煤油冷卻器的課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì) </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(shè)計(jì)2</p><p>　　(1) 選擇換熱器的類型2</p><p>　?。?） 流動(dòng)空間及流速的確定3</p><p>　　第三章 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算3</p><p>　　（1） 熱流量4</p><p>　?。?） 平均傳熱溫差4</p><p>　　（3

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

4、>　?。? ） 殼體內(nèi)徑6</p><p><b>　?。?） 折流板6</b></p><p><b>　?。?） 接管6</b></p><p>　?。?） 熱量核算7</p><p>　　（2 ） 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力8</p><p>　　第四章

5、 計(jì)算結(jié)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(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備。它因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、造價(jià)低廉、用材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)

6、等優(yōu)點(diǎn)而在換熱設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，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(nèi)不易集聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。為減少溫差應(yīng)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(chǎn)生較大的變形能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。

7、</p><p>　　第二章 管殼式換熱器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 選型</b></p><p>　　本次生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(shí)進(jìn)口溫度會(huì)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，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(jì)算方案</b></p><p>　　(1) 選擇換熱器的類型</p><p>　　本次生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求中，兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度130℃，出口溫度40℃；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)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(shí)進(jìn)口溫度會(huì)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，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(dòng)空間及流速的確定</p><p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢以及油品的黏度較大，為便于水垢清洗、減少流動(dòng)流速取。</p><

10、;p>　　第三章 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1 確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：可取流體進(jìn)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(jù)定性溫度，分別查取煤油和水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　煤油在85℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度：</b></p><p><b>　　定壓比熱容：</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)：</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(shù)據(jù)：</p><p><b>　　密度：</b></p><p>　　定壓比熱容：c =4.08KJ/(Kg.)</p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p&

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

14、><p>　　△tm=33.7℃ ′</p><p>　?。?） 冷卻水用量</p><p><b>　　Wi=</b></p><p>　?。?） 總傳熱系數(shù)K</p><p><b>　?、俟艹虃鳠嵯禂?shù)</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(shù)應(yīng)用迪克斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式，即：</p><p><b>　　=2733.2</b></p><p><b>　?、跉こ?/p>

16、傳熱系數(shù)</b></p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)： ℃)</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(dǎo)熱系數(shù)</

17、b></p><p><b>　　=122</b></p><p><b>　　3 計(jì)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(shù)和初估性質(zhì)）：</p><

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

19、/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><b>　　ns=193根</b></p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為</p><p><b>　　L==28.5m</b></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)。

20、現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)L=6m，則該換熱管管程數(shù)為2,則</p><p>　　ns=432.5÷3.14÷0.025÷6=918根</p><p><b>　　每程管數(shù)為</b></p><p>　　918÷2=459根</p><p>　　管內(nèi)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(shù)</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　P=</b></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?？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(nèi)均按正三角形排列隔板兩側(cè)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(shù)</p><p>　　Nc=1.19√N(yùn)=36（根）</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，則殼體內(nèi)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(nèi)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(shù) </b></p><p>　　=傳熱管長(zhǎng)/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>　　（7） 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接

26、管內(nèi)油品流速為 15m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　d=√m</b></p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為157 mm。</p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為1.5m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　D2=0.39m</b></p>

27、<p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為390mm。</p><p><b>　　5 換熱器核算</b></p><p><b>　?。?） 熱量核算</b></p><p>　?。?）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式</p><p>　　當(dāng)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(shù)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(zhǔn)數(shù)</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(shí)用近似值)</p><p>　　&o=65.3W/(m2.℃)</p><p>　?。?）管程對(duì)流傳熱系數(shù)</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?cái)?shù)</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>　　（3）熱系數(shù)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(shí)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(chǎn)任務(wù)。。</p><p>　?。? ） 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p><b>　　管程流動(dòng)阻力</b></p><p>　　由Re

35、=1562.9，傳熱管相對(duì)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(dòng)阻力在允許范圍內(nèi)。</p><p>&

37、lt;b>　　殼程阻力</b></p><p>　　Ns=1 Fs=1</p><p><b>　　流體流經(jīng)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(dòng)阻力也比較適宜</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表</p><p>　　第四章 計(jì)算結(jié)果一覽表</p><p><b>　　結(jié)束語；</b></p><p>　　本周順利完成了我應(yīng)用化學(xué)專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)

40、，總體來看本人的工藝計(jì)算、過程設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)中的分散知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)操作有機(jī)結(jié)合起來，得到較為合理的設(shè)計(jì)成果，達(dá)到了課程綜合訓(xùn)練的目的，提高了我個(gè)人分析和解決化工實(shí)際問題的能力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中也存在者一些共性的問題，主要表現(xiàn)在：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)中存在的問題</p><p>　　1．設(shè)計(jì)過程缺乏工程意識(shí)。</p>

41、<p>　　身為學(xué)生的我在做課程設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)的結(jié)果沒有與生產(chǎn)實(shí)際需要作參考，只是為了純粹計(jì)算為設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)問題的工程概念的解決方法。</p><p>　　學(xué)生對(duì)單元設(shè)備概念不強(qiáng)。</p><p>　　對(duì)化工制圖、設(shè)備元件、材料與標(biāo)準(zhǔn)不熟悉，依葫蘆畫瓢的不在少數(shù)，沒有達(dá)到課程設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)合、強(qiáng)化“工程”概念的目的。繪圖能力欠缺，如：帶控制點(diǎn)工藝流程圖圖幅設(shè)置、比例及線型選取、文

