化工原理课程设计-煤油冷却器的设计汇总

1、广西工学院化工原理课程设计说明书设计题目煤油冷却器的设计系别生化系专业班级学生姓名学号指导教师日期设计成绩一、化工原理课程设计任务书 （换热器的设计（一设计题目 :煤油冷却器的设计（二设计任务及操作条件 :1. 处理能力 :（19.8 1×04+5×17 吨/年煤油2. 设备型式 :列管式换热器3. 操作条件: （1 煤油入口温度 140,出口温度 40;(2 冷却介质循环水 ,入口温度 30,出口温度 40;(3 允许压强降不大于 105Pa;(4煤油定性温度下的物性数据 :密度为 825kg/m3;粘度为 :7.5 ×10-4Pa.S;比热容为 :2.22kJ

2、/(kg. ;导热系数为 :0.14W/(m. (5 每年按 330天计,每天 24小时连续运行。(三设计项目1. 选择适宜的列管换热器并进行核算。2. 画出工艺设备图及列管布置图。目录一、设计任书 (1二、工艺流程草图及说明 (5三、工艺计算及主要设备设计 (61、确定设计方案 (61.1 选择换热器的类型 (61.2 流程安排 (62、确定物性数据 (63、估算传热面积 (73.1 热流量 (73.2 平均传热温差 (73.3 传热面积 (73.4 冷却水用量 (74、工艺结构尺寸 (74.1 管径和管内流速 (74.2 管程数和传热管数 (74.3 平均传热温差校正及壳程数 (84.4

3、传热管排列和分程方法 (84.5 壳体内径 (84.6 折流板 (84.7 其他附件 (84.8 接管 (85、换热器核算 (95.1 热流量核算 (95.1.1 壳程表面传热系数 (95.1.2 管内表面传热系数 (95.1.3 污垢热阻和管壁热阻 (95.1.4传热系数 K C (105.1.5 传热面积裕度 (105.2 壁温核算 (105.3 换热器内流体的流动阻力 (115.3.1 管程流体阻力 (115.3.2 课程阻力 (11四、辅助设备的计算和选型 (12五、设计结果概要 (13六、设计评述 (15七、附图 (16八、参考资料 (17九、主要符号说明 (18二、工艺流程草图及说

4、明 换热器 -循环冷却水煤油泵泵加热器工艺流程草图主要说明 :由于循环冷却水较易结垢 ,为便于水垢清洗 ,应使循环水走管程 ,煤油 走壳程。如图 ,煤油经泵抽上来 ,经加热器加热后 ,再经管道从接管 C 进入换热器壳程 ; 冷却水则由泵抽上来经管道从接管 A 进入换热器管程。两物质在换热器中进行换 热,煤油从 110被冷却至 40之后,由接管D 流出;循环冷却水则从 30变为 40, 由接管 B 流出。三、工艺计算及主要设备设计1、确定设计方案1.1 选择换热器的类型 :两流体温度变化情况 :煤油进口温度为 140,出口温度 40,冷流体进 口温度 30, 出口温度 40; 设煤油压力为 0.

5、3MP a , 冷却水压力为 0.4MP a 。 该换热器用 循环冷却水冷却 ,冬季操作时 ,其进口温度会降低 ,考虑到这 一因素 ,估计该换热器的 管壁温和壳体壁温之差较大 ,因此初步确定选用 浮头式换热器。 1.2 流程安排 :由于循环冷却水较易结垢 ,为便于水垢清洗 ,应使循环水走管程 ,煤油走 壳程。选 用 25×2.的5 碳钢管(换热管标准 :GB8163 。 2、确定物性数据 :2.1定性温度 :可取流体进口温度的平均值。管程流体的定性温度为 :90240140=+=T ( 煤油 90下的物性数据 :3524030=+=T (根据定性温度 ,分别查取壳程和管程流体的有关物

