化工原理课程设计——煤油换热器的设计

湖南工业大学化工原理课程设计化工原理课程设计题目名称：煤油冷却器的设计学院（部）：包装与材料工程学院专业：应用化学学生姓名：班级：学号指导教师姓名：刘敏职称副教授最终评定成绩：2012年06月湖南工业大学化工原理课程设计2目录第一章前言…………………………………………………………1第二章设计题目及原始数据2.1设计任务及操作条件第三章换热器总体结构的选择………………………………………………13.1换热器的选型………………………………………………………………13.1.1换热器的分类…………………………………………………………12.1.4换热器的选型…………………………………………………………22.2材质的选择…………………………………………………………………22.3换热器其他结构设计……………………………………………………32.3.1管程机构…………………………………………………………32.3.2壳程结构…………………………………………………………32.3.3换热器材质的选择……………………………………………………3湖南工业大学化工原理课程设计3第三章列管式换热器的设计计算……………………………………43.1确定设计方案………………………………………………………………43.1.1选择换热器类型……………………………………………………43.3.2流动空间及流苏确定………………………………………………43.2确定物性参数……………………………………………………………43.3计算总传热系数………………………………………………………53.3.1热流量………………………………………………………………53.3.2平均传热温差…………………………………………………………53.3.3冷却水用量……………………………………………………………53.3.4总传热系数……………………………………………………………53.4计算传热面积………………………………………………………………63.5工艺结构尺寸………………………………………………………………63.5.1管径和管内流速………………………………………………………63.5.2管程数和传热管数……………………………………………………63.5.3平均传热温差校正及壳程……………………………………………73.5.4传热管排列和分程方法……………………………………………73.5.5壳体内径……………………………………………………………73.6.6折流板………………………………………………………………83.5.7接管………………………………………………………………83.6换热器核算………………………………………………………………83.6.1热量核算………………………………………………………………83.6.2换热器内流体的流动阻力…………………………………………10第四章计算结果一览表……………………………………………12结论……………………………………………………………………13参文文献……………………………………………………………14附录1油冷却器的设计任务书………………………………………15附录2符号说明………………………………………………………16湖南工业大学化工原理课程设计1第1章前言化工原理课程设计，是将所学的化工原理理论知识联系实际生产的重要环节。一方面，它要求综合运用物理，化学，化工原理，工程制图的理论知识，确定生产工艺流程和计算设备的尺寸；另一方面，又要求根据设计对象的具体特征，凭借设计者的经验（或借鉴前人的经验），灵活运用设计的诀窍，对所选设备，工艺过程以及各种参数进行合理的筛选，校正和优化，达到经济合理的生产要求。工业生产过程，两种物料之间的热交换一般是通过热交换器完成的，所以换热器的设计就显的尤为重要。换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方案并选用适当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸且根据实际流体的腐蚀性确定换热器的材料，根据换热器内的压力来确定其壁厚。第二章设计任务及操作条件1：处理能力10200Kg/h煤油2：设备形式列管式换热器3：操作条件（1）煤油：入口温度150℃，出口温度40℃（2）冷却介质：自来水入口温度30℃，出口温度40℃（3）允许压强降：不大于100Kpa（4）煤油定性温度下的物性数据：ρ=825Kg/m3，µ=7.15×10-4Pa·sCp=2.22KJ/(Kg·℃)，λ=0.14W/(m·℃)（5）每年按330天计，每天24h连续运行4：设计项目a)设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。b)换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。c)换热器的主要结构尺寸设计。d)主要辅助设备选型。e)绘制换热器总装配图。湖南工业大学化工原理课程设计2第2章设计方案说明2.1换热器型式的选择2.1.1换热器的分类换热器是化工，炼油工业中普遍应用的工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传给低温流体。根据传热方式可分为混合式换热器，蓄热式换热器，和间壁式换热器，其中间壁式换热器是工业中应用最为广泛的一类。其主要特点为：冷热流体被一固体间壁隔开，通过壁面进行转热。考虑到间壁式换热器设计技术比较成熟，而且国家在该类换热器的设计，制造，检验和验收等方面已有较为完善的设设计资料和系列化标准，因此选择间壁式换热器。2.1.2换热器的选型本次生产设计要求中，两流体温度变化情况：热流体进口温度150℃，出口温度40℃；冷流体（循环水）进口温度30℃，出口温度40℃。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换热器。固定管板式换热器两端管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单、价格低廉、管子里面易清洗。