化工原理課程設(shè)計(jì)--冷流體（水）給煤油降溫

1、<p><b>　　一、方案簡介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用冷流體（水）給煤油降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。它是工業(yè)生產(chǎn)中用到的列管式換熱器.</p><p>　　選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,復(fù)合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，

2、螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在生產(chǎn)過程中，需將煤油從120

3、℃冷卻到50℃。處理能力為6×104噸/年。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度20℃，出口溫度30℃。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于100kPa。試設(shè)計(jì)能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。（每年按300天，每天24小時連續(xù)運(yùn)行）</p><p>　　2.1．確定設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　1、選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：</

4、p><p>　　熱流體進(jìn)口溫度120℃，出口溫度50℃冷流體。</p><p>　　冷流體進(jìn)口溫度20℃，出口溫度30℃。</p><p>　　從兩流體溫度來看，估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差大于50℃，可以選用帶溫度補(bǔ)償?shù)墓潭ü軗Q熱器。但是考慮到該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時冷卻水進(jìn)口溫度會降低，因此殼體壁溫和管壁壁溫相差較大，為安全起見，故選用浮頭式列管換

5、熱器。</p><p>　　2、流動空間及流速的確定 </p><p>　　由于煤油的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，煤油走殼程。另外，這樣的選擇可以使煤油通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用ф25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取。 </p><p>　　2.2、確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：對

6、于一般低黏度流體，其定性溫度可取進(jìn)出口溫度的平均值。</p><p>　　煤油的定性溫度為： </p><p>　　循環(huán)水的定性溫度為： </p><p>　　兩流體的溫差為： </p><p>　　由上可知?dú)こ塘黧w的定性溫度為：85℃；管程流體的定性溫度為：25℃。 </p>

7、<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>　　查[1]煤油在85℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度: </p><p>　　定壓比熱容: </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　黏度

8、</p><p>　　冷卻水在25℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 </p><p><b>　　定壓比熱容 </b></p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù) </p><p>　　黏度 </p><p>　　表一

9、 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　三．估算傳熱面積 </b></p><p>　　3.1、計(jì)算熱流量 </p><p>　　3.2、平均傳熱溫差 </p><p>　　3.3、冷卻水用量 </p><p>　　3.4、初選總傳熱系數(shù)K </p><

10、;p>　　查[1]，參照總傳熱系數(shù)的大致范圍，先假設(shè)K=350W/(m2·℃)</p><p>　　3.5、估算傳熱面積</p><p>　　考慮15%的面積裕度， </p><p><b>　　四、工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　4.1管徑和管內(nèi)流速</p><p>　

11、　前已確定，管徑為的碳鋼管，管內(nèi)流速取</p><p>　　4.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ns</p><p>　　按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長度為:</p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為:

12、</p><p>　　傳熱管總根數(shù)為： (根)</p><p>　　4.3平均傳熱溫差校正系數(shù)及殼程數(shù)</p><p><b>　　首先計(jì)算P和R</b></p><p>　　查[2]P65,由式3-34和3-35算出Ψ并求取Δtm ，單殼程雙管程屬1-2折流，先用1-2折流的公式計(jì)算溫差校正系數(shù)和傳熱平均溫度差<

13、;/p><p>　　由上兩式求取，P=0.1 R=7 得Ψ=0.956 Δtm=52.26℃</p><p>　　由于溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程較合適</p><p>　　4.4 傳熱管排列和分程方法</p><p>　　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=1.25 ，

14、則t=1.25 25=31.25 mm≈32 （mm）</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　4.5殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.7，則殼體內(nèi)徑為：</p><p>　　故可取整取圓D=300mm</p><p><b

15、>　　4.6折流板</b></p><p>　　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%，則切去的圓缺高度為h=0.25×300=75mm。</p><p>　　取折流板間距為B=400mm，則折流板數(shù)</p><p>　　折流板圓缺水平面安裝。</p><p><b>　　4.7其他附件&

16、lt;/b></p><p>　　拉桿直徑為?12mm，其數(shù)量不少于10根。殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。</p><p><b>　　4.8 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為ui=1.0m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為80 mm×2.5mm。<

17、;/p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u＝2.5m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為80 mm×2.5mm</p><p><b>　　五．換熱器核算</b></p><p><b>　　5.1傳熱能力核算</b></p><p>

18、;　　1.殼程對流傳熱系數(shù) </p><p>　　對圓缺形折流板，查[1] P171式（5-72a）</p><p>　　當(dāng)量直徑，由正三角形排列得： </p><p><b>　　殼層流通截面積</b></p><p>　　殼程流體(煤油)流速、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)分別為</p><p>

