煤油冷卻器的設(shè)計課程設(shè)計論文

1、化工原理課程設(shè)計題 目 煤油冷卻器的設(shè)計 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 0目錄第一章2第二章 管殼式換熱器設(shè)計2(1) 選擇換熱器的類型2（2） 流動空間及流速的確定3第三章 管殼式換熱器的設(shè)計計算3（1） 熱流量4（2） 平均傳熱溫差4（3） 冷卻水用量4（4） 總傳熱系數(shù)k4(1 ) 管徑和管內(nèi)流速5(2) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)5(3 ) 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)5（4） 傳熱管排列和分程方法6（5 ） 殼體內(nèi)徑6（6） 折流板6（7） 接管6（1） 熱量核算7（2 ） 換熱器內(nèi)流體的流動阻力8第四章 計算結(jié)果一覽表1011 第一章 前言。 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)簡單、耐

2、用、造價低廉、用材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強等優(yōu)點而在換熱設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)地位固定管板式換熱器，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)簡單，當(dāng)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(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。 第二章 管殼式換熱器設(shè)計1 選型本次生產(chǎn)設(shè)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.100000

3、mpa,冬季操作時進(jìn)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。 2 確定計算方案(1) 選擇換熱器的類型本次生產(chǎn)設(shè)計要求中，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)冷卻水冷卻，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4mpa,冬季操作時進(jìn)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。（2） 流動空間及流速的確定

4、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、減少流動流速取。 第三章 管殼式換熱器的設(shè)計計算1 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。煤油的定性溫度為 水的定性溫度為 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)。煤油在85下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度： 定壓比熱容： 導(dǎo)熱系數(shù)： 粘度; u=0.000715pa.s循環(huán)冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度： 定壓比熱容：c =4.08kj/(kg.) 導(dǎo)熱系數(shù)： 粘度：u=0.000725 pa.s2 計算總傳熱系數(shù)（1） 熱流量 q0=m0cpo(t1-t2)=2.22(120-40)=4260606kw （2） 平均傳

5、熱溫差 tm=33.7 （3） 冷卻水用量 wi=（4） 總傳熱系數(shù)k管程傳熱系數(shù) re=diuipiui=0.029940.050.000725=13710 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： =2733.2殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)： )污垢熱阻 rsi=0.000344m2./w rso=0.0002m2./w管壁的導(dǎo)熱系數(shù) =1223 計算傳熱面積 s，=118480012233.7=288m2=考慮15%的面積裕度（安全系數(shù)和初估性質(zhì)）：s=1.5s=2881.5=432.3m2+ 4 工藝結(jié)構(gòu)尺

6、寸(1 ) 管徑和管內(nèi)流速選用252.5mm傳熱管，取管內(nèi)流速。(2) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ns=193根按單程管計算，所需的傳熱管長度為 l=28.5m按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長l=6m，則該換熱管管程數(shù)為2,則 ns=432.53.140.0256=918根每程管數(shù)為 9182=459根管內(nèi)流速為，ui=0.056m/s(3 ) 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù) r=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?=0848平均傳熱溫差 tm=0.84833.7=28.6（4） 傳熱管排列和分程方法采用組合

7、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。取管心距，則 橫過管束中心線的管數(shù) nc=1.19n=36（根）（5 ） 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為 d=1.05t1217mm 圓整取d=1300mm（6） 折流板采用弓形折流板，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=0.351300=455mm，取折流板間距b=0.6d，則b=0.61300=780mm，折流板數(shù) =傳熱管長/折流板間距1=6000780-1=7塊折流板圓缺面水平裝配。（7） 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為 15m/s，則接管內(nèi)徑為 d=m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為157

8、mm。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 d2=0.39m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為390mm。5 換熱器核算（1） 熱量核算（1）殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用克恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 so=bd(1-dot)=0.698m殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為 uo=1900000003302436008250.131=0.06. reo=1384.5普蘭特準(zhǔn)數(shù) pr=2.221032.110-50.14=0.333粘度校正: (由于壁溫未知且用試差法比較繁瑣，故液體冷卻時用近似值) &o=65.3w/(m2.)（2）管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截

9、面積 si=0.7850.020.02(m2管程流體流速 ui=10442636009940.507=0.057m/s re=1562.9普蘭特數(shù) pr=4.73 &=0.0230.6260.021562.90.84.730.4=480.7w/(m2。)（3）熱系數(shù)k =53.8w/(m2。)（4）傳熱面積s s=該換熱器的實際傳熱面積 s批=3.140.025(918-36)(6-1.384)=411該換熱器的面積裕度為 h=(489.4-411)411=19%傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 （2 ） 換熱器內(nèi)流體的流動阻力（1） 管程流動阻力 由re=1562.9，傳熱管相對

10、粗糙度0.01/20=0.0005.查莫狄圖得: yi=0.022w/(m.)，流速 ui=0.057所以 1=0.02260.020.022429942=164.6pa p2=39940.22422=74.8pa （74.8+164.8）1.42=67010kpa管程流動阻力在允許范圍內(nèi)。（2） 殼程阻力 ns=1 fs=1流體流經(jīng)管束的阻力 f=0.5 fo=0.96 nc=36 nb=7m/s, p1=205pa流體流過折流板缺口的阻力 b=0.78m，d=1.3m 2=26.7pa總阻力 26.7+20510kpa因此，殼程流動阻力也比較適宜（3） 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器