6、性数据3、估算传热面积 3.1 热流量m 0=25011243301000175108. 19(4=? +? (kg/h Q o=m 0c p 0 t 0=25011 ×2.2-2 ×(140 40=5.55 ×106kJ/h=1542 (kW3.2平均传热温差39304040140ln3040( 40140(ln 2121=? -?=?t t t t t m ( 3.3传热面积假设 K=313W/(m2·K, 则估算面积为 : A P =Q0/(K × tm=1542×103/(313 3×9=126(m2 3.4 冷却水

7、用量136080 /(8. 373040(1008. 4101542, 330=-? =?=s kg t cp Q q i i c m (kg/h 4、工艺结构尺寸4.1管径和管内流速选用 25×2.较5 高级冷拔传热管 (碳钢 10 ,取管内流速 u i = 1.5m/s 4.2管程数和 传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数5. 102. 0785. 0994/8. 37422? =i s u d qVn =80.7 8根1( 按单程管计算 ,所需的传热管长度为81025. 014. 31260? =s P n d A L =20(m按单管程设计 ,传热管过长 ,宜采用多管

8、程结构 ,根据本设计实际情况 , 采用非标 准设计,现取传热管长为 l=5m,则该换热器的管程数为 :N P =L/l=20/5=4;传热管总根 数 : NT =81 ×4=324(根4.3 平均传热温差校正及壳程数 :平均传热温差校正系数 :R=(140-40/(40-30=10;P=(40-30/(140-30=0.091 按单壳程 , 4管程结构 ,温差校正系数应查有关图表可得 t=0.8平6 均传热温差 tm =t tm 塑 =0.86 ×39=33.54(由于平均传热温差校正系数大于 0.8,同时壳程流体流量较大 ,故取単壳程 合 适。4.4传热管排列和分程方法采

9、用组合排列法 ,即每程内均按正三角形排列 ,隔板两侧采用正方形排列。 (见 化工过程及设备课程设计书本图 3-13 取管心距 t=1.25d0,则 t=1.25 × 25=31.25 32(mm隔板中心到离其最近一排管中心距离 S=t/2+6=32/2+6=22(mm 。各程相邻的管心距为 44mm 。管束的分程方法 ,每程各有传热管 81根, 其前 后 箱中隔板设置和介质的流通顺序按 化工过程及设备课程设计书本图 3-14 选取。4.5 壳体内径采用多管程结构 ,取管板利用率 =0.8则, 壳体内径为D=8. 03243205. 105. 1? =TN t=676(mm 按卷制壳体

10、的进级挡 ,圆整可取 D=700mm。4.6 折流板采用弓形折流板 ,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%,则切去的圆 缺 高 度 为 h =0.25 7×00=175(mm 。折 流板 间距 B=0.3D, 则 B=0.3 ×700=210mm。折流板数 NB =传热管长 /折流板间距 -1=5000/180-1=26.8 27块( ,折流板 圆缺 面水平装配见 化工过程及设备课程设计书本图 3-15。 4.7 其他附件拉杆数量与直径按 化工过程及设备课程设计书本图表 3-9选取, 本换热器传 热 管外径为 25mm 故其拉杆直径为 16拉, 杆数为 6个。壳程入口处

11、 , 应设 置防冲挡 板。 4.8 接管壳程流体进出口接管 :取接管内煤油流速为 u =1.0m/s,则接管内径为 :D 1=104. 00. 114. 3 8253600441=? =u V (m,圆整后可取管内径为 110mm 。 管程流体进出口接管 :取接管内循环水流速 u=1.5 m/s,则接管内径为180. 05. 114. 3994360013608042=? =D (m=180mm。5. 换热器核算 5.1热流量核算5.1.1 壳程表面传热系数 ,用克恩法计算 :14. 055. 000Pr Re 36. 0? =w e d h 当量直径 ,由正三角排列得 :d e =020.

