化工原理課程設(shè)計(jì)---煤油冷卻器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目: 煤油冷卻器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　目錄...............................................................2</p>&

2、lt;p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書............................................................3</p><p>　　設(shè)計(jì)方案簡介..........................................................3</p><p>　　2.1、選擇換熱器的類型：....................

3、...........................3</p><p>　　2.2、流體空間及流速的確定：............................................3</p><p>　　四．設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表..............................................4</p><p>　　五．

4、工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)................................................5</p><p>　　5.1估算傳熱面積........................................................5</p><p>　　計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量.....................................

5、..........5</p><p>　　計(jì)算兩流體的平均傳熱溫差.............................................5</p><p>　　估算傳熱面積.........................................................5</p><p>　　5.2主體結(jié)構(gòu)的工藝結(jié)構(gòu)尺寸....

6、..........................................6</p><p>　　管徑和管內(nèi)流速.......................................................7</p><p>　　管程數(shù)和傳熱管數(shù).....................................................7</p

7、><p>　　傳熱管排列和分程方法.................................................7</p><p>　　殼體內(nèi)徑.............................................................7</p><p>　　折流板............................

8、...................................7</p><p>　　拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定.......................................7</p><p>　　接管.................................................................7</p><

9、;p>　　換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù).................................................8</p><p>　　5.3換熱器主要傳熱參數(shù)核算.............................................8</p><p>　　熱流量核算.........................................

10、..................8</p><p>　　殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)..................................................9</p><p>　　管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).................................................10</p><p>　　污垢熱阻和管壁熱阻.....

11、..........................................10</p><p>　　傳熱系數(shù)K........................................................10</p><p>　　傳熱面積裕度......................................................11</

12、p><p>　　壁溫核算............................................................11</p><p>　　換熱器內(nèi)流體的流動阻力..............................................11</p><p>　　管程流動阻力.........................

13、............................11</p><p>　　殼程流動阻力.....................................................12</p><p>　　六．輔助設(shè)備的計(jì)算及選型.................................................13</p><p>

14、;　　6.1對殼程流體煤油所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇，..............................13</p><p>　　6.2對管程循環(huán)水所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇，................................14</p><p>　　七．設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表.......................................................

15、16</p><p>　　八．自我評價.............................................................17</p><p>　　九．（附圖）工藝流程圖（簡）及主體設(shè)備工藝條件圖（裝配圖）................17</p><p>　　十．致謝.............................

16、....................................18</p><p>　　十一．主要參考文獻(xiàn).......................................................18</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)題目: 煤油冷卻器設(shè)計(jì)</p&g

17、t;<p>　　2.設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　　設(shè)備型式：列管式換熱器</p><p>　　處理能力：15+0.1×2×2=15.4萬噸/年煤油。</p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　煤油：入口溫度140℃，出口40 ℃；</p>

18、<p><b>　　冷卻介質(zhì)：自來水。</b></p><p>　?。?） 允許壓降：不大于105Pa</p><p>　?。?） 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度825kg/m3，</p><p>　　粘度： 7.15×10-4Pa·s，</p>

19、<p>　　比熱容為2.22kJ/(kg· ℃) ，</p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)為0.14W/(m · ℃)。</p><p>　?。?）每年按330天計(jì)算，每天24小時運(yùn)行。</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)項(xiàng)目</b></p><p>　　試設(shè)計(jì)選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。&

20、lt;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目繪出換熱器裝配圖。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案簡介</b></p><p><b>　　確定初步方案：</b></p><p>　　2.1、選擇換熱器的類型：</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140℃ ,出口溫度

21、40 ℃；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃.由于該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　　2.2、流體空間及流速的確定：</p><p>　　已知兩流體允許壓強(qiáng)降不大于100kPa；兩流體分別為煤油和自來水。與煤油相比，水的對流傳熱系數(shù)一般較大。

22、由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來水走管程，而使煤油走殼程。</p><p>　　設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表</p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。(設(shè)水溫為30到40)</p><p>　　殼程流體（煤油）的定性溫度為：

23、</p><p>　　管程流體（水）的定性溫度為：</p><p>　　在定性溫度下，分別查取管程和殼程流體(冷卻水和煤油)的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，如下：</p><p>　　煤油在90 ℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:</p><p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容

24、 </p><p>　　熱導(dǎo)率 </p><p><b>　　粘度</b></p><p>　　循環(huán)冷卻水在35℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　定

25、壓比熱容</b></p><p><b>　　熱導(dǎo)率</b></p><p><b>　　粘度</b></p><p>　　為便于查看，可列表如下：</p><p>　　工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p><b>　　

