煤油冷却器设计new

化工原理课程设计课程设计在化工设计中的地位车间工艺设计项目化工计算；方案设计；设备选型或设计计算；车间布置设计；化工管路布置设计；给非工艺部分提条件；编写设计说明书；编写概预算。从上述可见化工原理课程设计属于工艺设计的初步设计阶段，内容为车间某工段的主体设备，包括方案设计、化工计算、设备选型或设计计算。课程设计的目的和要求巩固和掌握本课程的主要内容培养综合运用所学知识解决生产实际问题的能力掌握化工设备的工艺设计程序、方法、和有关的设计原则。包括查阅资料、正确选取工艺数据、搜集有关公式和使用图表手册的能力、正确进行工程计算和使用计算机辅助设计的能力树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内容具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己的设计思想与设计成果的能力熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范课程设计的步骤下达课程设计任务书根据任务书的要求拟定设计步骤、设计方案、设计进度查阅参考资料，收集有关数据和公式设计方案的确定及论述、设备的工艺计算、绘图、对设计结果的评述和编写设计说明书课程设计的内容和应提交的成果一、课程设计说明书

1、封面

学校名称、化工原理课程说明书、设计题目、专业班级、设计者姓名、指导教师和设计完成日期

2、设计任务书

设计任务书是设计者的设计依据，是设计工作的指令性文件。它规定设计的规模、原则、条件和要求。设计任务书一般包括：设计题目和设计条件（物系、流量或生产能力、组成、操作的温度及压力等），设计计算的项目或内容，对设计结果的要求等

3、目录

4、概述或前言

本部分内容无统一的要求，设计者可以充分表达自己的设计意图及考虑的主要问题。一般应包括设备结构的选型、设计方案确定的原则和流程图等。

⑴设计方案的确定设计方案的确定，实质上就是工艺条件、设备选型和流程配置的确定。工艺条件包括的内容较多，如操作的压力与温度，物料在设备内的流向，适宜的流速、进料状态、加热剂或冷却剂的选用、吸收剂和填料的选择、热能的综合利用等。确定设计方案的原则：①满足设计任务书规定的要求。②经济上要合理。③保证安全生产。

⑵设备的结构形式根据处理量的大小、操作条件、物系性质、是否含悬浮物、腐蚀性、热敏性、雾沫和结垢等情况，选定设备的结构类型和物系在设备内的流向。

⑶设备材料的选择和保温选择设备的材料必须根据设备的操作条件和物系的性质，考虑设备的结构形式，要便于加工制造，经济合理。凡能用普通材料，就少用或不用贵重稀缺材料。当设备内部液体的温度高于或低于环境温度要考虑保温或保冷。本设计中只需说明选择设备材料的依据和需要保温的原因即可。

5、设备的工艺计算

这是课程设计的重点部分，其任务是要计算出设备外形的主要尺寸和设备内部的结构尺寸。

6、设备零部件和辅助设备计算或选型

设计中定型设备可根据工艺条件按国家标准或产品目录直接选用。非定型设备的设计也必须选择零部件及结构。

7、设计结果汇总表

主要汇总典型设备的操作条件、工艺结构尺寸和有关的重要参数，它是绘制设备结构图的依据，同时便于查找数据或方案比较。

8、参考资料

按论文要求列出所有的参考资料。二、设备结构图绘制工艺尺寸图(A2比例自定)按工艺尺寸及比例绘出设备的形状和各部件的相对位置，标出重要的、必须的工艺尺寸和零部件定位尺寸绘制管口方位图绘制主要部件图标题栏明细表接管表技术特性表.标题栏设备结构图部件图技术特性表管口表明细表设备结构图部件图管口表技术特性表管口方位图标题栏明细表管口方位图（图面布置形式）列管式换热器的设计计算（1）非系列标准换热器的一般设计步骤

①了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。

②由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

③决定流体通入的空间。

④计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据。

⑤初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后再校核。

⑥选取管径和管内流速。

⑦计算传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算。由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此一般先假定一个壳程对流传热系数，以计算K值，然后再作校核。

