(完整版)化工原理课程设计---煤油冷却器的设计

2.1
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各换热器，且它们是这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
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，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器大的机构尺寸。
4、冷水T入=30℃，T出=40℃
5、⊿P<=105Pa
6、煤油ρ=825Kg/m3，µ=7.15×10-4Pa.S CV=2.22kJ/(Kg.℃)
7、λ= 0.14W/（m.℃）
8、每年按330天计，每天24小时连续进行。
1.3
试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务，绘制设备图，编制一份设计说明书（电子稿）。
煤油在90℃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λ。=0.140W/(m·℃)
粘度µo=0.000715Pa·s
循环冷却水在35℃的有关物性数据如下：
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
4.4
4.4.1 热流量
每小时处理力
式中 Wo—流体的质量流量 kg／h
Cpo—流体的平均定压比热容，kJ／（kg·℃）
To—热流体的温度，℃
4.4.2 平均传热温差
(℃)
4.4.3 冷却水用量
式中 t—冷流体的温度，℃
4.4.4 总传热系数
管层传热系数
Re=
=
壳程传热系数
பைடு நூலகம்1.根据换热任务和有关要求确定设计方案；
2.初步确定换热器的结构和尺寸；
3.核算换热器的传热面积和流体阻力；
4.确定换热器的工艺结构。
2.2
工艺流程图
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140℃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。
假设壳程传热系数
污垢热阻
管壁的导热系数
4.5
考虑15%的面积裕度，
4.6
4.6.1 管径和管内流速
选用φ20×2.5传热管（碳钢），取管内流速
4.6.2 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
（根）
按单程管计算，所需的传热管长度
课程设计
课程名称
化工原理课程设计
题目名称
煤油冷却器的设计
专业班级
08级食品科学与工程（2）班
学生姓名
纪平平
学 号
50806022006
指导教师
赵大庆
二O一O年十二月三十日
煤油冷却器的设计
1 《化工原理》课程设计任务书
1.1
煤油冷却器的设计
1.2
1、处理能力2.6×104t/Y
2、设备形式列管式
3、煤油T入=140℃，T出=40℃
列管式换热器的应用已有很悠久的历史。在化工、石油、能源设备等部门，列管式换热器仍是主要的换热设备。列管换热器的设计资料已较为完善，已有系列化标准。目前我国列管换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式（即列管式）换热器”（GB151）标准执行。
列管式换热器主要有固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管换热器和填料函式换热器等。
3 生产条件的确定
设计一列管式煤油换热器，完成年冷却2.6×104t煤油的任务，具体要求如下：煤油进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度40℃；每年按330天计，24小时/天连续进行。
4 换热器的设计计算
4.
两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。由于该换热器的管壁温度和壳体温度有较大温差，故选用带膨胀节的固定版式换热器。
热力设计是指，根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备。
结构计算指的是根据传热面积的大小计算器主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目及布置以及连接管的尺寸，等等。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：
固定管板式换热器有结构简单、排管多等优点。但由于结构紧凑，固定管板式换热器的壳侧不易清洗，而且当管束和壳体之间的温差太大时，管子和管板易发生脱离，故不适用与温差大的场合。
浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷进行了改进。两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端可相对与壳体移动。故这种换热器的管束膨胀不受壳体的约束，而且易于清洗和检修，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。但其结构复杂、笨重、造价高限制了它的使用。
填料函式换热器也只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨胀，结构比浮头式简单，造价较低。但填料函易泄露，故壳程压力不宜过高，也不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒的场合。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及前度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用要求，均需进行这方面的工作。
4.
实际生产中，冷却水一般为循环水，而循环水易结垢，为便于清洗，应采用冷却水走管程，煤油走壳程。选用φ20×2.5的碳钢管，管内流速设为ui=0.5m/s。
4.3
定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程煤油的定性温度：
T= =90（℃）
管程流体的定性温度：
T= =35(℃)
根据定性温度，分别插取壳程和管程流体的有关物性数据。
U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。这类换热器的特点有：管束可以自由伸缩，热补偿性能好；双管程，流程长，流速高，传热性能好；承压能力强；管束可以从壳体中抽出，且结构简单，造价低。但其管数少且易短流。故仅适用于管壳壁温差较大，或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。