26、1.估算傳熱面積</b></p><p>　　（1）、計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量</p><p><b>　　煤油流量</b></p><p><b>　　熱負(fù)荷為：</b></p><p><b>　　冷卻水流量</b></p><p>　　（

27、2）、計(jì)算兩流體的平均傳熱溫差</p><p>　　按單殼程多管程進(jìn)行計(jì)算，對逆流傳熱溫度差進(jìn)行校正</p><p>　　根據(jù)《化工原理[1]（上）》 P213，公式（4-45）得逆流傳熱溫差為</p><p>　　（3）、估算傳熱面積</p><p>　　由《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》表1-6，查得水與煤油之間的傳熱系數(shù)在290-698w/(m

28、2.oC)，初步設(shè)定K=400w/(m2.oC)。</p><p><b>　　估算的傳熱面積為：</b></p><p>　　考慮15%的面積裕度，S=1.15×A=76.86×1.15=88.39()</p><p>　　2.主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　（1）、管徑和管內(nèi)流速<

29、;/p><p>　　選用Φ25×2.5的傳熱管（碳鋼管），管內(nèi)徑di=0.025-0.0025×2=0.02，取管內(nèi)流速ui=1.0m/s</p><p>　?。?）、管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)[7]》P62，公式3-9可依據(jù)傳熱內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　按單管程計(jì)算，所

30、需的傳熱管長度為</p><p>　　按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，現(xiàn)取傳熱管長l=6.0，則該換熱器管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總根數(shù) N=95×2=190(根）</p><p>　　（3）、傳熱管的排列和分程方法</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。其中，每程內(nèi)的正三角形排

31、列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。由《化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》圖3-13取管心距t=1.25d0，則t=1.25×25=31.25≈32(mm)。</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)為：</p><p>　　隔板中心到離其最近一排中心距離，取各程相鄰管的管心距為44mm。其前后箱中隔板設(shè)置和介

32、質(zhì)的流通順序按《化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》圖3-14選取。</p><p><b>　?。?）、殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=0.7，由《流體力學(xué)與傳熱》P206，公式4-115，得殼體內(nèi)徑為</p><p>　　圓整可取 D=600mm。</p><p><b>　　（

33、5）、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25%，則切去的圓缺高度為</p><p>　　取折流板間距 B=0.3D，則B=0.3×600=180mm</p><p><b>　　折流板數(shù) </b></p><p>　　根據(jù)《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》P3

34、4，表格1-13，選取折流板與殼體間的間隙為3 . 5mm, 因此折流板直徑Dc = 600 - 2 × 3 . 5 = 593mm</p><p>　?。?）、拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定</p><p>　　根據(jù)《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》P35，表格1-17，選用12mm 鋼拉桿, 數(shù)量8條。定距管采用與換熱管相同的管子, 即Φ25mm×2 . 5mm 鋼管。<

35、;/p><p><b>　?。?）、接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為 u＝1.0 m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　d===0.091m</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為100mm。</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u＝1.

36、5 m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　d===0.158m </p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為160mm.</p><p>　?。?）、換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)</p><p>　　3.換熱器主要傳熱參數(shù)核算</p><p><b>　?。?）、熱流量核算</b></p>&

37、lt;p><b>　　殼程對流傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　可采用克恩公式：</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　當(dāng)量直徑de，由于是正三角形排列，得<

38、/p><p>　　殼程流通截面積A0：</p><p>　　殼程流體流速及其雷諾系數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr </b></p><p><b>　　故殼程對流傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程對流傳熱系數(shù)</b>&l

39、t;/p><p>　　水在管程中是被加熱，所以公式中的n=0.4，得 </p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速以及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特準(zhǔn)數(shù)&l

40、t;/b></p><p><b>　　故管程對流換熱系數(shù)</b></p><p><b>　　污垢熱阻和管壁熱阻</b></p><p><b>　　查有關(guān)文獻(xiàn)知</b></p><p>　　煤油側(cè)的熱阻 R0=0.000172 m2oC/w</p>&l

41、t;p>　　自來水側(cè)的熱阻 Ri=0.000344 m2oC/w</p><p>　　鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為 λ=45</p><p><b>　　傳熱系數(shù)K</b></p><p>　　解得K=424.9 W/(m2.OC)</p><p><b>　　傳熱面積</b></p><

42、;p>　　所選用的換熱器的實(shí)際傳熱面積 </p><p>　　4.5.1.5傳熱面積裕度</p><p>　　根據(jù)《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》P76，公式（3-36）</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　換熱器基本符合實(shí)際生產(chǎn)要求。</p><p><b>　　4.壁溫

43、</b></p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》P77，公式（3-42）計(jì)算。該換熱器用自來水冷卻水，設(shè)定冷卻水進(jìn)口溫度為30℃，出口溫度為40℃來計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼程和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管壁溫差可能較大。該溫差較大，故需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。選用帶膨脹節(jié)的固

44、定管板式式換熱器。 </p><p>　　5.換熱器內(nèi)流體的流動阻力（壓強(qiáng)降）</p><p><b>　?。?）管程流動阻力</b></p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　由，傳熱管相對粗

45、糙度，查莫狄圖得，流速，，所以</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　莫狄圖[1]</b></p><p><b>　?。?