12、0025. 014. 3 025. 0785. 0032. 0(4 3(4220202=? -? =-d d t (m壳程流通截面积 :032. 0025. 01(21. 07. 0 1(00?- =-=t d BD S =0.03(m 2壳程流体流速及其雷诺数分别为 :u 0=26. 003. 08253600=? (m/sRe 0=000715. 0825357. 002. 0? =6000普朗特数 :Pr=34. 11140. 0107151022. 263=? -;粘度校正 :114? w h 0=55. 034. 11600002. 0140. 036. 0?=677.5 W/(m2

13、·K 5.1.2 管内表面传热系数 :h i 4. 08. 0Re 023. 0Rr d i=管程流体流通截面积 :S i =0.785 0.×022 ×324/2=0.051(m 2 管程流体流速及其雷 诺数分别为 :u i =051. 09943600/(136080? =0.75(m/sRe i =000725. 099475. 002. 0? =20566普朗特数 :Pr=73. 4626. 0107251008. 463=? -h i =0.023 ×4. 08. 073. 42056602. 0626. 0? =3782 W/ (m2

14、3;K 5.1.3污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取 : 管外侧污垢热阻 R0=0.00017 m2 K·/W 管内侧污垢热阻 Ri =0.00034 m2 K/·W管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为 50W/(m·K 。故R W =0.0025/50=0.00005(m 2K/W·5.1.4计算传热系数 K C : K C =5. 677100017. 00225. 00250. 000005. 0020. 0025. 000034. 0020. 03782025. 01 +? +? +?=417.5 w/(m · 计算传热面积

15、 A C :A C =Q/(KC × tm=1542 ×103/(417.5 3×3.54 =110(m 2 该换热器的实际传热面积 A :A=T N l d ? 0=3.14×0.025 ×5×324=127.2(m 2该 5换.1.热5器的面积裕度 为:H=C C A A A - 1×00%=1102. 127- 1×00%=15.64% 传热面积裕度合适 ,该换热器能够完成生产任务5.2壁温核算因管壁很薄 ,且管壁热阻很小 ,故管壁温度可按式 (3-42 计算。由于该 换热器用 循环水冷却 ,冬季操作时 ,循

16、环水的进口温度将会降低。为确保 可靠 ,取循环冷却水进 口温度为 16,出口温度为 40计算传热管壁温。 另外 ,由于传热管内侧污垢热阻 较大 ,会使传热管壁温升高 ,降低了壳程 和传热管壁温之差。但在操作初期 ,污垢热阻 较小 ,壳体和传热管壁温差 肯能较大。计算中 ,应按最不利的操作条件考虑 ,因此 ,取 两侧污垢热阻 为零计算传热管壁温。于是有t w =hc hm c mh t T /+式中液体的平均温度 t m =和气体的平均温度分别按式 (3-44和式(3-45计算为t m =0.4 4×0+0.6 ×16=25.6( Tm =0.5(140+40 =90( h

17、c =hi =5833 W/(m2·K hh =h0=806.6 W/ (m2 K· 传热管平均壁温t=+6. 8065833. 25583333.4(壳体壁温,可近似取为壳程流体的平均温度 ,即 T=90。 壳体壁温和传热管壁 温之差为 t=90-33.4=56.6( >50 该温差较大 ,故需设温度补偿装置。因此 ,需选用浮头式换热器较为适宜。 5.3 换热器内流体的流动阻力5.3.1 管程流体阻力 计算公式如下 : P t =( P i + P r N S N p F S ; N S =1, N p =2, F S =1.5; P i =22u d l i i

18、? 。由 Re=35345,传热管相对粗糙度 0.2/20=0.01, 查莫狄图得 i =0.038流8, 速 u=1.268m/s, =994kg/m3故, P i =2268. 199402. 050388. 02? =7751.2(P a ; P r =2268. 19943222?= =2397(P aP t =(7751.2+2397 4×1×.5=56829.92(P a <105 Pa管程流体阻力在允许范围之内。 5.3.2壳程阻力 公式有: P S =( P 0+ P i F S N S 其中 FS =1.15 ; N S =1 ; P 0= Ff 0

19、N TC (NB +10u 又;F=0.5,f0=5 6×000-0.228=0.688, NTC =1.1 NT 0.5=1.1 3240.×5=19.8N B =27;u 0(按流通面积 S 0=B(D- N TC d 0 计算 =0.2m/s 则流体流经管束的阻 力: P 0=0.5 ×0.688×19.8×(27+1×825×0.22/2 31流46体.77流(P过 a折 流板缺口的 阻力 P i =NB (3.5-2B/D220u 其, 中 B=0.21m; D=0.7m;故 P i =27 (3.×5-

