重油冷却器设计

重油冷却器的设计课程名称:课程设计题目：课程名称:课程设计题目：化工原理重油冷却器的设计学号:学号:系部:专业:学生姓名:班级:指导教师姓名:设计完成时间:化工原理课程设计任务书一、 设计题目重油冷却器的设计二、 设计任务及操作条件1、 处理能力：1.8xl04t/a重油2、 设备型式：标准列管式换热器3、 操作条件釜残油：重油，入口温度102°C，出口温度40°C。冷却介质：井水，入口温度19C，出口温度30°C。换热器管程和壳程压强降：不大于100kPa。重油在平均温度下的物性数据：p=986kg/m3y=2.9xlO-3Pa.scp=1.99kJ/(kg・°C)九=0.136W/(m・°C)每年按330天计，每天24小时连续运行。4、 建厂地址：本溪地区三、 设计计算内容：1、 传热面积、换热管根数；2、 确定管束的排列方式、程数、折流板的规格和数量等；3、 壳体的内径；4、 冷、热流体进、出口管径；5、 核算总传热系数；6、 管壳程流体阻力校核。四、设计成果:设计说明书一份。五、设计时间一周。六、设计进程:指导教师布置实践题目0.5天设计方案确定0.5天工艺计算2.0天绘图0.5天编写实践说明书1.0天答辩0.5天目录TOC\o"1-5"\h\z化工原理课程设计任务书 I\o"CurrentDocument"1概述 1\o"CurrentDocument"2换热器的工艺计算 32.1基础物性数据 32.2换热器面积的估算 32.2.1热负荷计算 32.2.2平均传热温差及其校正 3传热面积 4\o"CurrentDocument"2.3换热器工艺尺寸的计算 42.3.1壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算 42.3.2折流板的选择 5接管 5\o"CurrentDocument"3换热器核算 63.1传热能力的核算 63.1.1管程的对流传热系数 63.1.2壳程的对流传热系数 63.1.3污垢热阻和管壁热阻 63.1.4总传热系数 73.2传热面积核算 73.3换热器流体阻力计算 73.3.1管程流体阻力计算 73.3.2壳程流体阻力计算 8\o"CurrentDocument"设计结果汇总 9\o"CurrentDocument"设计评述 10\o"CurrentDocument"参考文献 11附录 121概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量;另一种流体则温度较低，吸收热量。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们也是这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。列管式换热器有以下几种：1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时,补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。1-折流挡板；2-管束；3-壳体；4-封头；5-接管；6-管板图1-1固定管板式换热器特点：垢的物料。结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结2、U形管式U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。

图1-2U形管式换热器特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。3、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。图1-3浮头式换热器特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。

2换热器的工艺计算2.1基础物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程重油的定性温度T=(102+40)/2=71°C管程井水的定性温度T=(19+30)/2=24.5°C根据定性温度，分别查取管程和壳程流体的有关物性数据。物性参数表流体t,Cp,kg/m3“,mPa・s重油719862.9井水24.3994.30.890流体cp,kJ/(kg.°C)久，W/(m・°C)腐蚀性重油1.990.136有井水4.1740.618一2.2换热器面积的估算2.1热负荷计算重油的质量流量:1.8X重油的质量流量:1.8X104X103m=0 330X24=2272kg/h热流量:Q=mc(T-T)=2272x1.99x(102-40)=2.8x10skJ/h=2.184x10sW0 0p2 1 22.2平均传热温差及其校正T=102°C T=40°C t=19°CAtAt—AtAt= + 2m AtIni

At=41.39C(102—30)—(40—19)=41.39Ci102—30In40—19cc—~2~ 门T-T102-40匕厂R= 2= =5.6t-t 30-1912

P=li^=30-19=0.13T-1 102-1912查图求得温差修正系数申=0.93,At所以At=At'申=41.93x0.93=38.49°Cm mAt2.2.3传热面积初选k=240w/(m2.C),所以A= = =23.6m2kAt 240x38.49m选用的换热器的面积一般应比计算值大10%—15%,故A'=1.15x23.6=27.14m2根据传热面积，查书后附录十九可知：选用Q25x2.5传热管(碳钢)换热管长度L=3000mm管程的流通截面积为s=0.0198m2公称直径DN=450mm管程数为2管子数为N=126中心管排数为n=12c管心距t=32mm2.2.4净水用量QcAQcAt2.8x1054.174x(30-19)=6098.36kg/h2.3换热器工艺尺寸的计算2.3.1壳程流通截面积、流速及雷诺数的计算|n 打26壳程内径：D=1.05\：-=1.05532气:而=450.8mm采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径为25%，则切去圆缺高

