廣東化工原理設(shè)計(jì)

1、廣東石油化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目 煤油冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 1、處理能力煤油處理量：2.76×104噸/年2、設(shè)備型式列管式換熱器3、操作條件（1）煤油：入口溫度130（T1），出口溫度40(T2)（2）冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度30(t1)，出口溫度45 （t2（3）允許壓強(qiáng)降：不大于100kPa（4）每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行三、定性溫度下流體物性數(shù)據(jù)物性流體 密度 kg/m3 粘度Pa·s 比熱容CPkJ/（kg·） 導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·）有機(jī)化合液 825 7.15*10-42.220.14水 9940.

2、728*10-34.1740.626四、設(shè)計(jì)要求 提交設(shè)計(jì)結(jié)果，完成設(shè)計(jì)說明書。 設(shè)計(jì)說明書包括：封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表、參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)自評表、換熱器裝配圖（3號圖紙）等。（設(shè)計(jì)說明書及圖紙均須手工完成）注：若采用錯流或折流流程，其平均傳熱溫度差校正系數(shù)應(yīng)大于0.8 設(shè)計(jì)說明書1、 選擇換熱器類型：兩流體溫度變化情況為：煤油入口130，出口40，冷卻水入口溫度30，出口45。冬季操作時(shí)，其出口溫度降低，考慮到這一因素，該換熱器的管壁和殼體溫差較大，因此初步選型用列管式換熱器。管程安排：兩流體換熱過程中無相變化，水的對流傳熱系數(shù)一般較大，且易結(jié)垢，故選擇冷卻水走管程，

3、煤油走殼程。2、 試算和初選換熱器規(guī)格：（1）計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水用量：煤油流量m2=2.76*104/(330*24)=3.5t/h=3500kg/h=0.97kg/s Q=m2cp2T=3500*2.22*(130-40)=699300kj/h=194.25kw冷卻水用量:wc=Q/(cpc*(t2-t1)=699300/(4.174*(45-30)=11169kg/h=3.1kg/s(2)計(jì)算兩流體的平均溫度差，暫定按照單殼程，多管程計(jì)算，逆流時(shí)的平均溫度差為：tm=(t2-t1)/(t2/t1)=(130-45)-(40-30)/ (130-45)/(40-30)=35.03、 假設(shè)K=

4、250w/(m2)S=Q/(Ktm)=194250/(250*35.0)=22.2m2根據(jù)求出的面積選擇的換熱器規(guī)格如下：公稱直徑D=400mm 管程數(shù)Np=4 管子根數(shù)n=146中心排管數(shù)14 流通面積Ai=0.0065m2 管長L=3m管尺寸=19*2mm 中心距t=1.25*19=23.75求得實(shí)際面積SS=ndL=146*3.14*0.019*3=26.13m2注：管子采用正三角形排列，t=1.25*do4、 核算總傳熱系數(shù)K(1) 管程傳熱系數(shù)i=0.23*(/di)Rei0.8*Pri0.4流通面積Ai=0.0065m2 水流量W水=3.1kg/s水的體積流量Vi=0.0031m3

5、/s水的流速ui=vi/Ai=0.0031/0.0065=0.48m3/s雷諾數(shù)Rei=diuii/=0.015*0.48*994/0.000728=9827普朗特?cái)?shù)Pri=cp/=4174*0.000728/0.626=4.85i=0.23*(/di)Rei0.8*Pri0.4=0.023*(0.626/0.019)*98270.8*4.850.4=2821.2w/(m2)(2) 計(jì)算殼程對流傳熱系數(shù)o，取折流板間距h=0.15m流通面積Ao=hD（1-do/t）=0.15*0.4*（1-0.019/0.02375）=0.012m2煤油體積流量Vo=w/=0.97/825=0.0011m3/

6、s煤油流速uo=Vo/Ao=0.0011/0.012=0.098m/s因管子為正三角形排列，則當(dāng)量直徑為de=4*(3/2t2-/4*do2)/do=4*(3/2*0.0242-/4*0.0192)/3.14*0.019=0.0138雷諾數(shù)Reo=deuo/=0.0138*0.098*825/0.000715=1554普朗特殊Pro= cp/=2220*0.000715/0.14=11.34殼程對流傳熱系數(shù)：o=0.36*/de*Reo0.58*Pro0.33*(/o)0.14=0.36*0.14/0.0138*15540.58*11.340.33*(0.000715/0.000728)0.1

