1、化工原理課程設計題 目 煤油冷卻器 學院名稱 化學化工學院 指導教師 職 稱 教授 班 級 學 號 學生姓名 2015年9月8日目錄目錄目錄II前言III概述1第二章 設計任務與條件4第三章 工藝設計53.1生產條件的確定53.2換熱器的設計計算53.2.1確定設計方案53.2.2確定物性數據53.2.3計算總傳熱系數63.2.4計算傳熱面積73.2.5工藝結構尺寸73.2.6換熱器核算9第四章 設計結果列表134.1換熱器主要結構尺寸和計算結果134.2設計結果的討論14結束語15參考文獻16符號說明17附 錄18前言 煤油一般是通過對石油進行分餾而制得，剛剛分餾得到的煤油溫度會比較高，不利

2、于保存和運輸等，需要進行冷卻。在工業大生產過程中自然冷卻遠遠達不到煤油冷卻的時間要求，選用低溫水進行冷卻是比較好的冷卻方式。設計性能優良的冷卻器就十分的必要了，本文通過大量數據運算得到的理論冷卻器比較接近現實生產要求，有待于進一步的實踐證實和運用。關鍵詞：煤油；水；換熱器概述在化工、石油、能源、制冷、食品等行業中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業的通用設備,并占有十分重要的地位。; $ m: s0    隨著換熱器在工業生產中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優缺點，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業上的應用有著悠久的歷史

3、，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。7 U6 m) N+ d7 G列管式換熱器有以下幾種：4P# r& ; a. d C9 q4 P* r' k" C7 r1、浮頭式" F" a/ ' b* W   換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完佺消除了溫差應力。. W: s0 - l4 z% G9 d   特點：結構復雜、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應力，應用普遍。設計評述： 1.在換熱器選型的時候，考慮各種常用的換熱器優缺點：固定板式換熱器：

4、結構簡單，在相同的殼體直徑內，排管最多，比較緊湊，使殼側清洗困難。當管子與殼體壁溫相差大于50°C時，應在殼體上設置溫差補償-膨脹節，依靠膨脹節的彈性變形可以減少溫差應力。但是當殼體與管子的溫差大于60°C及殼程壓力超過時，由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償作用，就應考慮其他結構。U型管式換熱器：其結構特點是只有一個管板。換熱管為U形，管束可以自由伸縮，當殼體與U型換熱管有溫差時，不會產生溫差應力。密封面少，運行可靠，造價較低，管間清洗較方便。但是由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低；管束最內層管間距較大，殼程易短路；內層管子壞了不能更換，因而報廢率較高。一般用

5、于管、殼壁溫差較大或殼程介質易結垢而管程介質清潔以及高溫高壓、腐蝕性強的場合。浮頭式換熱器：當換熱管與殼體有溫差存在時，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會產生溫差應力，管內與管間的清洗均方便。但是由于結構復雜、笨重，造價較高，適用于殼體與管束間溫差較大，或殼程介質易結垢的場合。在綜合各方面因素，該設計任務的管束與殼體的平均溫度差，同時殼程壓力為，都不是很大，因此選擇造價較低的帶膨脹圈的固定管板是換熱器，在經濟的情況下能達到生產任務需求。2. 冷卻過程中最好采用容積較大的貯槽或者直接采用小型水庫，這樣可以充分使循環水冷卻。3. 泵的選型，由于泵所提供的流量Q與揚程H均稍大于管路系統要求值，所以應減

6、小標準閥的開度，藉此增大管路長度當量，從而使軸功率N增大。 設計總評：對于該生產任務，這個設計還有諸多不足需要彌補。例如，循環水為以結垢的流體，最好選擇大管徑的換熱管，但是考慮到流速，選擇了小管徑的換熱管；所設計的換熱器不在固定管板式換熱器的系列標準之內，制造比較麻煩；泵的吹入管等管路有點短，若是直接以水庫中的水作為循環水，則設備距離不夠。等等。此次設計是以理論作為指導，難免會有以上疏漏，希望在老師的指導下，能以實踐作為基礎，進一步完善有關化工知識。第二章 設計任務與條件原料：煤油，水 處理量：25萬噸年原料溫度：入口溫度145oC，出口溫度40oC冷卻介質：循環水，入口溫度30oC，出口溫度

7、40oC生產時間：300天年，每天24h連續運行允許壓降不大于105Pa第三章 工藝設計3.1生產條件的確定設計一列管式煤油換熱器，完成年冷卻17wt煤油的任務，具體要求如下：煤油進口溫度145，出口溫度40；冷流體進口溫度30，出口溫度40；每年按300天計，24小時/天連續進行。3.2換熱器的設計計算3.2.1確定設計方案（1）選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度145，出口溫度40；冷流體進口溫度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，選用浮頭式換熱器。(2)流動空間及流速的確定實際生產中，冷卻水一般為循環水，而循環水易結垢，為便于清洗，應采用冷卻水走

8、管程，煤油走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內流速設為ui=0.5m/s。3.2.2確定物性數據定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。殼程煤油的定性溫度：T= =92.5（）管程流體的定性溫度：t=35()根據定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關物性數據。煤油在92.5的有關物性數據如下：密度 0=825kg/m3定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg×)導熱系數 o=0.140W/(m×)粘度 o=0.000715Pa×s冷卻水在35的有關物性數據如下：密度 i=994kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.08kJ/(kg×)導熱系數 i=0

