化工原理課程設(shè)計(jì)----煤油冷卻器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　二O一一年十二月二十八日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)…………………………………… </p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目......................

2、..........................</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件......................................</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)要求................................................</p><p>　　1.4 工作計(jì)劃.......

3、.........................................</p><p>　　2 確定設(shè)計(jì)方案……………………………………………</p><p>　　2.1 選擇換熱器的類型........................................</p><p>　　2.2 流動(dòng)空間及流速的確定................

4、....................</p><p>　　3 確定物性數(shù)據(jù)……………………………………………</p><p>　　4 計(jì)算總傳熱系數(shù)…………………………………………</p><p>　　4.1 熱流量...................................................</p><p>

5、;　　4.2 平均傳熱溫差.............................................</p><p>　　4.3 冷卻水用量...............................................</p><p>　　5 估算傳熱面積……………………………………………</p><p>　　6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸

6、……………………………………………</p><p>　　6.1 管徑和管內(nèi)流速........................................... </p><p>　　6.2 管程數(shù)和傳熱系數(shù).........................................</p>

7、;<p>　　6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù).................................</p><p>　　6.4 傳熱管排列和分程方法.....................................</p><p>　　6.5 殼體內(nèi)徑.................................................

8、</p><p>　　6.6 折流板...................................................</p><p>　　6.7 接管.....................................................</p><p>　　7 換熱器核算………………………………………………</p

9、><p>　　7.1 熱量核算.................................................</p><p>　　7.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)......................................</p><p>　　7.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù)...............................

10、.......</p><p>　　7.1.3 污垢熱阻和管程熱阻.................................... </p><p>　　7.1.4 傳熱系數(shù)...........................................</p><p>　　7.1.5 傳熱面積 S....

11、.......................................</p><p>　　7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力...................................</p><p>　　7.2.1 管程流動(dòng)阻力.........................................</p><p>　　7.2.2

12、殼程阻力.............................................</p><p>　　7.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果...............................</p><p>　　8 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)<

13、/b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　煤油冷卻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　?。?）處理能力: M104 t/Y煤油</p><p>　?。?）設(shè)備型式: 列管式換

14、熱器</p><p><b>　?。?）操作條件</b></p><p>　　①煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃。</p><p>　　②冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30℃，出口溫度40℃。</p><p>　?、墼试S壓降：不大于105 Pa。</p><p>　?、苊河投ㄐ詼囟认碌奈镄詳?shù)據(jù)：

15、</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　＝2.22kJ/(kg.℃)；</p><p>　　＝0.14 W/(m.℃)</p><p>　?、菝磕臧?30天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><

16、p><b>　　建廠地址 天津地區(qū)</b></p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求 </b></p><p>　　試設(shè)計(jì)一臺(tái)適宜的列管式換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>　　1.4 工作計(jì)劃 </b></p><p>　　1、領(lǐng)取設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查閱相關(guān)資

17、料（1天）；</p><p>　　2、確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算（2天）；</p><p>　　3、校核驗(yàn)算，獲取最終的設(shè)計(jì)結(jié)果（1天）；</p><p>　　4、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文），繪制草圖等（1天）。</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)成果要求</p><p>　　1、通過(guò)查閱資料、設(shè)計(jì)計(jì)算等最終提供課

18、程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）電子稿及打印稿1份，并附簡(jiǎn)單的設(shè)備草圖。</p><p>　　2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，將按以下順序裝訂的設(shè)計(jì)成果材料裝訂后交給指導(dǎo)教師：</p><p>　?。?）封面（具體格式見(jiàn)附件1）</p><p><b>　　（2）目錄</b></p><p>　?。?）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p>&l

19、t;p>　　（4）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）（具體格式見(jiàn)附件2）</p><p><b>　?。?）參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　（6）課程設(shè)計(jì)圖紙（程序）</p><p><b>　　1.6 幾點(diǎn)說(shuō)明</b></p><p>　　1、本設(shè)計(jì)任務(wù)適用班級(jí)：09生物工程（本）2班（其中：學(xué)號(hào)

20、1-15號(hào)，M=15；學(xué)號(hào)16-30號(hào)，M=25；學(xué)號(hào)31-46號(hào)，M=40）；</p><p>　　2、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）格式也可參閱《蚌埠學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果撰寫規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　指導(dǎo)教師： 教研室主任： 系主任：</p><p><b>　　2 確定設(shè)

21、計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（煤油）的進(jìn)口溫度140℃，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，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，因此初步確定選用列管式換熱器。</p><p>

22、　　2.2 流動(dòng)空間及流速的確定</p><p>　　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。選用 Ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=1.5m/s。</p><p><b>　　3 確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取進(jìn)出口溫度平均值。&

23、lt;/p><p>　　故殼程油的定性溫度為</p><p>　　管程流體的定性溫度為</p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　油在90℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度

24、 </p><p>　　粘度 </p><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　循環(huán)冷卻水在35℃下的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 </p