7、4=463.86w/(m2)(3) 計(jì)算K K=1/(1/o)+(Rso)+(Rsi*do/di)+(do/idi) 參考化工原理（上冊）附錄查的： 管外側(cè)污垢熱阻Rso=0.000174m2/w 管內(nèi)測污垢熱阻Rsi=0.000344m2/w K=1/(1/463.86+0.000174+0.000344*0.019/0.015+0.019/2821.2*0.015) K=311w/(m2)5、求理論面積S理及裕度 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(45-30)/(130-30)=0.15 R=(T1-T2)/(t2-t1)=(130-40)/(45-30)=6 查表可得=0.82 平均

8、傳熱溫度差=35*0.82=21.76 裕度S實(shí)/S理=26.13/21.76=1.206、 核算壓力降： (1)管程流動阻力，對于多管程換熱器，其總阻力等于各程直管阻力，回彎阻力及進(jìn)出口阻力之和。一般進(jìn)出口阻力可忽略不計(jì)，故管程總阻力：Pi=(P1+P2)*Ft*Ns*NpFt 結(jié)垢校正因數(shù)，量綱為1，對于=19*2mm的管子取1.5Np 管程數(shù) Ns 串聯(lián)的課程數(shù)設(shè)管壁的粗糙度=0.1mm /di=0.1/15=0.0067 查得=0.003w/(m)管程流通面積0.0065m2流速ui=vs/As=3.1/(0.0065*994)=0.48m/s雷諾數(shù)Rei=diui/=0.015*0.

9、48*994/0.000728=9827P1=*L/d*u2/2=0.033*3/0.015*994*0.482/2=755PaP2=3*u2/2=3*994*0.482/2=343PaPi=(P1+P2)*Ft*Ns*Np=(755+343)*1.5*4*1=6590Pa (2)殼程流動阻力計(jì)算：Po=(P1+P2)*Fs*NsFs 殼程壓力降的結(jié)垢校正系數(shù)，量綱為1，液體取1.15P1=F*fo*nc*(NB+1)*u2/2管子按照正三角形排列，F(xiàn)=0.5，nc=1.1n=13.3Fo 殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo>500/時(shí)，fo=5*Reo-0.0228折流擋板數(shù)NB=L/h+1=

10、3/0.15+19流通面積Ao=h(D-nc*do)=0.15*(0.4-13*0.019)=0.022m2流速 uo=w/(*Ao)=0.97/(0.25*0.022)=0.053m/s雷諾數(shù)Reo=douo/=0.019*0.022*8225/0.000715=1165P1=F*fo*nc*(NB+1)*uo2/2=0.5*5*1165-0.228*13*(19+1)*825*0.0532/2=155Pa流體流經(jīng)折流板缺口時(shí)的阻力P2P2=NB*(3.5-2h/D)uO2/2=19*(3.5-2*0.15/0.4)*(825*0.0532/2)=61paPo=(P1+P2)*Fs*Ns=(

11、155+61)*1.15*1=248Pa計(jì)算表明，管程和殼程壓力降都滿足題設(shè)要求。7、 接管（1） 管程，取接口水流速u=1.5m/s,則內(nèi)徑為： D=(4*vs/u)0.5=(4*3.1/994*3.14*1.5)0.5=0.051m 取整后可取60mm(2)殼程，取接管口煤油流速u=0.5m/s,則內(nèi)經(jīng)為 d=(4*vs/u)0.5=(4*0.97/825*3.14*0.5)0.5=0.055m取整后可取60mm設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表：項(xiàng)目管程（循環(huán)水）殼程（煤油）流量（kg/s）3.10.97溫度，進(jìn)/出（）30/45130/40物性定性溫度（）37.585密度（kg/m3）994825比熱（kj/kg）4.1742.22粘度（Pas）0.0007280.000715導(dǎo)熱系數(shù)（kg/m）0.6260.14普蘭特?cái)?shù)4.8511.34結(jié)構(gòu)參數(shù)殼體外徑（mm）400臺數(shù)1管徑（mm）19*2殼程數(shù)1管長（m）3管心距（mm）23.