煤油冷卻器的課程設計

1、<p><b>　　化工原理課程設計</b></p><p>　　題 目 煤油冷卻器的設計 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章2</b></p><p>　　第二章 管殼

2、式換熱器設計2</p><p>　　(1) 選擇換熱器的類型2</p><p>　?。?） 流動空間及流速的確定3</p><p>　　第三章 管殼式換熱器的設計計算3</p><p>　?。?） 熱流量4</p><p>　　（2） 平均傳熱溫差4</p><p>　?。?

3、） 冷卻水用量4</p><p>　?。?） 總傳熱系數K4</p><p>　　(1 ) 管徑和管內流速5</p><p>　　(2) 管程數和傳熱管數5</p><p>　　(3 ) 平均傳熱溫差校正及殼程數5</p><p>　?。?） 傳熱管排列和分程方法6</p><p

4、>　?。? ） 殼體內徑6</p><p><b>　　（6） 折流板6</b></p><p><b>　?。?） 接管6</b></p><p>　?。?） 熱量核算7</p><p>　?。? ） 換熱器內流體的流動阻力8</p><p>　　第四章

5、 計算結果一覽表10</p><p><b>　　第一章 </b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　。 </b></p><p>　　固定管板式換熱器是一種通用的標準換熱設備。它因結構簡單、耐用、造價低廉、用材廣泛、清洗方便、適應性強

6、等優(yōu)點而在換熱設備中占據主導地位</p><p>　　固定管板式換熱器，管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體連接，與其他形式的管殼式換熱器相比，結構簡單，當殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程。制造成本低，由于不存在彎管部分，管內不易集聚污垢，即使產生污垢也便于清洗。為減少溫差應力，殼在殼體上安裝膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下中產生較大的變形能力來降低管束與殼體中的溫差應力。

7、</p><p>　　第二章 管殼式換熱器設計</p><p><b>　　1 選型</b></p><p>　　本次生產設計要求中，兩流體溫度變化情況：熱固定管板式換熱器溫度40℃。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，循環(huán)冷卻水的壓力不大于.100000MPa,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，加之其冷、

8、熱兩流體的溫度、壓力不高，溫差不大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p><b>　　2 確定計算方案</b></p><p>　　(1) 選擇換熱器的類型</p><p>　　本次生產設計要求中，兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度130℃，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)

9、冷卻水冷卻，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa,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，加之其冷、熱兩流體的溫度、壓力不高，溫差不大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。</p><p>　?。?） 流動空間及流速的確定</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結垢以及油品的黏度較大，為便于水垢清洗、減少流動流速取。</p><

10、;p>　　第三章 管殼式換熱器的設計計算</p><p>　　1 確定物性數據</p><p>　　定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。</p><p><b>　　煤油的定性溫度為</b></p><p><b>　　水的定性溫度為</b></p><p>　　

11、根據定性溫度，分別查取煤油和水的有關物性數據。</p><p>　　煤油在85℃下的有關物性數據如下：</p><p><b>　　密度：</b></p><p><b>　　定壓比熱容：</b></p><p><b>　　導熱系數：</b></p><p

12、>　　粘度; U=0.000715Pa.s</p><p>　　循環(huán)冷卻水在35℃下的物性數據：</p><p><b>　　密度：</b></p><p>　　定壓比熱容：c =4.08KJ/(Kg.)</p><p><b>　　導熱系數：</b></p><p&

13、gt;　　粘度：u=0.000725 pa.s</p><p>　　2 計算總傳熱系數</p><p><b>　?。?） 熱流量</b></p><p>　　Q0=m0cpo(T1-T2)=×2.22×(120-40)=4260606KW </p><p>　?。?） 平均傳熱溫差</p

14、><p>　　△tm=33.7℃ ′</p><p>　　（3） 冷卻水用量</p><p><b>　　Wi=</b></p><p>　?。?） 總傳熱系數K</p><p><b>　　①管程傳熱系數</b></p><p>　　Re=diuip

15、i÷ui=0.02×994×0.05÷0.000725=13710</p><p>　　由于管程中的流體為水，其在35℃下的黏度小于2倍的常溫水的黏度，屬于低粘度流體，其傳熱系數應用迪克斯-貝爾特關聯式，即：</p><p><b>　　=2733.2</b></p><p><b>　?、跉こ?/p>

