煤油冷卻器設(shè)計(jì)new

化工原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在化工設(shè)計(jì)中的地位車(chē)間工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目化工計(jì)算；方案設(shè)計(jì)；設(shè)備選型或設(shè)計(jì)計(jì)算；車(chē)間布置設(shè)計(jì)；化工管路布置設(shè)計(jì)；給非工藝部分提條件；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；編寫(xiě)概預(yù)算。從上述可見(jiàn)化工原理課程設(shè)計(jì)屬于工藝設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)階段，內(nèi)容為車(chē)間某工段的主體設(shè)備，包括方案設(shè)計(jì)、化工計(jì)算、設(shè)備選型或設(shè)計(jì)計(jì)算。課程設(shè)計(jì)的目的和要求鞏固和掌握本課程的主要內(nèi)容培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力掌握化工設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)程序、方法、和有關(guān)的設(shè)計(jì)原則。包括查閱資料、正確選取工藝數(shù)據(jù)、搜集有關(guān)公式和使用圖表手冊(cè)的能力、正確進(jìn)行工程計(jì)算和使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，用工程觀念來(lái)考慮設(shè)計(jì)內(nèi)容具有用簡(jiǎn)潔的文字和正確的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)成果的能力熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范課程設(shè)計(jì)的步驟下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求擬定設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)進(jìn)度查閱參考資料，收集有關(guān)數(shù)據(jù)和公式設(shè)計(jì)方案的確定及論述、設(shè)備的工藝計(jì)算、繪圖、對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)述和編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和應(yīng)提交的成果一、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、封面

學(xué)校名稱(chēng)、化工原理課程說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)題目、專(zhuān)業(yè)班級(jí)、設(shè)計(jì)者姓名、指導(dǎo)教師和設(shè)計(jì)完成日期

2、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)依據(jù)，是設(shè)計(jì)工作的指令性文件。它規(guī)定設(shè)計(jì)的規(guī)模、原則、條件和要求。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一般包括：設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)條件（物系、流量或生產(chǎn)能力、組成、操作的溫度及壓力等），設(shè)計(jì)計(jì)算的項(xiàng)目或內(nèi)容，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的要求等

3、目錄

4、概述或前言

本部分內(nèi)容無(wú)統(tǒng)一的要求，設(shè)計(jì)者可以充分表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖及考慮的主要問(wèn)題。一般應(yīng)包括設(shè)備結(jié)構(gòu)的選型、設(shè)計(jì)方案確定的原則和流程圖等。

⑴設(shè)計(jì)方案的確定設(shè)計(jì)方案的確定，實(shí)質(zhì)上就是工藝條件、設(shè)備選型和流程配置的確定。工藝條件包括的內(nèi)容較多，如操作的壓力與溫度，物料在設(shè)備內(nèi)的流向，適宜的流速、進(jìn)料狀態(tài)、加熱劑或冷卻劑的選用、吸收劑和填料的選擇、熱能的綜合利用等。確定設(shè)計(jì)方案的原則：①滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定的要求。②經(jīng)濟(jì)上要合理。③保證安全生產(chǎn)。

⑵設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)處理量的大小、操作條件、物系性質(zhì)、是否含懸浮物、腐蝕性、熱敏性、霧沫和結(jié)垢等情況，選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和物系在設(shè)備內(nèi)的流向。

⑶設(shè)備材料的選擇和保溫選擇設(shè)備的材料必須根據(jù)設(shè)備的操作條件和物系的性質(zhì)，考慮設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，要便于加工制造，經(jīng)濟(jì)合理。凡能用普通材料，就少用或不用貴重稀缺材料。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部液體的溫度高于或低于環(huán)境溫度要考慮保溫或保冷。本設(shè)計(jì)中只需說(shuō)明選擇設(shè)備材料的依據(jù)和需要保溫的原因即可。

