化工原理柴油冷却器设计

1、长沙学院长 沙 学 院课程设计说明书题目柴油冷却器设计系(部)生物工程与环境科学系专业(班级)11级生物营养1班姓名欧阳东晓学号2011032136指导教师罗卓起止日期2013.5.202013.5.31系主任_张建社_ 指导教师_罗卓_ 学生_欧阳东晓_编号：1.03一、设计题目名称：年处理85000吨柴油油冷却器的设计 二、设计条件：1柴油：入口温度：145，出口温度：45；2冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度20，出口温度36）3允许压强降，不超过105Pa；4每年按330天计；每天24 h连续运转。5处理能力85000吨/年；6设备型式：列管式换热器。7柴油定性温度下的物性数

2、据见表1.1:表1.1柴油定性温度下的物性数据物料比热kJ/kg.密度kg/m3导热系数W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、设计内容1热量衡算及初步估算换热面积；2. 冷却器的选型及流动空间的选择；3. 冷却器的校核计算；4. 结构及附件设计计算；5绘制带控制点的工艺流程图（A2）及冷却器的工艺条件图（A2）；6编写设计说明书。四、厂址:长沙地区（大气压为10.28m水柱）五、设计任务完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写

3、设计说明书。六、设计时间安排二周：2013.5.202013.5.31 长沙学院课程设计鉴定表姓名欧阳东晓学号2011032136专业生物工程班级1班设计题目年处理85000吨柴油冷却器指导教师罗卓指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；目 录第1章 固定管板式柴油冷却器的设计11.1设计任务11.2设计条件11.3设计要求1第2章 固定管板式柴油冷却器的设计工艺计算书22.1确定设计方案2 2.1.1选定换热

4、器类型2 2.1.2选定流体流动空间及流速22.2确定物性数据22.3 计算总传热系数2 2.3.1每小时处理柴油的能力2 2.3.2热流量2 2.3.3冷却水用量3 2.3.4计算平均传热温差3 2.3.5总传热系数K32.4.计算传热面积42.5工艺结构尺寸4 2.5.1管径和管内流速4 2.5.2管程数和传热管数4 2.5.3平均传热温差校正及壳程数5 2.5.4传热管排列和分程方法5 2.5.5壳体内径5 2.5.6折流板5 2.5.7接管52.6 换热器核算6 2.6.1热量核算6 2.6.2换热器内流体的流动阻力72.7 附属设备8 2.7.1封头的设计8 2.7.2法兰的设计9第

5、3章 换热器主要结构尺寸和计算结果113.1主要结构尺寸113.2 符号说明12结 论14致 谢15参考文献16I第1章 固定管板式柴油冷却器的设计1.1设计任务1.处理能力：柴油85000吨/年2.设备形式：固定列管式换热器1.2设计条件1柴油：入口温度：145，出口温度：45；2冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度20，出口温度36）3允许压强降，不超过105Pa；4每年按330天计；每天24 h连续运转。5处理能力85000吨/年；6设备型式：列管式换热器。7柴油定性温度下的物性数据见表1.1:表1.柴油定性温度下的物性数据物料比热kJ/kg.密度kg/m3导热系数W/m.粘度P

6、a.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640 1.3设计要求完成卧式列管冷却器的工艺设计并进行校核计算，对冷却器的有关附属设备的进行设计和选用，绘制换热器系统带控制点的工艺流程图及设备的工艺条件图，编写设计说明书。第2章 固定管板式柴油冷却器的设计工艺计算书2.1确定设计方案两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。2.1.1选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体进口温度145，出口温度45；冷流体（循环水）进口温度20，出口温度36。该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体

7、壁温之差较大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2.1.2选定流体流动空间及流速由于循环水易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用252.5mm的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。2.2确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程油的定性温度为T=（145+45）/2=95（）管程流体的定性温度为t=（20+36）/2=28（）根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据见表2.1：表2.1定性温度下壳程和管程流体的有关物性数据物料比热kJ/kg.密度kg/m3导热系数W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.

8、000640资料来源化工原理手册2.3 计算总传热系数2.3.1每小时处理柴油的能力 qmo=2.3.2热流量 Q=qmoCpoto=107322.56103（145-45）=2.7474109J/h2.3.3冷却水用量 2.3.4计算平均传热温差 （以逆流计算） 2.3.5总传热系数K 2.3.5.1管程传热系数，故采用下式计算i 2.3.5.2壳程传热系数假设壳程给热系数 2.3.5.3污垢热阻 2.3.5.4.管壁的导热系数碳钢的导热系数。 2.3.5.5.总传热系数=2502.4.计算传热面积考虑15%的面积裕度，2.5工艺结构尺寸2.5.1管径和管内流速选用的碳钢换热管，管内流速2.