16、傳熱系數</b></p><p>　　假設殼程的傳熱系數： ℃)</p><p><b>　　污垢熱阻</b></p><p>　　Rsi=0.000344m2.℃/W</p><p>　　RSO=0.0002m2.℃/W</p><p><b>　　管壁的導熱系數</

17、b></p><p><b>　　=122</b></p><p><b>　　3 計算傳熱面積</b></p><p>　　S，=1184800÷122÷33.7=288m2=</p><p>　　考慮15%的面積裕度（安全系數和初估性質）：</p><

18、;p>　　S=1.5×S′=288×1.5=432.3m2+++</p><p><b>　　4 工藝結構尺寸</b></p><p>　　(1 ) 管徑和管內流速</p><p>　　選用φ25×2.5mm傳熱管，取管內流速。</p><p>　　(2) 管程數和傳熱管數<

19、/p><p>　　依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數</p><p><b>　　ns=193根</b></p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　L==28.5m</b></p><p>　　按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。

20、現取傳熱管長L=6m，則該換熱管管程數為2,則</p><p>　　ns=432.5÷3.14÷0.025÷6=918根</p><p><b>　　每程管數為</b></p><p>　　918÷2=459根</p><p>　　管內流速為，ui=0.056m/s</p&g

21、t;<p>　　(3 ) 平均傳熱溫差校正及殼程數</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數</p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　P=</b></p><p>　　按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關圖表?？傻?lt;/p><p&

22、gt;<b>　　¢=0848</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　△tm=0.848×33.7=28.6℃</p><p>　?。?） 傳熱管排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列隔板兩側采用正方

23、形排列。取管心距，則</p><p>　　橫過管束中心線的管數</p><p>　　Nc=1.19√N=36（根）</p><p><b>　?。? ） 殼體內徑</b></p><p>　　采用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑為</p><p>　　D=1.05t√1217mm 圓整取D=

24、1300mm</p><p><b>　?。?） 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徑的35%，則切去的圓缺高度為h=0.35×1300=455mm，</p><p>　　取折流板間距B=0.6D，則</p><p>　　B=0.6×1300=780mm，

25、</p><p><b>　　折流板數 </b></p><p>　　=傳熱管長/折流板間距－1=6000÷780-1=7塊</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　?。?） 接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接

26、管內油品流速為 15m/s，則接管內徑為</p><p><b>　　d=√m</b></p><p>　　取標準管徑為157 mm。</p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內循環(huán)水流速為1.5m/s，則接管內徑為</p><p><b>　　D2=0.39m</b></p>

27、<p>　　取標準管徑為390mm。</p><p><b>　　5 換熱器核算</b></p><p><b>　?。?） 熱量核算</b></p><p>　　（1）殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板，可采用克恩公式</p><p>　　當量直徑，由正三角形排列得</p>

28、;<p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　SO=BD(1-do÷t)=0.698m</p><p>　　殼程流體流速及雷諾數分別為</p><p>　　Uo=190000000÷330÷24÷3600÷825÷0.131=0.06</p>

29、;<p><b>　　.</b></p><p>　　Reo=1384.5</p><p><b>　　普蘭特準數</b></p><p>　　Pr=2.22×103×2.1×10-5÷0.14=0.333</p><p>　　粘度校正: (由于

30、壁溫未知且用試差法比較繁瑣，故液體冷卻時用近似值)</p><p>　　&o=65.3W/(m2.℃)</p><p>　　（2）管程對流傳熱系數</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　Si=0.785×0.02×0.02×(m2</p>

31、<p><b>　　管程流體流速</b></p><p>　　UI=104426÷3600÷994÷0.507=0.057m/s</p><p><b>　　Re=1562.9</b></p><p><b>　　普蘭特數</b></p>&l

32、t;p><b>　　Pr=4.73</b></p><p>　　&=0.023×0.626÷0.02×1562.90.8×4.730.4=480.7W/(m2?！?</p><p><b>　?。?）熱系數K</b></p><p>　　=53.8W/(m2。℃)<

33、;/p><p><b>　?。?）傳熱面積S</b></p><p><b>　　S=</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</p><p>　　S批=3.14×0.025×(918-36)×(6-1.384)=411</p><p>

34、　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　H=(489.4-411)÷411=19%</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。。</p><p>　　（2 ） 換熱器內流體的流動阻力</p><p><b>　　管程流動阻力</b></p><p>　　由Re

35、=1562.9，傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.0005.</p><p><b>　　查莫狄圖得:</b></p><p>　　yi=0.022w/(m.℃)，流速 ui=0.057</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　1=0.022×6÷0.

