臥式列管式煤油換熱器課程設計說明書

1、<p>　　2009級化學工程與工藝專業(yè)</p><p>　　《化工原理》課程設計說明書</p><p>　題 目：1.6×104噸/年煤油列管式煤油冷卻器的設計</p><p>　組 次：姓 名：</p><p>　班級學號：</p><p>　指導老師：</p>

2、<p>　同組人員：</p><p>　完成時間：2012年5月18日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 設計任務書···············

3、;····································

4、83;····················（1）</p><p>　　第二部分 設計方案簡介評述·········

5、3;····································&#

6、183;·············（1）</p><p>　　第三部分 換熱器設計理論計算················&#

7、183;····································

8、···（2）</p><p>　　1、試算并初選換熱器規(guī)格···························&#

9、183;····································

10、···············（2）</p><p>　　2、工藝結構尺寸················

11、····································

12、3;····································&#

13、183;······（3）</p><p>　　3、換熱器核算························

14、83;····································&

15、#183;····································

16、;·（5）</p><p>　　4、計算壓強降······························

17、····································

18、3;································（7）</p><p>　　

19、第四部 工藝設計計算結果匯總表及其它·································

20、83;····················（9）</p><p>　　1、工藝設計計算結果匯總表·········

21、3;····································&#

22、183;·························（9）</p><p>　　2、參考文獻·····

23、3;····································&#

24、183;····································

25、························（9）</p><p>　　3、后記·······

26、3;····································&#

27、183;····································

28、·····························（10）</p><p>　　第一部分 設計任務書</p&g

29、t;<p>　　1、設計題目：非標準系列列管式煤油冷卻器的設計</p><p>　　2、設計任務及操作條件 （1）處理能力：　1.6×104噸/年 煤油 （2）設備型式：　臥式列管式換熱器（3）操作條件 ① 煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃ ② 冷卻介質：自來水，入口溫度30℃，出口溫度自選 ③ 允許壓強降：不大于105 Pa</p>

30、<p>　?、?煤油在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度為825 kg/m3，黏度為7.15×10-4 Pa(s，比熱容為2.22 kJ/kg(℃，導熱系數(shù)為0.14 W/(m(℃)。</p><p>　?、?每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行 3、設計說明書的內容 （1）封面、評分標準及目錄； （2）設計題目及原始數(shù)據(jù)(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

31、； （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）附屬設備的選擇（選做）； （8）參考文獻； （9）后記及其它。 </p><p>　　4、設計圖要求用A2圖紙繪制換熱器總裝配圖，兩個局部放大圖。CAD圖自由選做2個部件。</p><p>　　第二部

32、分 設計方案簡介評述</p><p>　　換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設備,尤其是石油、化工生產(chǎn)應用更為廣泛。在化工廠中換熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的類型很多，性能各異，各具特點，可以適應絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。</p><p>　　進行換熱器的設計，首先是根據(jù)工藝要求選用適當?shù)念愋?，同時計算完成給定生產(chǎn)任務所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。換熱器類型雖然

33、很多，但計算傳熱面積所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處僅是在結構上需根據(jù)各自設備特點采用不同的計算方法而已。</p><p>　　我們設計的是煤油冷卻器，冷卻器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設備。列管式換熱器的結構簡單、牢固，操作彈性大，應用材料廣。列管式換熱器有固定管板式、浮頭式、U形管式和填料函式等類型。</p><p>　　列管式換熱器的形式主要依據(jù)換熱器管程與殼程流體的溫度差來確定。由于兩

34、流體的溫差大于50 ，故選用帶補償圈的固定管板式換熱器。這類換熱器結構簡單、價格低廉，但管外清洗困難，宜處理殼方流體較清潔及不易結垢的物料。因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，并易結垢，故選擇冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。</p><p>　　第三部分 換熱器設計理論計算</p><p>　?。?、試算并初選換熱器規(guī)格</p><p>　?。?）、 定流體通入空間

35、 兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，并易結垢，故選擇冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。</p><p>　?。?）、確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)，并選擇列管式換熱器的形式： </p><p>　　被冷卻物質為煤油，入口溫度為140℃,出口溫度為</p><p>　　冷卻介質為自來水，入口溫度為，出口溫度為</p&g