2.2材质的选择换热器的设计时，换热器的各种零件，部件的材料应根据设备的操作压力，操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺要求来选取。换热器的常用材料有：碳钢和不锈钢。据生产要求，冷热流体分别为水合煤油，均无腐蚀性化学性质比较稳定，以及生产经济合理，选择碳钢作为换热器的材料。湖南工业大学化工原理课程设计3第三章列管式换热器设计3.1确定计算方案3.1.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度150℃，出口温度40℃；冷流体（循环水）进口温度30℃，出口温度40℃。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换热器。3.1.2流动空间及流速的确定由于冷却循环水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用φ252.5mm的碳钢管，管内流速取错误!未找到引用源。。3.2确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为T=150+40\2=95℃管程流体的定性温度为根据第二章所提供的数据，可知：煤油在95℃下的有关物性数据如下：密度：ρ=825Kg/m3定压比热容：Cp0=2.22KJ/(Kg·℃)导热系数：λ0=0.14W/(m·℃)粘度：µ0=7.15×10-4Pa·s湖南工业大学化工原理课程设计4循环冷却水在35℃下的物性数据：密度：错误!未找到引用源。定压比热容：导热系数：粘度：错误!未找到引用源。3.3计算总传热系数3.3.1热流量=691900W推出qm.c=1.6576×10^4kg/h3.3.2平均传热温差3.3.3冷却水用量604.5810109632.3(/).4.1776(3828)ipiiQwKghCt3.3.4总传热系数K管程传热系数440.020.59941.371010100.000725iiieiduR0.80.40.023()()piiiiiiiiicdud湖南工业大学化工原理课程设计53340.80.4200.6264.174100.725100.023(1.37110)()0.020.6262998.06/(.)WmC壳程传热系数假设壳程的传热系数：200290/(.)WmC污垢热阻202000.000344(.)/0.000172(.)/sisRmCWRmCW管壁的导热系数osomoiosiiioRdbdddRdadK1110.0250.0250.00250.02510.0003440.0001722998.060.0200.020450.0225290=223.5520/(.)WmC3.4计算传热面积3.5工艺结构尺寸3.5.1管径和管内流速选用5.225传热管，取管内流速sm/.50ui。湖南工业大学化工原理课程设计63.5.2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5221.130210994.683600=201.22020.7850.020.54siVndu按单程管计算，所需的传热管长度为192.43L12.16()3.140.025202osSmdn按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热管管程数为12.1626pLNl（管程）传热管总根数2022404N（根）3.5.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数125408.54030R40300.10512530P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8.0825.0t平均传热温差)(69.3342.36925.0Cttmtm湖南工业大学化工原理课程设计73.5.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，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025.1dt，则1.252531.2532()tmm横过管束中心线的管数1.191.1940423.8624cnN（根）3.5.5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率.70，则壳体内径为4041.051.0532805.2()0.7NDtmm圆整可取:900()Dmm3.5.6.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0.25900225()hmm，故可取h=230(mm)取折流板间距B=0.3D，则0.3900270()Bmm，可取B=300mm折流板数BN=传热管长/折流板间距-1=6000119300（根）折流板圆缺面水平装配。3.5.7接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为，则接管内径为4425000/(3600825)0.1035()3.141Vdmu取标准管径为100mm。湖南工业大学化工原理课程设计8管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为，则接管内径为5441.103210/(3600994.68)0.1638()3.141.5Vdmu取标准管径为180mm。3.6换热器核算3.6.1热量核算（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用克恩公式00.551/30.1400000.36Pr()ewRd当量直径，由正三角形排列得222200334()4(0.0320.7850.025)2420.020()3.140.025etdmdd壳程流通截面积2000.025(1)0.300.9(1)0.05906()0.032dSBDmt壳程流体流速及雷诺数分别为025000/(3600779.8)0.143(/)0.05906ums040.0250.143825Re36418.110普兰特准数342.22108.110Pr12.840.140pc