9、.626W/(m×)粘度 i=0.000725Pa×s3.2.3計算總傳熱系數（1）煤油傳熱熱量和流量Qo=moCpoto= =2248KW（2）平均傳熱溫差()（3）冷卻水用量（kg/h）（4）總傳熱系數 1)管程傳熱系數 2)殼程傳熱系數假設殼程的傳熱系數 W/（m2×）污垢熱阻Rsi=0.000344m2×/WRso=0.000172m2×/W管壁的導熱系數3.2.4計算傳熱面積考慮15%的面積裕度，S=1.15S=1.15247.2=284.33.2.5工藝結構尺寸（1）管徑和管內流速選用25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內流速

10、（2）管程數和傳熱管數依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數（根）按單程管計算，所需的傳熱管長度按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。取傳熱管長L=6m,則該換熱器管程數為（管程）傳熱管總根數 (根)（3）平均傳熱溫差校正及殼程數平均傳熱溫差校正系數按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關圖表可得平均傳熱溫差（4）傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數（根）（5）殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑圓整可?。?）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的，則切去的圓缺高度為。取折流板間

11、距，則 B取330mm折流板數 塊折流板圓缺水平裝配。（7）接管殼程流體進出口接管：取接管內循環油品流速為，則接管內徑為取標準管徑為。管程流體進出口接管：取接管內循環水流速為，則接管內徑為3.2.6換熱器核算（1）熱量核算1)殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板，可采取克恩公式當量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數分別為普蘭特準數粘度校正 2)管程對流傳熱系數管程流通截面積管程流體流速及其雷諾數分別為普蘭特準數3)傳熱系數 4)傳熱面積 該換熱器的實際傳熱面積 該換熱器的面積裕度傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。（2）換熱器內流體的流動阻力1）管程流動阻力，由，傳

12、熱管相對粗糙度，查莫狄圖得，流速，所以， 管程流動阻力在允許范圍之內。2）殼程阻力，流體流經管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動阻力也比較合適。第四章 設計結果列表4.1換熱器主要結構尺寸和計算結果 表1 換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器型式：浮頭式列管換熱器換熱器面積（）：284.3工藝參數名稱管程殼程物料名稱循環水煤油操作壓力，MPa0.10.03操作溫度，30/4040/145流量，kg/h5501160198284流體密度，kg/994825流速，m/s0.4990.147傳熱量，kw108總傳熱系數，w/·k308對流傳熱系數，w/·k2732.

13、8470.6污垢系數，·k/w0.0003440.000172阻力將，Pa4918.22629.86程數21使用材料碳鋼碳鋼管子規格管數 603管長，mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流擋板型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內徑，mm330保溫層厚度，mm4.2設計結果的討論換熱器的種類繁多，不同的換熱器由其各自的優點和使用局限。本課程設計中選用浮頭式換熱器，這種換熱器相比其他換熱器有以下幾點明顯的優勢：1. 管束可抽出，以方便清洗管、殼程；2. 介質間溫差不受限制；3. 可在高溫、高壓下工作；可用于結垢比較嚴重的場合；4. 可用于管程易腐蝕的場合。但同時也有一些

14、缺點，例如，造價高、結構復雜等等。結束語經過幾天的努力終于完成了本次課程設計。課程設計不只是對這幾年來所學知識的單純總結，同時也是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次的設計，發現我們要學的東西還很多，不能眼高手低。在以后的學習生活中也要像這樣不斷在實踐中提高自己的綜合素質。本次設計在遇到困難時總是我們四個組員一起討論和查看參考文獻，既而進行攻堅，所以在此感謝我的團隊，感謝幫助我的同學們。在這次的課程設計過程中我感覺我理論運用于實際的能力得到了提高，主要有以下幾點： （1）掌握了查閱資料，選用公式和搜集數據的能力； （2）樹立了既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經濟

15、上的合理性，并注意到了操作時的勞動條件和各方面的因素的正確的設計思想，在這種思想的指導下去分析和解決問題的能力； （3）培養了迅速準確的進行工程計算的能力； （4）學會了用簡潔的文字和清晰的圖紙來表達自己思想的能力； （5）隊員之間相互合作，了解了團隊的力量。參考文獻1 王志魁，劉麗英，劉偉化工原理 M（第四版）北京：化學工業出版社，201052 劉巍，冷換設備工藝計算手冊M北京：中國石化出版社，20033 賈紹義，柴誠敬主編化工原理課程設計M天津：天津大學出版社，20024 化工過程及設備設計M廣州：華南工學院出版社，19865 李功樣，陳蘭英，崔英德主編常用化工單元設備設計M廣州：華南理工大學出版社，20036 涂偉萍，陳佩珍，程達芬主編化工工程及設備設計M北京：化學工業出版社，2000符號說明 英文字母B折流板間距，m； Re雷諾準數；C系數，無量綱； S（或A）傳熱面積，m²d管徑，m； t冷流體溫度，°C；D換熱器外殼內經，m a（或t）管心距，mf摩擦系數； T熱流體溫度，°C；F系數； u流速，m³/sh圓缺高度，m W（或）質量流體，kg/sK總傳熱系數，W/(m².°C) V（或）體積流量，m³/