度为h=0.25x450=112.5mm,可取h=110mm取折流挡板间距B二0.3D二0.3x450.8二135.24mm，可取B=0.15m故流通截面积：A=(D-nd)B=(0.45-12x0.02)x0.15二0.0315m22流速：u= 0 2 3600pA222272—3600x986x0.0315—0.023"/'当量直径：de4(流速：u= 0 2 3600pA222272—3600x986x0.0315—0.023"/'当量直径：de4(■3 兀 、:3 兀12-—d2)4x( x0.0322-_x0.0252)2 □= 2 4 =0.02mm—d —x0.0250雷诺数：Re2upd0.023x986x0.02=-^-2e= =156.422.9x10-3Re'=2upd0.023x986x0.025^-0= =195.5H 2.9x10-32由以上核算看出,初选的换热器，管程、壳程的流速和雷诺数都是合适的。2.3.2折流板的选择折流板数:NB=B-1=警-1=19(块)2.3.3接管壳程流体进出口接管：取接管内重油流速为u1=1.0m/s，则接管内径为:’ ！4V； 4x2272d= 1=1 —u 3600x986x3.14x1.0丫1=0.029m取整后圆管内径可取为30mm。管程流体进出口接管：取接管内井水水流速u=1.5m/s，则接管内径为:■4V:可/ 4x6098.363600x994.3x3.14x1.5=0.038m取整后圆管内径也可取为40mm。33换热器核算3.1传热能力的核算1.1管程的对流传热系数设管内流速u=0.6m/s1雷诺数：Re=空幺1卩0.6x994.3雷诺数：Re=空幺1卩0.6x994.3x0.020.89x10-3=13406>104普朗特数：Pr11卩c10.890x10-3x4.174x10-30.624=5.953a=0.023伫Re0$Pr0.3=0.023x0624x(13406)。$x5.9530.3=2455.5W/(m2・1 d1 1 0.021°C)1.2壳程的对流传热系数对弓形折流板，可采用克恩公式九 /a=0.36tRc0.55Pr13申2d2 2卩e雷诺数Re=156.42普朗特数Pr2卩c 2.9x10-3x1.99x10普朗特数Pr20.136^-p2= =42.430.136九2因壳程流体被冷却’故取粘度校正忖"2=0.36^Re20-55Pr1/3忙°036x器x156恥5xd31"x1^=5853W/e(m2•C)3.1.3污垢热阻和管壁热阻R=0.00058m2・K-W-11R=0.00176m2・K-W-123.1.4总传热系数K=dDK=dDd

ad1d1000.022455.5x0.025+0.00058x1~~bd-—T+ 1+R+九d 2am 210.02—0.0025x0.02 1~+ +0.00176+0.025 45x0.0225 585.3=234w/(m2「c)3.2传热面积核算传热面积：A传热面积：A=暑m2184竺二24.2402234x38.49该换热器的实际传热面积：AndLN二3.14x0.025x3x126二29.67m20该换热器的实际传热面积：AndLN二3.14x0.025x3x126二29.67m20a'-a 2967一2424该换热器的面积裕度：H= x100%= x100%=22.4%A 24.24传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务3.3换热器流体阻力计算3.3.1管程流体阻力计算Ap=(ApAp)FNNtF=1.4tAp=九1"Lpu2，1d21工匚u2p 3u2p= 1Q 126098.363600ps3600x994.3x0.01981=0.086m/sLpu2=九 1—1—1d213 0.086x994.3=0.624xx0.022=344.16PaAp.1A 3u2pAprr3x0.0862994.32=11.03Pa所以管程总压降:Ap二(ApAp)FNNt i+rtsp=(344.16+11.03)x1.4xlx2二994.63Pa<100kpa管程流动阻力在允许范围之内。3.3.2壳程流体阻力计算Ap=(Ap+Ap)FNs 1 2s其中N=1F=1.15s s流体流经管束的阻力：A叮％Nb+1）学其中F=0.55.05.00其中F=0.55.05.00Re022805.00.023x0.025x9862.9x10-31.6n=12N=19c Bu=0.023m/s2AAP1=f竹+1)学0.5x0.5x1.6x(19+1)986x0.02322=4.17Pa流体流过折流板缺口的阻力:Ap=N(3.5-2h)吆2b'd22x0.11、986x0.0232=19x(3.5— )x0.45=14.92Pa总阻力:Ap=(Ap+Ap)FNs 1 2ss=(4.17+14.92)x1.15x1=21.95Pa<100kpa壳程流动阻力也比较适宜。

设计结果汇总名称管程壳程换热器型式固定管板式使用材料碳钢碳钢管子规格①252.5管数，根126管长，mm3000管间距，mm32中心排管数nc12管子排列方式正三角形折流挡板型式弓形折流挡板间距，mm150折流挡板切口高度25%壳体内径，mm450程数21流通面积，m20.01980.0315传热面积，m224.24物料名称井水重油操作压力，MPa0.000990.000022操作温度，°C（进/出）30/19102/40流量，kg/h6098.362272流速，m/s0.0860.023热负荷，kw1038.8流体流动形式逆流对流传热系数，w/m2・k2455.5585.5总传热系数，w/m2・k234裕度22.4%压力降，Pa994.6321.95设计评述经过了一个星期的学习和工作，我终于完成了本次化工原理课程设计《重油冷却器的设计》，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对课程设计一无所知，对CAD制图等相关技术不是很了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩设计一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。通过这次课程设计使我充分理解了实践的重要性，尤其要把理论和实践结合起来，我们利用课本上学到的知识去解决实际问题，设计时要有一个明确的思路,要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合适的设计参数。在做计算这一部分的时候，由于一开始思路和素质的错误，导致所有的努力付诸东流。但是从中发现了错误，总结了经验是值得兴慰的，为以后的成功奠定了基础。本次课程设计的训练让我对自己的专业有了更加深刻的认识，这对我们的继续学习是一个考验，虽然我的课程设计不是很成熟，还有很多不足之处，但通过课程设计，使我树立正确的设计思想，培养了实事求是、严肃认真的工作态度。参考文献［1］ 袁庆龙，候文义.Ni-P合金镀层组织形貌及显微硬度研究［J］.太原理工大学学报，2001，32（1）：51-53.（连续出版物：［序号］主要责任者.文献题名［J］.刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码）［2］ 刘国钧，王连成.图书馆史研究［M］.北京：高等教育出版社，1979：15-18,31.（专著：［序号］主要责任者.文献题名［M］.出版地：出版者，出版年：起止页码.）［3］ 孙品一.高校学报编辑工作现代化特征［C］.中国高等学校自然科学学报研究会.科技