42、字編輯、尺寸標(biāo)注以及設(shè)備、儀表、管件表示等繪制不規(guī)范。</p><p>　　物性參數(shù)選擇以及計(jì)算。</p><p>　　在化工原理課程設(shè)計(jì)工程中首要的問題就是物性參數(shù)選擇以及計(jì)算，然而我們于開始并不清楚需要計(jì)算哪些物性參數(shù)以及如何計(jì)算。這對(duì)這些問題，指導(dǎo)老師應(yīng)在開課之初給我們講一下每個(gè)單元操作所需的物性參數(shù)，每個(gè)物性參數(shù)查取方法以及混合物系物性參數(shù)的計(jì)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(qiáng)工程意識(shí)。</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過程中我們應(yīng)多做深層次思考，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全可靠性和先進(jìn)性，強(qiáng)化自己的綜合和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；積極查閱資料和復(fù)習(xí)有關(guān)教科書，學(xué)會(huì)正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，強(qiáng)化自己的工程實(shí)踐能力。為了增強(qiáng)我

44、們的工程意識(shí)提出以下措施：一是在化工原理課程講述過程中老師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)我們工程意識(shí)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(shù)上的可行性，操作上的安全性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，了解工程問題的計(jì)算方法。比如試差法、因此分析法等。二是查閱文獻(xiàn)或深入生產(chǎn)實(shí)際，了解現(xiàn)代化工生產(chǎn)單元設(shè)備作用原理以及設(shè)計(jì)理念，增強(qiáng)對(duì)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)。三是老師應(yīng)讓我們明白工程問題的解決方法有多個(gè)實(shí)施方案，最后應(yīng)綜合考慮操作費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用以及安全性等多個(gè)方面來確定

45、最優(yōu)方案。</p><p>　　2.強(qiáng)化工程制圖本領(lǐng)。</p><p>　　為了提高我們工程制圖能力，應(yīng)強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用。在課程設(shè)計(jì)開設(shè)之前應(yīng)開設(shè)AutoCAD課程，利用AutoCAD軟件繪圖，即精確又快速，也有利于適應(yīng)今后實(shí)際工程設(shè)計(jì)的新要求。此外利用計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序也可代替試差方法繁瑣的人工計(jì)算。</p><p>　　3.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)統(tǒng)籌兼顧，從工藝和設(shè)備全方位考慮

46、設(shè)計(jì)問題。</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是一個(gè)即繁瑣又費(fèi)時(shí)的過程，這要求老師和學(xué)生都要有耐性，要客觀的對(duì)待每一個(gè)步驟，不能想當(dāng)然更不能為了湊結(jié)果而修改數(shù)據(jù)。應(yīng)科學(xué)地對(duì)待每一個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)得起深究和考驗(yàn)。</p><p>　　在以后的課程設(shè)計(jì)中，要精心準(zhǔn)備更先進(jìn)和工程化的設(shè)計(jì)任務(wù)，我們應(yīng)多做適當(dāng)討論，必將在激發(fā)我們學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　1．設(shè)計(jì)題目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2．設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理能力　190000煤油 （2）設(shè)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(zhì)：

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(shè)計(jì)項(xiàng)目 ①設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 ②換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。 ③換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 ④主要輔助設(shè)備選型。 ⑤繪制換熱器設(shè)備圖。 </p><p>　　3．設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 （1）目錄

49、； （2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書)； （3）論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、主要結(jié)構(gòu))的選擇； （4）換熱器加熱過程有關(guān)計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等)； （5）設(shè)計(jì)結(jié)果概要(主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等)； （6）主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說明； （7）參考文獻(xiàn)； （8）后記及其它。</p><p><

50、b>　　4．設(shè)計(jì)圖要求</b></p><p>　　繪制換熱器設(shè)備圖一張(手繪，)： </p><p><b>　　附錄（二）符號(hào)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(dǎo)熱系數(shù)，W/（ｍ.℃）；</p><p>　　Q—傳熱速率，Kｗ；</p><p>　　qｍ,h_—熱流體質(zhì)量流量，Kg/h ；</p><p>　　qｍ,c—冷流體質(zhì)量流量，Kg/h；</p><p>　　Δtm—平均傳熱溫度，℃；</p><p>

52、<b>　　Re—雷諾數(shù)；</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(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2.℃)；</p><p>　　R—導(dǎo)熱熱阻

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

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

55、><b>　　t—管心距，mm；</b></p><p>　　D—?dú)んw內(nèi)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(shù)；</b></p><p>　　de—當(dāng)量直徑，mm； </p><p><b>　　Pr—普蘭特準(zhǔn)數(shù)；</b></p><p><b>　　H—面積裕度；</b></p><p><b>　　p—壓力，Pa；</b></p><p>　　

57、Ft—結(jié)垢校正系數(shù)；</p><p><b>　　Ns—串聯(lián)殼程數(shù)；</b></p><p><b>　　ξ—局部阻力系數(shù)；</b></p><p>　　F—管子排列方式對(duì)壓力降的校正系數(shù)；</p><p>　　f0—?dú)こ塘黧w摩擦系數(shù)；</p><p><b>　　

58、下標(biāo)</b></p><p><b>　　h—熱流體的；</b></p><p><b>　　c—冷流體的；</b></p><p><b>　　e—當(dāng)量的；</b></p><p><b>　　i—管內(nèi)的；</b></p>&l