46、）殼程阻力</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p>　　f0=5.0Re0-0.228=0.487</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　，</b></p&

47、gt;<p><b>　　總阻力</b></p><p>　　<100kpa 符合設(shè)計(jì)要求</p><p>　　輔助設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p>　　1.對殼程流體煤油所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇</p><p>　　對殼程流體煤油所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇：根據(jù)下表及計(jì)算結(jié)果，可選用ISWB—80—160(i

48、)b型的泵，r=2900r/min,H=24m,(>1.1m，可將換熱器安裝在高處），允許汽蝕余量為4.5m。</p><p>　　2.對管程循環(huán)水所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇</p><p>　　在IS型單級單吸離心泵性能表中選擇</p><p>　　IS-125-100-200型離心泵，其性能參數(shù)如下：</p><p>　　根據(jù)泵的性能參數(shù)

49、，采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行二項(xiàng)式擬合，得到泵的特性曲線，即Q—H關(guān)聯(lián)式，及Q—η,Q—,Q—NPSH的關(guān)聯(lián)式，如圖所示： </p><p>　　將工作點(diǎn)帶人可得，H= 50.46（m) η= 80.8% </p><p>　　= 35.7 （NPSH）r=4.6(m) 實(shí)際汽蝕余量NPSH=（NPSH）r+0.5=5.1(m)</p><p>　　由于該

50、設(shè)計(jì)要求24小時連續(xù)不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以應(yīng)備用三臺泵，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用，一臺維修。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</b></p><p><b>　　自我評價</b></p><p>　　本次化工原理課程設(shè)計(jì)，加深了我對化工原理課本知識的理解，同時使我學(xué)會了綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計(jì)

51、任務(wù)，提高了我動手的能力和靈活運(yùn)用知識的能力，也讓我體會到了工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，讓我受益匪淺。在這次化工原理課程設(shè)計(jì)中，我的理論運(yùn)用于實(shí)踐的能力得到了很到的提升，主要有以下的幾個方面：</p><p>　?、懦醪秸莆樟瞬殚嗁Y料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。</p><p>　　⑵樹立了既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性和可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作過程中的方便性，勞動條件和環(huán)保性的正確設(shè)計(jì)思想

52、，在這種思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　?、桥囵B(yǎng)了迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力。</p><p>　　⑷熟悉了化工原理課程設(shè)計(jì)的流程，加深了對冷卻器設(shè)備的了解。在設(shè)計(jì)的過程培養(yǎng)了大膽假設(shè)，小心求證的學(xué)習(xí)態(tài)度。</p><p>　　由于對換熱器的實(shí)際運(yùn)用還較陌生，可查閱的文獻(xiàn)有限，本次設(shè)計(jì)還有很多不完善的地方。</p><

53、;p>　　（附圖）工藝流程圖（簡）及主體設(shè)備工藝條件圖（裝配圖）</p><p><b>　　工藝流程圖：</b></p><p>　　說明：由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便了水垢的清洗，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，接管C進(jìn)入換熱器殼程，冷卻水經(jīng)經(jīng)泵抽上來后從接管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14

54、0℃冷卻至40℃后由接管D流出；循環(huán)冷卻水則從30℃加熱至40℃后，由接管B流出。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝老師給我們一次理論用于實(shí)際的機(jī)會 通過這次課程設(shè)計(jì)讓我們獲益良多。感謝網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，有問題找百度很方便。感謝熱心的同學(xué)們，有問題互相討論。感謝很多人事讓我能做出這份課程設(shè)計(jì)。</p><p><

55、;b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 羅運(yùn)柏 《化工原理》 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p>　　[2]《換熱器》蘭州石油機(jī)械研究所主編，烴加工出版社,1986.</p><p>　　[3]《化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院編，2010.</p><p>　　[4]《化工設(shè)備

56、機(jī)械基礎(chǔ)》董大勤編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[5]《化工原理課程設(shè)計(jì)》賈紹義編，天津大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[6]《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》 匡國柱，北京，化學(xué)工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[7]《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》李功樣 陳蘭英 崔英德 編，華南理工大學(xué)出版社,2003.</p>&l