36、t;<p><b>　　煤油的定性溫度：</b></p><p><b>　　水的定性溫度：</b></p><p><b>　　兩流體的溫差：</b></p><p>　　由于兩流體溫差大于50℃，故選用帶補償圈的固定管板式列管換熱器。</p><p>　　兩流

37、體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　(3)、計算熱負荷Q 按管內煤油計算,即</p><p>　　若忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得,即</p><p>　　（4）、計算兩流體的平均溫度差，并確定殼程數(shù)</p><p>　　由R和P查圖3-12得溫度校正系數(shù)為，所以</p><p><b

38、>　　校正后的溫度為</b></p><p>　　又因，故可選用單殼程的列管式換熱器。</p><p>　?。?）、初步選初算換熱器換熱面積 </p><p>　　根據(jù)管內為水，管外為有機液體，假設K=360故</p><p>　　考慮15%的面積裕度， </p><p>&

39、lt;b>　　2、工藝結構尺寸</b></p><p>　　（1）管徑和管內流速</p><p>　　管徑為φ25mm×2.5mm，管內流速為 </p><p>　?。?）管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　?。ǜ?/p>

40、</b></p><p>　　按單管程計算換熱器管的長度L</p><p>　　按單管程設計，傳熱管過長，根據(jù)本題實際情況，取傳熱管長l=2m,則該換熱器的管程數(shù)為</p><p><b>　?。ü艹蹋?lt;/b></p><p>　　(3) 傳熱管排列和分層方法</p><p>　　采

41、用正三角排列，取管心距，</p><p><b>　　則</b></p><p>　　隔板中心到最近一排管中心的距離S：按凈空不小于6mm的原則確定，亦可按下式求取：</p><p>　　分程隔板兩側相鄰管排之間的管心距</p><p>　　管中心距t與分程隔板槽兩側相鄰管排中心距的計算結果與查表數(shù)據(jù)完全一致，證明可用。

42、</p><p><b>　　(4)殼體內徑</b></p><p>　　采用兩管程結構，取管板利用率η=0.7，則殼體內徑</p><p>　　圓整取D=360mm。</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

43、為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為。</p><p>　　取折流板間距B=0.25D，則，取B=150mm，則折流板數(shù)</p><p><b>　?。▔K）</b></p><p>　　折流板圓缺水平面安裝。</p><p>　　折流板的最大無支撐間距如表所示：</p><p><b>

44、;　?。?）其它附件</b></p><p>　　（1）、封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑?。ㄒ话阈∮?00mm）的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為360mm，選用方形封頭。</p><p>　?。?）、緩沖擋板 它可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。</p><p>　　（3）、拉桿和

45、定距管 為了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用拉桿和定距管。所選擇的拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為4，定距管</p><p>　　(4)、膨脹節(jié) 膨脹節(jié)又稱補償圈。膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應力，這種補償方法適用于兩流體的溫差低于70且殼方的流體壓強不高于600KPa的情況。</p><p>　　換熱器的膨脹節(jié)一般分為帶襯筒的膨脹節(jié)和不帶襯筒的膨脹節(jié)。根據(jù)換熱器殼側介

46、質的不同，使用的膨脹節(jié)就不同，通常為了減小膨脹節(jié)對介質的流動阻力，常用帶襯筒的膨脹節(jié)。襯筒應在順介質流動的方向側與殼焊接。對于臥式換熱器，膨脹節(jié)底部應采用帶螺塞結構，這樣便于排液。</p><p><b>　?。?）接管</b></p><p>　?、贇こ塘黧w（煤油）進出口接管 取接管內液體流速為1.0m/s,則接管內徑</p><p>&l

47、t;b>　　，則取 </b></p><p>　?、诠艹塘黧w（自來水）進出口接管 取接管內自來水的流速為1.5m/s，則接管內徑</p><p><b>　　，則取</b></p><p><b>　　3、換熱器核算</b></p><p>　?。?）、計算管程對流傳熱系數(shù)，因為

48、</p><p>　　管中水的質量流量為，則</p><p><b>　　水的體積流量為</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　(2)、計算殼程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　換熱器中心附近管排中流體流通截面積為</p>&l