36、02×0.02242×994÷2=164.6Pa</p><p>　　P2=3×994×0.2242÷2=74.8Pa</p><p>　?。?4.8+164.8）×1.4×2=670﹤10kPa</p><p>　　管程流動阻力在允許范圍內。</p><p>&

37、lt;b>　　殼程阻力</b></p><p>　　Ns=1 Fs=1</p><p><b>　　流體流經管束的阻力</b></p><p>　　F=0.5 fo=0.96</p><p>　　Nc=36 Nb=7m/s,</p><p><b>　　p1’=

38、205pa</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力 </p><p>　　B=0.78m，D=1.3m </p><p><b>　　2=26.7pa</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　26.7+205﹤10k

39、Pa</p><p>　　因此，殼程流動阻力也比較適宜</p><p>　　換熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器主要結構尺寸和計算結果見表</p><p>　　第四章 計算結果一覽表</p><p><b>　　結束語；</b></p><p>　　本周順利完成了我應用化學專業(yè)化工原理課程設計

40、，總體來看本人的工藝計算、過程設計及繪圖等專業(yè)能力得到了真正有效的提高，可以較好地把理論學習中的分散知識點和實際生產操作有機結合起來，得到較為合理的設計成果，達到了課程綜合訓練的目的，提高了我個人分析和解決化工實際問題的能力。同時，在設計過程中也存在者一些共性的問題，主要表現在：</p><p>　?。?）設計中存在的問題</p><p>　　1．設計過程缺乏工程意識。</p>

41、<p>　　身為學生的我在做課程設計時所設計的結果沒有與生產實際需要作參考，只是為了純粹計算為設計，缺乏對問題的工程概念的解決方法。</p><p>　　學生對單元設備概念不強。</p><p>　　對化工制圖、設備元件、材料與標準不熟悉，依葫蘆畫瓢的不在少數，沒有達到課程設計與實際結合、強化“工程”概念的目的。繪圖能力欠缺，如：帶控制點工藝流程圖圖幅設置、比例及線型選取、文

42、字編輯、尺寸標注以及設備、儀表、管件表示等繪制不規(guī)范。</p><p>　　物性參數選擇以及計算。</p><p>　　在化工原理課程設計工程中首要的問題就是物性參數選擇以及計算，然而我們于開始并不清楚需要計算哪些物性參數以及如何計算。這對這些問題，指導老師應在開課之初給我們講一下每個單元操作所需的物性參數，每個物性參數查取方法以及混合物系物性參數的計算方法，還有如何確定體系的定性溫度。&

43、lt;/p><p><b>　?。?）解決措施</b></p><p><b>　　1.加強工程意識。</b></p><p>　　設計過程中我們應多做深層次思考，綜合考慮經濟性、實用性、安全可靠性和先進性，強化自己的綜合和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；積極查閱資料和復習有關教科書，學會正確使用標準和規(guī)范，強化自己的工程實踐能力。為了增強我

44、們的工程意識提出以下措施：一是在化工原理課程講述過程中老師應加強對我們工程意識的培養(yǎng)，讓我們明確什么是工程概念，比如：理論上的正確性，技術上的可行性，操作上的安全性，經濟上的合理性，了解工程問題的計算方法。比如試差法、因此分析法等。二是查閱文獻或深入生產實際，了解現代化工生產單元設備作用原理以及設計理念，增強對設備的感性認識。三是老師應讓我們明白工程問題的解決方法有多個實施方案，最后應綜合考慮操作費用和經濟費用以及安全性等多個方面來確定

45、最優(yōu)方案。</p><p>　　2.強化工程制圖本領。</p><p>　　為了提高我們工程制圖能力，應強化計算機應用。在課程設計開設之前應開設AutoCAD課程，利用AutoCAD軟件繪圖，即精確又快速，也有利于適應今后實際工程設計的新要求。此外利用計算機應用程序也可代替試差方法繁瑣的人工計算。</p><p>　　3.引導學生學會統(tǒng)籌兼顧，從工藝和設備全方位考慮