25、><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　粘度 </p><p>　　4 計(jì)算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　4.1 熱流量</b></p><p>　　4.2 平均傳熱溫差</

26、p><p>　　先按純逆流計(jì)算（一般逆流優(yōu)于并流，在工程上若無(wú)特殊需要，均按逆流考慮）</p><p>　　4.3 冷卻用水量 </p><p><b>　　5 估算傳熱面積</b></p><p>　　由于殼程氣體壓力較高，故選取較大的K值。假設(shè)K估=315W/(m2.K)，則估算的傳熱面積為：</p>

27、<p>　　考慮到25%的面積裕度，</p><p><b>　　6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　6.1 管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用Φ25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速。</p><p>　　我國(guó)國(guó)標(biāo)換熱器中常見(jiàn)的換熱管規(guī)格有 以及

28、</p><p>　　流速的選擇應(yīng)使流體處于穩(wěn)定的湍流狀態(tài)，即雷諾數(shù)大于10000。對(duì)于傳熱熱阻較大的流體或易結(jié)垢的流體選取較大流速，以利于增加表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，降低結(jié)垢程度與速度。并要考慮合適的流速下，換熱器有適當(dāng)?shù)墓荛L(zhǎng)和管程數(shù)。</p><p>　　6.2 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&

29、gt;　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為</p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p><b>　　傳熱管總根數(shù) </b></p><p>　　6.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　平局傳

30、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)突圖表。但的點(diǎn)在圖上難以讀出，因而相應(yīng)以代替，，查同一圖線，可得</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　6.4 傳熱

31、管排列和分程方法</p><p>　　對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。各程內(nèi)采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方法。</p><p>　　故擬采用組合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)用正方形排列</p><p>　　取管心距，則 </p><p>　　橫過(guò)管束中心線的管數(shù)</p>

32、<p>　　各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p><b>　　6.5 殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可由下式估算。取管板利用率。（正三角形排列，2管程，=0.7-0.85，4管程以上，=0.6-0.8），則殼體內(nèi)徑為：</p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，圓整可取 。</p>

33、<p><b>　　6.6 折流板</b></p><p>　　（作用說(shuō)明：列管式換熱器殼程流體流通面積比管程流通截面積大，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需設(shè)置折流板。對(duì)于多殼程換熱器不僅需要設(shè)置橫向折流板，而且需要設(shè)置縱向折流板將換熱器分為多殼程結(jié)構(gòu)。對(duì)于多殼程換熱器，設(shè)置縱向折流板的目的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實(shí)現(xiàn)多殼程結(jié)構(gòu)，減少多

34、殼程結(jié)構(gòu)造成的溫度損失。）</p><p>　　采用弓形折流板，可取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為 ： </p><p>　　取折流板間距 ,則，可取為</p><p><b>　　折流板數(shù) : </b></p><p>　　并且折流板圓缺面水平裝配。</p>

35、;<p><b>　　6.7 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速，則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 。</b></p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為：</p><p><b>　　，

36、取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。</b></p><p><b>　　7 換熱器核算</b></p><p><b>　　7.1 熱流量核算</b></p><p>　　7.1.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　對(duì)圓缺型折流板，可采用克恩公式</p><p>　?。ㄟm用條

37、件：Re0=2×(103-106)，弓形折流板圓缺高度為直徑的25%。）</p><p>　　換熱管呈三角形排列時(shí)，當(dāng)量直徑為：</p><p>　　殼程流體流通截面積：</p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：</p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)：</b></p><p>

38、;<b>　　粘度校正：</b></p><p>　　7.1.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　管程流體流通截面積：</p><p><b>　　管程流體流速： </b></p><p><b>　　普蘭特準(zhǔn)數(shù)：</b></p><p>　　7.

39、1.3 污垢熱阻和管壁熱阻：</p><p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻</b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻</b></p><p>　　依表，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/(m·K),</p><p><b>　　管壁熱阻：</b></p&g

40、t;<p>　　7.1.4 傳熱系數(shù) </p><p><b>　　所以系數(shù)</b></p><p>　　7.1.4 傳熱面積 </p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：</p><p>　　該換熱器的面積裕度為： </p><p>　　為了保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱

41、器的面積裕度大于15%-20%。本換熱器傳熱面積裕度16%，滿足生產(chǎn)要求，故能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　7.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p>　　7.2.1 管程流動(dòng)阻力</p><p>　　由傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得，流速，，所以</p><p>　　故管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p

42、>　　7.2.2 殼程阻力</p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力為：</p><p>　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力：</p><p><b>　　總阻力為：</b></p><p>　　殼程流體的阻力也比較適宜。</p><p>　　7.2.3 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表</

43、p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：</p><p><b>　　8 主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 賈紹義，柴誠(chéng)敬.《化工原理課程設(shè)計(jì)》.天津：天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　【2】 夏清，陳常貴.《化工原理修訂版》.天津：天津大學(xué)出版社，2005</p>