49、t;p>　　由于換熱器為兩殼程，所以煤油的流速為：</p><p>　　由于管為三角形排列，則有</p><p>　　煤油在殼程中流動的雷諾數(shù)為</p><p>　　因為在范圍內，故可采用凱恩(Kern)法求算，即</p><p>　　由于液體被冷卻 取0.95，所以</p><p>　　（3）、確定污垢熱

50、阻</p><p>　?。?）、計算總傳熱系數(shù)（管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù)為：）</p><p>　　選用該換熱器時，要求過程的總傳熱系數(shù)為408。</p><p><b>　　傳熱面積</b></p><p>　　該換熱器的實際換熱面積 </p><p><b>　　面積裕度為<

51、;/b></p><p>　　則該換熱器傳熱面積的裕度符合要求。 </p><p><b>　?。?） 核算壁溫</b></p><p>　　因管壁很薄且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計算：</p><p>　　取兩側污垢熱阻為零計算壁溫，得傳熱管平均壁溫：</p><p>　　殼體平均壁溫

52、近似取殼程流體的平均壁溫即，殼體平均壁溫與傳熱管平均壁溫之差:90-39.23=50.77＞50</p><p><b>　　4、計算壓強降</b></p><p>　?。?）、計算管程壓強降</p><p>　　前已算出： </p><p>　　取不銹鋼管壁的粗糙度，則</p><p>

53、<b>　　由摩擦系數(shù)圖查得</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　對于的管子，有</b></p><p>　　(2)、計算殼程壓強降</p><p><b>　　由于</b></p><p>

54、;<b>　　所以</b></p><p>　　管子為正三角形排列，則取F=0.5</p><p><b>　　折流擋板間距</b></p><p><b>　　折流板數(shù)</b></p><p><b>　　由所得數(shù)據(jù)：；</b></p>&

55、lt;p><b>　　所以 </b></p><p>　　從上面計算可知，、﹤105，該換熱器管程與殼程的壓強降均滿足題設要求，故所選換熱器合適。</p><p>　　第五部分 工藝設計計算結果匯總表</p><p>　　工藝設計計算結果匯總表</p><p><b>　　參考文獻</b>&

56、lt;/p><p>　　[1]《化工原理》（上冊）修訂版.夏清 陳常貴 主編.天津:天津大學出版,2005</p><p>　　[2]《化工設備設計手冊》. 潘國昌、郭慶豐主編.北京:清華大學出版社,1988</p><p>　　[3] 《化工流體流動與傳熱》.張國亮 主編.北京:化學工業(yè)出版社,1992</p><p>　　[4] 《化工工藝制

57、圖》.周大軍 揭嘉 主編.北京:化學工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[5] 中國石化集團上海工程有限公司 編.《化工工藝設計手冊》</p><p>　?。ǖ谌妫?北京:化學工業(yè)出版社,1987</p><p>　　[6] 柴誠敬 王軍 張纓 編. 《化工原理課程設計》.天津: 天津科學技術出版社,2005</p><p>　　

58、[7] 《化工工藝算圖手冊》.劉光啟 馬連湘 主編 . 北京: 化學工業(yè)出版社,1990</p><p>　　[8] 《化工工程設計》.韓冬冰 李敘鳳 主編.北京:學苑出版社,2000</p><p>　　[9] 《工程制圖》.朱泗芳 徐紹軍 主編 . 北京:高等教育出版社,2002</p><p>　　[10] 《化工設備機械設計基礎》.潘永亮 劉玉良 編.北

59、京:科學出版社,1991</p><p><b>　　后記</b></p><p>　　化工課程設計是培養(yǎng)我們綜合運用所學的相關知識,去發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程.</p><p>　　經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前我就一直期待著，覺得課程設計是對

60、這幾年來所學知識的總結及應用，也想對課程設計有更深的認識，同時檢驗一下自己所學的知識。課程設計不僅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。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，有很多方面是不可能都優(yōu)化的，我們設計者能做的就是把它盡量朝著目標最大化的優(yōu)化。在這次課程設計中，我發(fā)現(xiàn)資料的搜集，數(shù)據(jù)的查找都是很難的，因為資源有限。學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