煤油冷却器课程设计模板

煤油冷却器课程设计长沙学院课程设计说明书起止日期.5.28616化工原理课程设计任务书系主任____________ 指导教师 ______________ 学生__戴姣______ 2班编号：227一、设计题目名称：煤油冷却器的设计二、设计条件：1. 煤油：入口温度：130 C ,出口温度：50 C ;2. 冷却介质，循环水(P为0.3MPa,进口温度28C ,出口温度40C )3. 允许压强降，不超过105Pa;4 .每年按300天计;每天24 h连续运转。

5 .处理能力65000吨/年；6. 设备型式：列管式换热器。

7. 煤油定性温度下的物性数据：c 825kg/m3, c 7.15 10 4Pa s, c p,c 2.22kJ/(kg C, c 0.14W/ (m C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( A3) 及冷却器的工艺条件图( A3) ;6．编写设计说明书。

四、厂址: 长沙地区五、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, 编写设计说明书。

六、设计时间安排三周: 5月28日- 6月16第一章长沙学院课程设计鉴定表资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。

目录第1章设计方案简介 (1)1.1 换热器概述 (1)1.2列管式换热器 (1)1.2.1 固定管板式 (1)1.2.3U 形管式 (3)1.3 设计方案的拟定 (3)1.4工艺流程简图（见附图） (4)第二章工艺计算和主体设备设计 (4)2.1 初选换热器类型 (4)2.2 管程安排及流速确定 (5)2.3确定物性数据 (6)2.4 计算总传热系数 (6)第三章工艺结构设计 (10)3.1. .......................................................................................................... 管径和管内流速.. (10)3.2. .......................................................................................................... 管程数和传热管数 (10)资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。

3.3. .......................................................................................................... 平均传热温差校正及壳程数. (11)第四章换热器核算 (18)第五章辅助设备的计算和选型 (24)第六章设计结果表汇 (27)参考文献 (28)化工原理课程设计之心得体会 (30)第1章设计方案简介1.1 换热器概述换热器是化工, 炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。

在化工厂, 换热器的费用约占总费用的10%~20%, 在炼油厂约占总费用35%~40% 。

换热器在其它部门, 如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。

因此, 设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器, 即简称换热器, 是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

换热器的类型按传热方式的不同可分为: 混合式、蓄热式和间壁式。

其中间壁式换热器应用最广泛。

1.2 列管式换热器因设计需要,下面简单介绍下列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器, 在化工生产中被广泛应用。

它的结构简单、坚固、制造较容易, 处理能力大, 适应性能, 操作弹性较大, 特别在高温、高压和大型装置中使用更为普遍。

1.2.1 固定管板式固定管板式即两端管板和壳体连结成一体, 因此它具有结构简单造价低廉的优点。

可是由于壳程不易检修和清洗, 因此壳方流体应是较为洁资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。

净且不易结垢的物料。

当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。

有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性形变，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。

这种热补偿方法简便，但不宜用于两流体温度差太大和壳方流体压强过高的场合。

见图 1.1 [2]。

1-挡板2-补偿圈3-放气嘴图1.1.固定管板式换热器的示意图1.2.2浮头式这种换热器有一段管板不与壳体相连，可沿轴向自由伸缩。

这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时，整个管束能够从壳体中抽出。

因此，尽管其架构较复杂，造价较高，但应用仍较普遍。

见图1.2[2]。

图12浮头式换热器示意图1.2.3U形管式每根管子都弯成U形，两端固定在同一个管板上，因此，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。

这种结构较简单，质量轻，适用于高温高压条件。

其缺点是管内不易清洗，而且因为管子要有一定的弯曲半径,其管板利用率较低。

见图 1.2[1]。

图1.3.U形管式换热器示意图1.3设计方案的拟定根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器的固定管板式换热器；再根据冷热流体的性质，判断其是否容易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。

本设计中选择使循环工业硬水走管程，煤油走壳程。

从资料中查得冷热流体的物性数据，如比热容,密度，粘度，导热系数等。

计算出总传热系数，再计算传热面积。

根据管径，管内流速确定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等。

然后校正传热温差及壳程数，确定传热管排列方式和分程方法。

根据设计步骤, 计算出壳体内径, 选择折流板, 确定板间距, 折流板数等; 接着再对换热器的热量, 官称对流传热系数, 传热系数, 传热面积进行核算, 再算出面积裕度, 最后, 对流体的流动阻力进行计算。