19、;<b>　　故</b></p><p>　　2、管程給熱系數(shù) </p><p><b>　　管程流通截面積：</b></p><p>　　故可以采用下面的的式子計(jì)算：</p><p>　　3.污垢熱阻于管壁熱阻</p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻:查找污垢經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取得.管

20、內(nèi)測污垢熱阻:查找污垢經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取得</p><p>　　鋼管的熱導(dǎo)率：碳鋼的熱導(dǎo)率</p><p><b>　　4、總傳熱系數(shù)： </b></p><p>　　故 </p><p><b>　　5、傳熱面積</b></p>

21、<p><b>　　理論傳熱面積： </b></p><p>　　該換熱器的實(shí)際換熱面積： </p><p><b>　　面積裕度為: </b></p><p>　　換熱面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　5.2、換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><

22、p><b>　　1、管程流動阻力</b></p><p>　　查[1]阻力損失計(jì)算公式： </p><p>　　取換熱器壁粗糙度為0.01mm，則，則，查[1]圖1-27得，流速,密度，所以：</p><p><b>　　對的管子有，且， </b></p><p><b>　　2、殼

23、程流動阻力</b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻力 （正三角形排列F=0.5，正方形直列F=0.3，正方形錯列F=0.4）</p><p><b>　　當(dāng)時， </b></p><p>　　折流板間距B=0.40m，折流板數(shù) , </p><p>　　流體流經(jīng)折流板缺口的阻力</p>

24、<p><b>　　總壓力降： </b></p><p>　　參照[2]表3-10，該換熱器的壓降在合理的范圍之內(nèi)，故設(shè)計(jì)的換熱器合適。</p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p>　　表1 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表</p><p><

25、;b>　　七、設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)需要學(xué)生自己做出決策，自己確定實(shí)驗(yàn)方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過程和設(shè)備的計(jì)算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對于傳熱的相關(guān)的知識有了更深的了解。

26、在設(shè)計(jì)換熱器的過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，提高了我對化工設(shè)計(jì)的認(rèn)識。起初，在拿到任務(wù)書的時候，我還比較茫然，不知道怎么下手，但是在和同學(xué)進(jìn)行討論后開始有了眉目，在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，在詢問老師之后，再和同學(xué)的交流之后，我逐漸找到了正確的方法，例如在設(shè)計(jì)管程的時候，我在開始的條件下，我算得L=29.3m，然后取l=6m，得到管程數(shù)是5，在問了老師以后，老師糾正我說，管程一般為1、2、4、6，而且管程數(shù)最好控制在2管程以內(nèi)，在

27、老師的建議下，我降低了循環(huán)水的出口溫度，在不斷演算之后，不斷降低出口溫度進(jìn)行計(jì)算，在降低到32℃時，終于將管程數(shù)控制在了等于2，但是在后面的核算時，發(fā)現(xiàn)在核算傳熱面積時A大于Ap，不符合情況，然后又改變溫度，重復(fù)計(jì)算后，最終將溫度確定在了30℃。在這次完成課設(shè)的過程中，老師給予了我很大的幫助，幫我解決了很多在設(shè)計(jì)中所遇到的問題 ?；仡欉@次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會了很多。最后，希望在今后的設(shè)計(jì)中不斷完善自我,感謝老師在課設(shè)過程中我給予的幫助。&l

28、t;/p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p>　　——煤油的進(jìn)出口溫度，℃</p><p>　　—— 冷卻水的進(jìn)出口溫度， ℃ </p><p>　　—— 傳熱平均溫差，℃</p><p>　　、 —— 煤油和冷卻水在定性溫度下的密度，k/gm3</p><p

29、>　　—— 煤油和冷卻水在定性溫度下定壓比熱容 kJ/(kg·℃)</p><p>　　—— 煤油和冷卻水在定性溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K) </p><p>　　—— 煤油和冷卻水在定性溫度下的粘度 Pa·s</p><p>　　—— 煤油和冷卻水的流量 kg/h</p><p>　　—— 殼程和管程的

30、污垢熱阻 m2·℃/W</p><p>　　—— 無相變對流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)</p><p>　　—— 總傳熱系數(shù) W/(m2·℃)</p><p>　　—— 理論傳熱面積 m2</p><p>　　—— 管程數(shù)、折流板數(shù)</p><p>　　—— 平均傳熱溫差系數(shù)</p&

31、gt;<p>　　, —— 管程和殼程的壓力降 kPa</p><p><b>　　—— 面積裕度</b></p><p>　　，普朗特?cái)?shù) 無因次數(shù)群</p><p>　　，雷諾數(shù) 無因次數(shù)群</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>