20、2 0×.21/0.7× 825 × 0.22/2 1291.9则5(总P a阻 ,力 : P S =3146.77+1291.95=4438.72(P a <105 Pa。 故壳程流体的阻力也适宜。四、辅助设备的计算和选1. 泵的选择以下是两种不同类型泵的性能参数 : 对壳程流体苯所需的泵进行计算选择由 m q =25011Kg/h,可得 1v q =mq =82525011=30.3(h m /3 考虑经济因数 ,从上表中选用 ISWB-80-160(ib 型的泵:r=2900 r/min, 1泵 v q =30(h m /3 (便于调节 H=24(m

21、(>1.1m ,可以将换热器安装在高处 , r NPSH (=4.5 (m 对管程循环水所需的泵进行计算选择 :isw 型卧式离心泵性能参数表由 h kg q m /136080= , 2v q =q =994136080=136.9(h m /3 ,经过上表的参数对比 ,应选用 isw-125-160a 型泵:r=2900 r/min, 2 泵 v q =140(h m /3 (便于调节 , H=28(m ,(=4.0(m五、设计结果设计一览表 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表。tt Rtt/I36O»)25011血出itt/VX?MMO140f0IS 力/ MF.0.40

22、.335909WQ物«Hilt 仆<U/(“KD4.m2J2ftMfiSP)<K(MMJ?25(MXKF7I5乩导枚«w/<m« K>)0.6260.140ftWlVtt4,n11.34台敷i备二佯内<>/mm700WttitHMmm025X2.532K/nm5003nrtiHAtftHII/W32437Ik传*i*i机血127.2折注*问护210/mm管程数2材质碳钢主JS计算结果管程売程流速/ (m/s)1.2680.260农【侨传热系数/ (w/ (n? K)3782677.5汚垢阻力/ (w/m: K)0.000340.

23、00017阻力/MP.0.570.0044热流欣/kW1542传热温差/K33.54传热系数/ w/ (m K)417.5桥度/%15.64六、设计评述 本次化工课程设计是对列管式换热器的设计，通过查阅有关文 献资料、上网搜索资 料以及反复计算核实，本列管式换热器的设计可以说基本完 成了。下面就是对本次设计 的一些评述。 本设计所需要的换热器用循环冷却水冷 却，冬季操作时进口温度会降低，考虑这一 因素， 估计该换热器的管壁温和壳体 壁温之差较大， 故本次设计确定选用浮头式换热器。 易析出结晶、 沉淀、 淤泥及 其他沉淀物的流体， 最好通入比较容易进行机械清洗的空间， 而浮头式换热器的 管束可以

24、从壳体中抽出，便于清洗管间和管内管束可以在壳体内自由 伸缩，不会 产生热效应力。对于浮头式换热器，一般易在管内空间进行清洗。所以选择 浮头 式换热器较合适。本设计选择了冷却水走管程，煤油走壳程的方案。由于本设计所 要冷却的煤油的流量不是很大，故选择所需的换热器为单壳程、 4 管程，可以达到 了设 计的要求， 且设计的列管式换热器所需的换热面积较合适， 计算得的面积裕 度也较合适， 这样所损耗的热量相对来说不会很大。至于本设计能否用在实践中 生产，或者生产的效 率是否会很低，这些只有在实践中才能具体的说明。 课程设 计需要学生自己做出决策，自己确定实验方案、选择流程、查取资料、进行 过程 和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选 定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是增强工程观念、培养提高学生独 立工 作能力的有益实践。 通过本次设计，我学会了如何根据工艺过程的条件查找 相关资料，并从各种资料中 筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程， 主要设备，及计算出主要设备及辅 助设备的各项参数及数据。了解到了工艺设计 计算过程中要进行工艺参数的计算。通过 设计不但巩固了对主体设备图的了解， 还学习到了工艺流程图的制法。通过本次设计不 但熟悉了化工原理课程设计的流 程，加深了对冷却器设备的了解，而且学会了更深入的 利用图书馆及网上资