11、主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見表換熱器型式：固定管板式管口表換熱面積：411符號尺寸用途連接型式工藝參數(shù)adn180冷卻循環(huán)水入口平面名稱管程殼程bdn180冷卻循環(huán)水出口平面物料名稱循環(huán)水煤油cdn100煤油入口凹凸面操作壓力，mpa0.50.4ddn100煤油出口凹凸面操作溫度，30/40120/40edn20排氣口凹凸面流量，kg/h1044264260606fdn20放凈口凹凸面流體密度，994825流速，m/s0.5000.1424傳熱量，kw1184.8總傳熱系數(shù)，122對流傳熱系數(shù)，2733.2480.7污垢系數(shù)，0.000340.0002阻力降，mpa0.0039130.002429

12、程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格252.5mm管數(shù) 918管長，mm6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm1834切口高度35殼體內(nèi)徑，mm1300保溫層厚度0.233第四章 計算結(jié)果一覽表結(jié)束語；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，總體來看本人的工藝計算、過程設(shè)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(xué)習(xí)中的分散知識點和實際生產(chǎn)操作有機結(jié)合起來，得到較為合理的設(shè)計成果，達(dá)到了課程綜合訓(xùn)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(shè)計過程中也存在者一些共性的問題，主要表現(xiàn)在：（1）設(shè)計中存在的問題1設(shè)計過程缺乏工程意識。身

13、為學(xué)生的我在做課程設(shè)計時所設(shè)計的結(jié)果沒有與生產(chǎn)實際需要作參考，只是為了純粹計算為設(shè)計，缺乏對問題的工程概念的解決方法。2. 學(xué)生對單元設(shè)備概念不強。對化工制圖、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)計與實際結(jié)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(shè)置、比例及線型選取、文字編輯、尺寸標(biāo)注以及設(shè)備、儀表、管件表示等繪制不規(guī)范。3. 物性參數(shù)選擇以及計算。在化工原理課程設(shè)計工程中首要的問題就是物性參數(shù)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(shù)以及如何計算。這對這些問題，指導(dǎo)老師應(yīng)在開課之初給我們講一下每個單元操作所需的物性參數(shù)，每

14、個物性參數(shù)查取方法以及混合物系物性參數(shù)的計算方法，還有如何確定體系的定性溫度。（2）解決措施1.加強工程意識。設(shè)計過程中我們應(yīng)多做深層次思考，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實用性、安全可靠性和先進(jìn)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(fù)習(xí)有關(guān)教科書，學(xué)會正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，強化自己的工程實踐能力。為了增強我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(yīng)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(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)實際，了解現(xiàn)代化工生產(chǎn)單元設(shè)備作用原理以

15、及設(shè)計理念，增強對設(shè)備的感性認(rèn)識。三是老師應(yīng)讓我們明白工程問題的解決方法有多個實施方案，最后應(yīng)綜合考慮操作費用和經(jīng)濟(jì)費用以及安全性等多個方面來確定最優(yōu)方案。 2.強化工程制圖本領(lǐng)。為了提高我們工程制圖能力，應(yīng)強化計算機應(yīng)用。在課程設(shè)計開設(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)今后實際工程設(shè)計的新要求。此外利用計算機應(yīng)用程序也可代替試差方法繁瑣的人工計算。3.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會統(tǒng)籌兼顧，從工藝和設(shè)備全方位考慮設(shè)計問題。化工原理課程設(shè)計是一個即繁瑣又費時的過程，這要求老師和學(xué)生都要有耐性，要客觀的對待每一個步驟，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

16、對待每一個數(shù)據(jù)，經(jīng)得起深究和考驗。在以后的課程設(shè)計中，要精心準(zhǔn)備更先進(jìn)和工程化的設(shè)計任務(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。附錄（1）煤油冷卻器的設(shè)計任務(wù)書1設(shè)計題目煤油冷卻器的設(shè)計。2設(shè)計任務(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）操作條件煤油：入口溫度120，出口溫度40冷卻介質(zhì)：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)計項目設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡要論述。換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。主要輔助設(shè)備

17、選型。繪制換熱器設(shè)備圖。3設(shè)計說明書的內(nèi)容（1）目錄；（2）設(shè)計題目及原始數(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(shè)計結(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)計計算及說明；（7）參考文獻(xiàn)；（8）后記及其它。4設(shè)計圖要求繪制換熱器設(shè)備圖一張(手繪，)：附錄（二）符號說明t熱流體溫度，；t冷流體溫度，；cp比定壓熱容，kg/（kg.）；導(dǎo)熱系數(shù)，w/（.）；q傳熱速率，k；q,h_熱流體質(zhì)量流量，kg/h ；q,c冷流體質(zhì)量流量，kg/h；tm平均傳熱溫度，；re雷諾數(shù)；d管徑，mm ；u流速 ，m/s；黏度，pa.s；對流傳熱系數(shù)，w/(m2.)；r導(dǎo)熱熱阻，m2