課程設(shè)計——煤油冷卻器

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目 煤油冷卻器 </p><p>　　學院名稱 化學化工學院 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　職 稱

2、 教授 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學生姓名 </p><p><b>　　2015年9月8日</

3、b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄II</b></p><p><b>　　前言III</b></p><p><b>　　

4、概述1</b></p><p>　　第二章 設(shè)計任務(wù)與條件4</p><p>　　第三章 工藝設(shè)計5</p><p>　　3.1生產(chǎn)條件的確定5</p><p>　　3.2換熱器的設(shè)計計算5</p><p>　　3.2.1確定設(shè)計方案5</p><p>　　3.2.2

5、確定物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.2.3計算總傳熱系數(shù)6</p><p>　　3.2.4計算傳熱面積7</p><p>　　3.2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸7</p><p>　　3.2.6換熱器核算9</p><p>　　第四章 設(shè)計結(jié)果列表13</p><p>　　4.1換熱器主要

6、結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果13</p><p>　　4.2設(shè)計結(jié)果的討論14</p><p><b>　　結(jié)束語15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　符號說明17</b></p><p><b

7、>　　附 錄18</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　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，不利于保存和運輸?shù)龋枰M行冷卻。在工業(yè)大生產(chǎn)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(shè)計性能優(yōu)良的冷卻器就十分的必要了，本文通過大量數(shù)據(jù)運算得到

8、的理論冷卻器比較接近現(xiàn)實生產(chǎn)要求，有待于進一步的實踐證實和運用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤油；水；換熱器</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　在化工、石油、能源、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業(yè)的通用設(shè)備,并占有十分重要的地位。; }$ m: s0    隨著換熱器在工

9、業(yè)生產(chǎn)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(yōu)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(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)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 

10、60;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(yīng)力。. W: s0 \- l4 z% G9 d   特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。</p><p><b>　　設(shè)計評述：</b></p><p>　　1.在換熱器選型的時候，考慮各種常用的換熱器優(yōu)缺

11、點：</p><p>　?、殴潭ò迨綋Q熱器：結(jié)構(gòu)簡單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，使殼側(cè)清洗困難。當管子與殼體壁溫相差大于50°C時，應(yīng)在殼體上設(shè)置溫差補償--膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形可以減少溫差應(yīng)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(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。</p><p>　?、芔型管式換熱器：

12、其結(jié)構(gòu)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(chǎn)生溫差應(yīng)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(nèi)層管間距較大，殼程易短路；內(nèi)層管子壞了不能更換，因而報廢率較高。一般用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔以及高溫高壓、腐蝕性強的場合。</p><p>　　⑶浮頭式換熱器：當換熱管與殼體有溫差存

13、在時，殼體與換熱管膨脹，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，管內(nèi)與管間的清洗均方便。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)易結(jié)垢的場合。</p><p>　　在綜合各方面因素，該設(shè)計任務(wù)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(jīng)濟的情況下能達到生產(chǎn)任務(wù)需求。</p><p>　　冷卻過程中最好采用容積較

14、大的貯槽或者直接采用小型水庫，這樣可以充分使循環(huán)水冷卻。</p><p>　　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(tǒng)要求值，所以應(yīng)減小標準閥的開度，藉此增大管路長度當量，從而使軸功率N增大。</p><p>　　設(shè)計總評：對于該生產(chǎn)任務(wù)，這個設(shè)計還有諸多不足需要彌補。例如，循環(huán)水為以結(jié)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(shè)計的換熱器不在

15、固定管板式換熱器的系列標準之內(nèi)，制造比較麻煩；</p><p>　　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(huán)水，則設(shè)備距離不夠。等等。此次設(shè)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(chǔ)，進一步完善有關(guān)化工知識。</p><p>　　第二章 設(shè)計任務(wù)與條件</p><p>　　原料：煤油，水 </p>&l

16、t;p>　　處理量：25萬噸／年</p><p>　　原料溫度：入口溫度145oC，出口溫度40oC</p><p>　　冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30oC，出口溫度40oC</p><p>　　生產(chǎn)時間：300天∕年，每天24h連續(xù)運行</p><p>　　允許壓降不大于105Pa</p><p><b&