⑧初估传热面积。考虑安全系数和初估性质，常取实际传热面积是计算值的1.15~1.25倍。⑨选择管长L。

⑩计算管数N。

⑾校核管内流速，确定管程数。

⑿画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等。

⒀校核壳程对流传热系数。

⒁校核有效平均温差。

⒂校核传热面积，应有一定安全系数，否则需重新设计。

⒃计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设计，直至满意为止。设计任务：某生产过程中，需将5050.5kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力不大于0.5MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。①了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。

②由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

③决定流体通入的空间。管程：水壳程：煤油④计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据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，油品走壳程。油在90℃下的有关物性数据如下：

密度ρo=825kg/m3

定压比热容cpo=2.22kJ/(kg·℃)

导热系数λo=0.140W/(m·℃)

粘度μo=0.000715Pa·s循环冷却水在35℃下的物性数据：

密度ρi=994kg/m3

定压比热容cpi=4.08kJ/(kg·℃)

导热系数λi=0.626W/(m·℃)

粘度μi=0.000725Pa·s

⑤初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后再校核⑥选取管径和管内流速。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.6m/ｓ。该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，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

⑦计算传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算。壳程传热系数

假设壳程的传热系数αo=290W/(m2·℃)；

污垢热阻Rsi=0.000344m2·℃/W,Rso=0.000172m2·℃/W

管壁的导热系数λ=45W/(m·℃)

=221.87W/(m·℃)考虑15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×41.3=47.5(m2)。⑧初估传热面积。考虑安全系数和初估性质，常取实际传热面积是计算值的1.15~1.25倍。Qo=qocpoΔto=5050.5×2.22×(140-40)=1.12×106kJ/h=311.42(kW)⑨选择管长L。

(管程数)

⑩计算管数N。⑾校核管内流速，确定管程数。传热管总根数

N=41×2=82(根)

壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为

(mm)

圆整可取D＝400mm

⑿画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等。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％，切去的圆缺高度为h＝0.25×400＝100(mm)。

取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×400＝120(mm)，可取B为150。

折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)

折流板圆缺面水平装配。采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0，则

t=1.25×25=31.25≈32(mm)横过管束中心线的管数

(根)

接管

壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u＝1.0m/s，则接管内径为取标准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速

u＝1.5m/s，则接管内径为⒀校核壳程对流传热系数当量直径，由正三角形排列得

壳程流通截面积

壳程流体流速及其雷诺数分别为②管程对流传热系数普兰特准数

粘度校正

管程流通截面积

管程流体流速

W/(m2·℃)传热系数K

=346.45W/(m·℃)

⒁校核有效平均温差。按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得φΔt=0.82R=0.1,P=0.91R=10,P=0.091平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.82×39=32(℃)⒂校核传热面积，应有一定安全系数，否则需重新设计

(m2)

该换热器的实际传热面积Sp

(m2)

该换热器的面积裕度为

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。⒃计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设计，直至满意为止①管程流动阻力

∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp

Ns=1,Np=2,Ft=1.5由Re＝16357，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi＝0.031，

流速ui＝0.596m/s，ρ＝994kg/m3，所以管程流动阻力在允许范围之内。

②壳程阻力

∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs

Ns＝l，Ft＝l流体流经管束的阻力

流体流过折流板缺口的阻力总阻力

∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs

=（2128.19＋1481.37）×1.15＝4150.99(Pa)＜10kPa壳程流动阻力也比较适宜。③换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13。

表2-13换热器主要结构尺寸和计算结果

换热器形式：固定管板式管口表换热面积（m2）:48符号尺寸用途连接型式工艺参数aDN80循环水入口平面名称管程壳程bDN80循环水出口平面物料名称循环水油cDN50油品入口凹凸面操作压力，MPa0.40.3dDN50油品出口凹凸面操作温度，℃30/40140/40eDN20排气口凹凸面流量，kg/h274815050.5fDN20放净口凹凸面流体密度，kg/m3994825

附图