接方法固定。</p><p><b>　

39、　5.3 分程隔板</b></p><p>　　分程隔板安裝在管箱也管子中心線相平行的位置。管束分程采用平行方式，管板上刨出溝槽以安放墊片，以保證管內(nèi)各程之間的密封。分程的槽寬12mm，交角處用直線過(guò)渡。</p><p><b>　　5.4 折流板</b></p><p>　　5.4.1 折流板類(lèi)型</p><p

40、>　　采用弓形折流板，為了檢修時(shí)能完全排除臥式換熱器殼體內(nèi)的剩余液體，折流板下部開(kāi)有小口，即邊長(zhǎng)為20mm扇形。折流板上下方向排列。</p><p>　　5.4.2 折流板尺寸</p><p>　　折流板直徑為D=593mm,切去弓形高度h=150mm，厚度取=6mm。</p><p><b>　　5.5 封頭及管箱</b></p&

41、gt;<p><b>　　5.5.1 封頭</b></p><p>　　封頭有平板形和橢圓形和碟形，平板形用于直徑?。ㄒ话阈∮?00mm）的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為600mm，選用橢圓形封頭。</p><p><b>　　5.5.2封頭法蘭</b></p><p>　　壓力容器法蘭的類(lèi)型有甲型平焊法

42、蘭、乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。從密封面來(lái)說(shuō)，又有平密封面、凹凸密封面和榫槽密封面。此次采用甲型平焊法蘭（平面密封型）。</p><p>　　六、附屬件的計(jì)算及選型</p><p>　　6.1 接管及其法蘭 </p><p>　　換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即</p><p>　　式中 ——流體的體積流量，</p&

43、gt;<p>　　——流體在接管中的流速，m/s。</p><p>　　流速 的經(jīng)驗(yàn)值可取為對(duì)流體 u=1.5~2m/s 取液體流速=1.5m/s，自來(lái)水進(jìn)出口接管的內(nèi)徑 </p><p>　　管法蘭采用板式平焊鋼制管法蘭，相關(guān)尺寸參見(jiàn)HG20593-97。</p><p>　　6.2 拉桿和定距管</p><p>　　

44、為了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用拉桿和定距管。所選擇的拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為7，定距管 （參考文獻(xiàn)《化工設(shè)備手冊(cè)》曲文海 主編） </p><p><b>　　6.3 支座設(shè)計(jì)</b></p><p>　　6.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型</p><p>　　臥式換熱器，采用固定F型和滑動(dòng)S型鞍式支座各一個(gè)，一般靠近管箱側(cè)為固

45、定鞍座。臥式支座的尺寸按JB/4712鞍式支座的B型設(shè)計(jì)。</p><p>　　6.3.2 臥式支座在換熱器上的位置尺寸確定</p><p>　　兩支座就設(shè)置在換熱器管束長(zhǎng)度范圍的適當(dāng)位置，為：</p><p>　　因?yàn)長(zhǎng)=6000>3000mm，取=（0.50.7）L,即</p><p>　　=（0.560000.7600）=（300

46、04200）mm。又支座中心到管兩端的距離要相等，本次設(shè)計(jì)對(duì)支座相距4200mm。</p><p><b>　　6.4 膨脹節(jié)</b></p><p>　　對(duì)于管壁與殼壁溫度大于50的固定管板式換熱器，應(yīng)考慮消除溫差應(yīng)力的溫度補(bǔ)償裝置，以防止溫差應(yīng)力引起管子彎曲，或可能造成管子與管板連接處泄漏，甚至使得管子從管板上拉脫等影響。</p><p>

47、　　本次采用R=35mm,S=5mm的波形膨脹節(jié)。</p><p>　　七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表</p><p>　　工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表</p><p><b>　　八、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣

48、的做可以，但實(shí)際較核時(shí)卻總是達(dá)不到要求，因此總是要不停地去驗(yàn)證，耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多，畫(huà)圖時(shí)因?yàn)椴恢缽暮蜗率?，很多東西知道尺寸卻不知道怎么組裝起來(lái)，一些細(xì)小零件畫(huà)起來(lái)也很耗時(shí)間。同時(shí)我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們對(duì)換熱器有了更深的了解，由于所有東西都是由自己去設(shè)計(jì)，故對(duì)換熱器的構(gòu)件也有了比較深的認(rèn)識(shí)。

49、</p><p>　　平時(shí)看課本時(shí)，只是單純的記一些有關(guān)于考試內(nèi)容的知識(shí)，事實(shí)上是對(duì)換熱器一點(diǎn)也不了解的，做完課程設(shè)計(jì)，可以記住很多東西。比如管程殼程折流板這些，平時(shí)看課本，根本不知道它們是用來(lái)做什么的，又應(yīng)該怎么選擇，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)要弄懂才能進(jìn)行下一步，就有目的的去了解了。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論

50、知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利完成。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感

51、謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，所以今后的制作應(yīng)該會(huì)更輕松。 </p><p>　　在此，非常感謝xx老師的細(xì)心指導(dǎo)，也同樣謝謝其他同學(xué)的無(wú)私幫助！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&

52、lt;p>　　[1] 王志魁，劉麗英等.化工原理（第四版）. 北京：化學(xué)出版社，2010.6.</p><p>　　[2] 華南理工大學(xué)化工原理考研組.化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì). 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996.2.</p><p>　　[3] 李功樣，陳蘭英等，常用化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì). 廣州：華南理工學(xué)院出版社，2009.8.</p><p>　　[4]朱有庭