17、gt;　　第三章 工藝設(shè)計</b></p><p>　　3.1生產(chǎn)條件的確定</p><p>　　設(shè)計一列管式煤油換熱器，完成年冷卻17wt煤油的任務(wù)，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(xù)進行。</p><p>　　3.2換熱器的設(shè)計計算</p>&l

18、t;p>　　3.2.1確定設(shè)計方案</p><p>　?。?）選擇換熱器類型</p><p>　　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。</p><p>　　(2)流動空間及流速的確定</p><p>　　實際生產(chǎn)中

19、，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)采用冷卻水走管程，煤油走殼程。選用φ25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=0.5m/s。</p><p>　　3.2.2確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。</p><p>　　殼程煤油的定性溫度：</p><p>　　T= =92.5（℃）&l

20、t;/p><p>　　管程流體的定性溫度：</p><p><b>　　t==35(℃)</b></p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別插取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　煤油在92.5℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ρ0

21、=825kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cpo=2.22kJ/(kg×℃)</p><p>　　導熱系數(shù) λo=0.140W/(m×℃)</p><p>　　粘度 υo=0.000715Pa×s</p>&

22、lt;p>　　冷卻水在35℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ρi=994kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cpi=4.08kJ/(kg×℃)</p><p>　　導熱系數(shù) λi=0.626W/(m×℃)<

23、/p><p>　　粘度 υi=0.000725Pa×s</p><p>　　3.2.3計算總傳熱系數(shù)</p><p>　?。?）煤油傳熱熱量和流量</p><p>　　Qo=moCpoto= =2248KW</p><p><b>　?。?）平均傳熱溫差<

24、/b></p><p><b>　　(℃)</b></p><p><b>　?。?）冷卻水用量</b></p><p><b>　?。╧g/h）</b></p><p><b>　　（4）總傳熱系數(shù)</b></p><p>

25、<b>　　1)管程傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　2)殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) W/（m2×℃）</p><p><b>　　污垢熱阻</b></p><p>　　Rsi=0.000344m2×℃/W<

26、;/p><p>　　Rso=0.000172m2×℃/W</p><p><b>　　管壁的導熱系數(shù)</b></p><p>　　3.2.4計算傳熱面積</p><p>　　考慮15%的面積裕度，S=1.15S’=1.15247.2=284.3</p><p>　　3.2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸&l

27、t;/p><p>　?。?）管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用φ25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速</p><p>　　（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)</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>　?。ǜ?lt;/b></p><p&g

28、t;　　按單程管計算，所需的傳熱管長度</p><p>　　按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長L=6m,則該換熱器管程數(shù)為</p><p><b>　?。ü艹蹋?lt;/b></p><p>　　傳熱管總根數(shù) (根)</p><p>　?。?）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>

29、;　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</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)圖表可得</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></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)采用正方形排列。</p><p&g

30、t;<b>　　取管心距，則</b></p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　?。ǜ?lt;/b></p><p><b>　　（5）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</p><p>

31、<b>　　圓整可取</b></p><p><b>　　（6）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，則切去的圓缺高度為。</p><p><b>　　取折流板間距，則</b></p><p><b>　　B取330mm

32、</b></p><p><b>　　折流板數(shù) 塊</b></p><p>　　折流板圓缺水平裝配。</p><p><b>　　（7）接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　

33、　取標準管徑為。</b></p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　3.2.6換熱器核算</p><p><b>　　（1）熱量核算</b></p><p>　　1)殼程對流傳熱系數(shù) </p><p>　　對圓缺形折流板，可采

34、取克恩公式</p><p>　　當量直徑，由正三角形排列得</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正 </b&g

35、t;</p><p>　　2)管程對流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b></p><p><b>　　3)傳熱系數(shù) </b><

36、;/p><p><b>　　4)傳熱面積 </b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</p><p><b>　　該換熱器的面積裕度</b></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)流體的流動阻力</p&

37、gt;<p><b>　　1）管程流動阻力</b></p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　由，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得，流速，，所以</p><p><b>　　，</b>&