5、設(shè)備的工藝計(jì)算

這是課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，其任務(wù)是要計(jì)算出設(shè)備外形的主要尺寸和設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)尺寸。

6、設(shè)備零部件和輔助設(shè)備計(jì)算或選型

設(shè)計(jì)中定型設(shè)備可根據(jù)工藝條件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品目錄直接選用。非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)也必須選擇零部件及結(jié)構(gòu)。

7、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表

主要匯總典型設(shè)備的操作條件、工藝結(jié)構(gòu)尺寸和有關(guān)的重要參數(shù)，它是繪制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的依據(jù)，同時(shí)便于查找數(shù)據(jù)或方案比較。

8、參考資料

按論文要求列出所有的參考資料。二、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖繪制工藝尺寸圖(A2比例自定)按工藝尺寸及比例繪出設(shè)備的形狀和各部件的相對(duì)位置，標(biāo)出重要的、必須的工藝尺寸和零部件定位尺寸繪制管口方位圖繪制主要部件圖標(biāo)題欄明細(xì)表接管表技術(shù)特性表.標(biāo)題欄設(shè)備結(jié)構(gòu)圖部件圖技術(shù)特性表管口表明細(xì)表設(shè)備結(jié)構(gòu)圖部件圖管口表技術(shù)特性表管口方位圖標(biāo)題欄明細(xì)表管口方位圖（圖面布置形式）列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）非系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的一般設(shè)計(jì)步驟

①了解換熱流體的物理化學(xué)性質(zhì)和腐蝕性能。

②由熱平衡計(jì)算傳熱量的大小，并確定第二種換熱流體的用量。

③決定流體通入的空間。

④計(jì)算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)。

⑤初算有效平均溫差。一般先按逆流計(jì)算，然后再校核。

⑥選取管徑和管內(nèi)流速。

⑦計(jì)算傳熱系數(shù)K值，包括管程對(duì)流傳熱系數(shù)和殼程對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算。由于殼程對(duì)流傳熱系數(shù)與殼徑、管束等結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此一般先假定一個(gè)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，以計(jì)算K值，然后再作校核。

⑧初估傳熱面積?？紤]安全系數(shù)和初估性質(zhì)，常取實(shí)際傳熱面積是計(jì)算值的1.15~1.25倍。⑨選擇管長(zhǎng)L。

⑩計(jì)算管數(shù)N。

⑾校核管內(nèi)流速，確定管程數(shù)。

⑿畫(huà)出排管圖，確定殼徑D和殼程擋板形式及數(shù)量等。

⒀校核殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。

⒁校核有效平均溫差。

⒂校核傳熱面積，應(yīng)有一定安全系數(shù)，否則需重新設(shè)計(jì)。

⒃計(jì)算流體流動(dòng)阻力。如阻力超過(guò)允許范圍，需調(diào)整設(shè)計(jì)，直至滿(mǎn)意為止。設(shè)計(jì)任務(wù)：某生產(chǎn)過(guò)程中，需將5050.5kg/h的油從140℃冷卻至40℃，壓力不大于0.5MPa；冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水入口溫度30℃，出口溫度為40℃。試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。①了解換熱流體的物理化學(xué)性質(zhì)和腐蝕性能。

②由熱平衡計(jì)算傳熱量的大小，并確定第二種換熱流體的用量。

③決定流體通入的空間。管程：水殼程：煤油④計(jì)算流體的定性溫度，以確定流體的物性數(shù)據(jù)由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。油在90℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：

密度ρo=825kg/m3

定壓比熱容cpo=2.22kJ/(kg·℃)

導(dǎo)熱系數(shù)λo=0.140W/(m·℃)

粘度μo=0.000715Pa·s循環(huán)冷卻水在35℃下的物性數(shù)據(jù)：

密度ρi=994kg/m3

定壓比熱容cpi=4.08kJ/(kg·℃)

導(dǎo)熱系數(shù)λi=0.626W/(m·℃)