9、5.2管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数按单管程计算所需换热管的长度按单管程设计，传热管过长，现取传热管长，则该换热器的管程数为传热管的总根数2.5.3平均传热温差校正及壳程数按单壳程双管程结构，查单壳程图，得。于是。2.5.4传热管排列和分程方法采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距，则横过管束中心线的管数2.5.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径圆整取2.5.6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，取。取折流板间距为，则，取折流板数折流板圆缺水平面装配2.5.7接管壳程流体（原油）进

10、出口接管：取接管内原油流速为1.0m/s，则接管内径 取标准管径为 75.5mm3.75mm 管程流体（水）进出口接管，取接管内水的流速为1.5m/s，则接管内径取标准管径为 165mm4.50mm2.6 换热器核算2.6.1热量核算(1)壳程对流传热系数 对于圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径由正三角形排列得壳程流通截面积 壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为黏度校正 圆缺型挡板时， (2)管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为 (3)传热系数K(4)传热面积该换热器的实际换热面积该换热器的面积裕度为换热面积裕度合适，能够满足设计要求。2.6.2换热器内流体

11、的流动阻力(1)管程流动阻力（Ft结垢校正系数，Np管程数，Ns壳程数）取换热管的管壁粗糙度为0.01mm，则，而，查图得 对的管子有管程阻力在允许的范围之内。(2)对壳程有折流挡板时，计算壳程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法计算结果与实际数据的一致性较好，但计算比较麻烦，而且对换热器的结构尺寸要求较详细。工程计算中常采用Esso法，该法的计算公式如下：（Fs为结垢校正系数，对液体Fs=1.15，Ns为壳程数）流体流经管束的阻力F为管子排列方式对压强降的校正系数，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形错列时，。为壳程流体的摩擦系数，当为横过管束中心线的管数，。折

12、流板数流体流经折流板缺口的阻力 折流板间距，B=150mm,D=500mm该换热器的管程与壳程压降均满足要求，故所设计的换热器合适。2.7 附属设备2.7.1封头的设计选用标准：选取椭圆形封头（JB1153-73）具体尺寸见图2.1及表2.2图2.1 椭圆形封头的结构示意图表2.2 封头Dg4004,JB1154-73公称直Dg(mm)曲面高h1(mm)直边高度h2(mm)厚度(mm)5001252542.7.2法兰的设计容器法兰的选择： 选用标准：JB47004707-2000压力容器甲型平焊法兰。具体尺寸见图2.2。图2.2 PN=0.25MPa甲型平焊法兰管法兰的选择选用标准：HG205

13、93-97 板式平焊钢制管法兰（欧洲体系）。具体尺寸见图2.3。图2.3 PN=0.25MPa板式平焊钢制法兰（PL）第3章 换热器主要结构尺寸和计算结果3.1主要结构尺寸 换热器主要结构尺寸和计算结果见表3.1表3.1换热器主要结构尺寸和计算结果管子直径/mm法兰内径/mm螺栓孔中心圆直径/mm公称直径/mm螺栓孔直径/mm法兰外径/mm法兰厚度/mm壳程进出口75.588.9110501414016管程进出口165219.11701001821018换热器型式：带热补偿非标准的固定管板式管子规格252.5mm管数144根管长6m换热面积：60m2间距mm32排列方式正三角形工艺参数折流板型

14、式上下间距150mm切口25%设备名称管程壳程壳体内径500mm保温层厚度无需保温物料名称循环水柴油接管表操作压力MPa0.40.3序号尺寸用途连接型式操作温度20/36145/451DN100循环水入口平面流量kg/h39933107322DN100循环水入口平面密度kg/m39948603DN50柴油入口平面流速m/s0.50.2204DN50柴油入口平面传热量kW2.74747x106附工艺条件图（略）总传热系数W/m2K374.5对流传热系数W/m2K2905625污垢热阻，m2K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程数21推荐使用材料碳钢碳

15、钢 3.2 符号说明英文字母B 折流板间距,m；d 管径,m；D 换热器外壳内径,m；F 摩擦系数；h 圆缺高度，m；K 总传热系数，W/（m2oC）；L 管长，m；N 管程；NB折流板数；P 压力，Pa；Pr 普兰特准数；R 热阻，m2oC/WRe雷诺准数；S 传热面积，m2；T 热流体温度，oC；t 冷流体温度，oC；u 流速，m/S；W质量流量，Kg/S；希腊字母对流传热系数；W/（m2oC）；有限差值；导热系数，W/（m2oC）；粘度，Pas；密度，Kg/m3；下标c 冷流体；h 热流体；i 管内；m 平均；o 管外；s 污垢；Ft结垢校正系数,对于的管子,取1.4Np-管程数Ns壳程

16、数结 论这次的课程设计花了两周时间，经过了计算、核算、画流程图和换热器图等步骤。几乎每个步骤都经过了这样那样一系列的问题，然后翻书找资料跟同学讨论花了不少时间和精力才把问题弄清楚，尤其是画换热器的图，每个地方都经过了无数次的修改才得以完成。课程设计真的认真做下来比上课可吃力多了，但是同时得到的收获也更多。比如，经过计算我们把已经抛诸脑后的化工原理的相关知识重新回顾和巩固了一遍，加深了对书本上的知识的理解；通过画流程图，我们能够把书本和生产实际联系起来，也明白真正的生产远不是就像我们课程设计做的这么简单，也更能加深我们对实际生产流程的理解；而且通过画换热器和流程图，我们不仅巩固了以前老师教的制图

17、知识，更是培养了自己的耐心与认真的态度。总之，这次的课程设计虽然期间困难重重，但我们还是完满地完成了任务，而且收益良多，也锻炼了我们的意志力。致 谢历时将近两周的时间终于将这份课程设计说明书完成，在写作过程中遇到了很多的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。其中要强烈感谢我的课程设计指导老师宋勇老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行说明书的修改。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！再者，就是热心的同学们，他们热心与我讨论，帮助我完成更项任务！感谢这篇课程设计所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇课程设计的写作。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之