1.4工艺流程简图( 见附图)第二章工艺计算和主体设备设计2.1 初选换热器类型两流体的温度变化情况如下:(1) 煤油：入口温度130C ,出口温度50C ;(2) 冷却介质：自来水，入口温度28C ,出口温度40C ;该换热器用循环冷却自来水进行冷却, 冬季操作时, 其进口温度会降低考略到这一因素, 估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大, 需考虑热膨胀的影响, 相应地进行热膨胀的补偿, 故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。

2.2管程安排及流速确定已知两流体允许压强降不大于100kPa;两流体分别为煤油和自来水。

与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。

由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程，而使煤油走壳程。

选用①25 X 2.5的碳钢管,管内流速取U i=0.5m/s。

参考数据见表2.1,表2.2⑴。

表2.1.列管式换热器内的适宜流速范围表2.2不冋粘度液体的流速（以普通钢壁为例）液体粘度/mPa. s1500〜> 1500 500〜100 100〜35 35〜1 V 1 500最大流速0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 /( m/s)2.3确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进 出口温度的平均值。

壳程流体（煤油）的定性温度为：T 竺旦 90 C2管程流体（硬水）的定性温度为：T 竺空 34 C2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2.3【1]表2.3•物性数据密度 /( kg /m3)比热容/( kJ/kg ?C )粘度/( Pa ?导热系数/( W/m s)?C )煤油 825 2.227.15 X 10-4 0.14水 34C )993.95 4.174 7.27 X 10-40.62（1）.煤油的流量已知要求处理能力为 16.5万吨煤油每年（每年按300天计，每天24小 时连续运行）,则煤油的流量为：Wh----热流体的流量，kg/h;Wh65000 103 300 24(2).热流量由以上的计算结果以及题目已知 ，代入下面的式子，有： Q=W h C ph (T i -T 2)=9027.78Kg/h x 2.22kJ/kg. C x ( 130-50) C= 1603333.73KJ/h =4.45 10X W (3) .平均传热温差计算两流体的平均传热温差，暂时按单壳程、多管程计算 逆流时，我们有 煤油：130C — 50C 水：40C — 28 C从而t m '= 130-40 - 50-28 ,130-40 In 50-28此时式子中：T1,T 2――热流体(煤油)的进出口温度，K 或C ;冷流体(自来水)的进出口温度，K 或C ;48.28 CP=t 2T 1 t 1t 1 40-28130-28 0.12R=T 1 t 2 T 2 t 1130-50 40-28可查得：t =0.84⑴＞ 0.8,因此，修正后的传热温度差为t m = t m ' t 0.84 48.28 40.55 °C(4) .冷却水用量由以上的计算结果以及已知条件 ，很容易算得:(5) .总传热系数K选择时，除要考虑流体的物性和操作条件外，还应考虑换热器的类型。

1.管程传热系数 0.02 0.5 993.957.27 10 413672a )=0.023」(^^」)0.8(1)04d iii=0.023-\R e1)0.8(Pr 1)0.4 0.023 062 136720'8 5.41” 2747 W/m 2? C d i 0.02 2.壳程传热系数：假设壳程的传热系数是：°=500W/m 2? C污垢热阻：R si =0.000344m 2C /WR so =0.000172 m 2C /WWc=___ Q C pc (t 254.45 10= 4.174 103 40-28 t i )8.88Kg SRe1 = Re idu iic pPr1 =i4174 7.27 10-40.624.89管壁的导热系数： =45 m 2C /W 管壁厚度： b=0.0025 内外平均厚度：dm=0.0225在下面的公式中，代入以上数据，可得考虑15%的面积裕度，则:S 1.15S' 39.36m 2d od o bd oRsii did i d i2320.6W/(m C)(6) .计算传热面积由以上的计算数据，代入下面的公式，计算传热面积S'Q Ki m4.45 105 320.6 40.5534.23m 2第三章工艺结构设计3.1.管径和管内流速选用①25 X 2.5的碳钢管，管长6m,管内流速取ui=0.5m/s32管程数和传热管数根据传热管的内径和流速，能够确定单程管子根数：V i ns= —57d i 54按单程计算，所需传热管的长度是S39.36 ° cL8.8mdo% 3.14 0.025 57若按单程管计算，传热管过长，宜采用多管程结构，可见取传热管长l=6m, 则 该 传 热 管 程 数 为 N p L 8.8 2（管程）l 6则传热管的总根数为：N N P n s 2 57114（根）33平均传热温差校正及壳程数t —(130 40) (50 28)48.28 C此时:可查得：t =0.84【1] > 0.8,因此，修正后的传热温度差为t m = t m ' t 48.28 0.84 40.55 °C于是,校正后的平均传热温差是 40.55C ,壳程数为单程，管程数为2<3.4.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。