粘度μi=0.000725Pa·s

⑤初算有效平均溫差。一般先按逆流計(jì)算，然后再校核⑥選取管徑和管內(nèi)流速。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.6m/ｓ。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，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，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。

⑦計(jì)算傳熱系數(shù)K值，包括管程對(duì)流傳熱系數(shù)和殼程對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算。殼程傳熱系數(shù)

假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)αo=290W/(m2·℃)；

污垢熱阻Rsi=0.000344m2·℃/W,Rso=0.000172m2·℃/W

管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/(m·℃)

=221.87W/(m·℃)考慮15％的面積裕度，S=1.15×S′=1.15×41.3=47.5(m2)。⑧初估傳熱面積?？紤]安全系數(shù)和初估性質(zhì)，常取實(shí)際傳熱面積是計(jì)算值的1.15~1.25倍。Qo=qocpoΔto=5050.5×2.22×(140-40)=1.12×106kJ/h=311.42(kW)⑨選擇管長(zhǎng)L。

(管程數(shù))

⑩計(jì)算管數(shù)N。⑾校核管內(nèi)流速，確定管程數(shù)。傳熱管總根數(shù)

N=41×2=82(根)

殼體內(nèi)徑

采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η＝0.7，則殼體內(nèi)徑為

(mm)

圓整可取D＝400mm

⑿畫(huà)出排管圖，確定殼徑D和殼程擋板形式及數(shù)量等。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25％，切去的圓缺高度為h＝0.25×400＝100(mm)。

取折流板間距B＝0.3D，則B＝0.3×400＝120(mm)，可取B為150。

折流板數(shù)NB=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)

折流板圓缺面水平裝配。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。取管心距t=1.25d0，則

t=1.25×25=31.25≈32(mm)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)

(根)

接管

殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u＝1.0m/s，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速

u＝1.5m/s，則接管內(nèi)徑為⒀校核殼程對(duì)流傳熱系數(shù)當(dāng)量直徑，由正三角形排列得

殼程流通截面積

殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為②管程對(duì)流傳熱系數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)

粘度校正

管程流通截面積

管程流體流速

W/(m2·℃)傳熱系數(shù)K

=346.45W/(m·℃)

⒁校核有效平均溫差。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。但R=10的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，可得φΔt=0.82R=0.1,P=0.91R=10,P=0.091平均傳熱溫差Δtm=φΔtΔ′tm=0.82×39=32(℃)⒂校核傳熱面積，應(yīng)有一定安全系數(shù)，否則需重新設(shè)計(jì)

(m2)

該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp

(m2)

該換熱器的面積裕度為

傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。⒃計(jì)算流體流動(dòng)阻力。如阻力超過(guò)允許范圍，需調(diào)整設(shè)計(jì)，直至滿(mǎn)意為止①管程流動(dòng)阻力

∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp

Ns=1,Np=2,Ft=1.5由Re＝16357，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄圖得λi＝0.031，

流速u(mài)i＝0.596m/s，ρ＝994kg/m3，所以管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。

②殼程阻力

∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs

Ns＝l，F(xiàn)t＝l流體流經(jīng)管束的阻力

流體流過(guò)折流板缺口的阻力總阻力

∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs

=（2128.19＋1481.37）×1.15＝4150.99(Pa)＜10kPa殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。③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(jiàn)表2-13。

表2-13換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果

換熱器形式：固定管板式管口表?yè)Q熱面積（m2）:48符號(hào)尺寸用途連接型式工藝參數(shù)aDN80循環(huán)水入口平面名稱(chēng)管程殼程bDN80循環(huán)水出口平面物料名稱(chēng)循環(huán)水油cDN50油品入口凹凸面操作壓力，MPa0.40.3dDN50油品出口凹凸面操作溫度，℃30/40140/40eDN20排氣口凹凸面流量，kg/h274815050.5fDN20放凈口凹凸面流體密度，kg/m3994825

附圖