46、設計問題。</p><p>　　化工原理課程設計是一個即繁瑣又費時的過程，這要求老師和學生都要有耐性，要客觀的對待每一個步驟，不能想當然更不能為了湊結果而修改數據。應科學地對待每一個數據，經得起深究和考驗。</p><p>　　在以后的課程設計中，要精心準備更先進和工程化的設計任務，我們應多做適當討論，必將在激發(fā)我們學習興趣、全面培養(yǎng)我們的綜合和創(chuàng)新的工程能力方面再走出重要的一步。<

47、/p><p>　　附錄（1）煤油冷卻器的設計任務書</p><p>　　1．設計題目 煤油冷卻器的設計。 </p><p>　　2．設計任務及操作條件 （1）處理能力　190000煤油 （2）設備型式　 固定式換熱器 （3）操作條件 ①煤油：入口溫度120℃，出口溫度40℃ ②冷卻介質：

48、自來水，入口溫度30℃，出口溫度40℃ ，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa（4）設計項目 ①設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。 ②換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 ③換熱器的主要結構尺寸設計。 ④主要輔助設備選型。 ⑤繪制換熱器設備圖。 </p><p>　　3．設計說明書的內容 （1）目錄

49、； （2）設計題目及原始數據(任務書)； （3）論述換熱器總體結構(換熱器型式、主要結構)的選擇； （4）換熱器加熱過程有關計算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等)； （5）設計結果概要(主要設備尺寸、衡算結果等)； （6）主體設備設計計算及說明； （7）參考文獻； （8）后記及其它。</p><p><

50、b>　　4．設計圖要求</b></p><p>　　繪制換熱器設備圖一張(手繪，)： </p><p><b>　　附錄（二）符號說明</b></p><p>　　T—熱流體溫度，℃；</p><p>　　t—冷流體溫度，℃；</p><p>　　Cp—比定壓熱容，Kg

51、/（Kg.℃）；</p><p>　　λ—導熱系數，W/（ｍ.℃）；</p><p>　　Q—傳熱速率，Kｗ；</p><p>　　qｍ,h_—熱流體質量流量，Kg/h ；</p><p>　　qｍ,c—冷流體質量流量，Kg/h；</p><p>　　Δtm—平均傳熱溫度，℃；</p><p>

52、<b>　　Re—雷諾數；</b></p><p><b>　　d—管徑，mm ；</b></p><p>　　u—流速 ，m/s；</p><p>　　µ—黏度，Pa.s；</p><p>　　α—對流傳熱系數，W/(m2.℃)；</p><p>　　R—導熱熱阻

53、，m2.℃/W；</p><p>　　K—總傳熱系數，W/(m2.℃)；</p><p>　　b—平壁厚度，mm；</p><p>　　S—傳熱面積，m2；</p><p><b>　　n—管數；</b></p><p>　　V—體積流量，m3/s；</p><p>　　L

54、—傳熱管長度，m；</p><p><b>　　l—特性尺寸，m；</b></p><p><b>　　N—程數；</b></p><p><b>　　R,P—因數；</b></p><p>　　øΔt —平均溫度校正系數，量綱為一；</p><p

55、><b>　　t—管心距，mm；</b></p><p>　　D—殼體內徑，mm；</p><p><b>　　η—利用率；</b></p><p>　　h—圓缺高度，mm；</p><p>　　B—折流板間距，mm；</p><p><b>　　NB—折流板

56、數；</b></p><p>　　de—當量直徑，mm； </p><p><b>　　Pr—普蘭特準數；</b></p><p><b>　　H—面積裕度；</b></p><p><b>　　p—壓力，Pa；</b></p><p>　　

57、Ft—結垢校正系數；</p><p><b>　　Ns—串聯殼程數；</b></p><p><b>　　ξ—局部阻力系數；</b></p><p>　　F—管子排列方式對壓力降的校正系數；</p><p>　　f0—殼程流體摩擦系數；</p><p><b>　　

58、下標</b></p><p><b>　　h—熱流體的；</b></p><p><b>　　c—冷流體的；</b></p><p><b>　　e—當量的；</b></p><p><b>　　i—管內的；</b></p>&l