38、lt;/p><p><b>　　，</b></p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　2）殼程阻力</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 </p><p

39、>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　殼程流動阻力也比較合適。</p><p>　　第四章 設(shè)計結(jié)果列表&l

40、t;/p><p>　　4.1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p>　　表1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p>　　4.2設(shè)計結(jié)果的討論</p><p>　　換熱器的種類繁多，不同的換熱器由其各自的優(yōu)點和使用局限。本課程設(shè)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(yōu)勢：</p><p>

41、;　　管束可抽出，以方便清洗管、殼程；</p><p>　　介質(zhì)間溫差不受限制；</p><p>　　可在高溫、高壓下工作；可用于結(jié)垢比較嚴重的場合；</p><p>　　可用于管程易腐蝕的場合。</p><p>　　但同時也有一些缺點，例如，造價高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等等。</p><p><b>　　結(jié)束語<

42、/b></p><p>　　經(jīng)過幾天的努力終于完成了本次課程設(shè)計。課程設(shè)計不只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，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(shè)計，發(fā)現(xiàn)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(zhì)。本次設(shè)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。&l

43、t;/p><p>　　在這次的課程設(shè)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：</p><p>　?。?）掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力；</p><p>　?。?）樹立了既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，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(shè)計思想，在這種思想的指導下去分析和解決問題的能力；</p&g

44、t;<p>　　（3）培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力；</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?）隊員之間相互合作，了解了團隊的力量。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王志魁，劉麗英，劉偉．化工原理

45、 [M]（第四版）．北京：化學工業(yè)出版社，2010．5</p><p>　　[2] 劉巍，冷換設(shè)備工藝計算手冊［M］北京：中國石化出版社，2003</p><p>　　[3] 賈紹義，柴誠敬主編．化工原理課程設(shè)計［M］．天津：天津大學出版社，2002</p><p>　　[4] 化工過程及設(shè)備設(shè)計［M］．廣州：華南工學院出版社，1986</p><

46、;p>　　[5] 李功樣，陳蘭英，崔英德主編．常用化工單元設(shè)備設(shè)計［M］．廣州：華南理工大學出版社，2003</p><p>　　[6] 涂偉萍，陳佩珍，程達芬主編．化工工程及設(shè)備設(shè)計［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2000　</p><p><b>　　符號說明 </b></p><p><b>　　英文字母</b&g

47、t;</p><p>　　B——折流板間距，m； Re——雷諾準數(shù)；</p><p>　　C——系數(shù)，無量綱； S（或A）——傳熱面積，m²</p><p>　　d——管徑，m； t——冷流體溫度，°C；</p><p>　　D——

48、換熱器外殼內(nèi)經(jīng)，m a（或t）——管心距，m</p><p>　　f——摩擦系數(shù)； T——熱流體溫度，°C；</p><p>　　F——系數(shù)； u——流速，m³/s</p><p>　　h——圓缺高度，m W（或

49、）——質(zhì)量流體，kg/s</p><p>　　K——總傳熱系數(shù)，W/(m².°C) V（或）——體積流量，m³/s</p><p>　　L——管長，m 希臘字母：</p><p>　　m——程數(shù)； α——對流傳熱系數(shù)，W/(m².

50、°C)</p><p>　　n——指數(shù)、管數(shù)、程數(shù)； Δ——有限差值；</p><p>　　N——管數(shù)、程數(shù)； λ——導熱系數(shù)，W/(m. °C)</p><p>　　——折流板數(shù)； μ——黏度，.s</p><p>　　——努賽爾特準數(shù)；

51、 ρ——密度，kg/m³;</p><p>　　P——壓力，Pa Ψ——校正系數(shù)。</p><p>　　因數(shù)； 下標；</p><p>　　Pr——普蘭特準數(shù)； c——冷流體；</p><p&

52、gt;　　q——熱通量，W/m²; h——熱流體；</p><p>　　Q——傳熱速率，W； i——管內(nèi)；</p><p>　　r——半徑，m； m——平均；</p><p>　　汽化潛熱，kJ/kg; o——管外；</p