管式换热器(煤油冷却器)的设计

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09级生物工程（2）班

学生姓名

学号

指导教师孙兰萍

二O一一年十二月二十日

1 设计任务书

1.1 设计题目

煤油冷却器的设计

1.2 设计任务及操作条件

（1）处理能力: M ⨯104 t/Y 煤油

（2）设备型式: 列管式换热器

（3）操作条件

①煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。

②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃。

③允许压降：不大于105 Pa 。

④煤油定性温度下的物性数据：

3/825m kg C =ρ；

s Pa C ⋅⨯=-41015.7μ；

pC c ＝2.22kJ/(kg.℃)；

C λ＝0.14 W/(m.℃)

⑤每年按330天计，每天24小时连续运行。

（4）建厂地址 天津地区

1.3 设计要求

试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。

1.4 工作计划

1、领取设计任务书，查阅相关资料（1天）；

2、确定设计方案，进行相关的设计计算（2天）；

3、校核验算，获取最终的设计结果（1天）；

4、编写课程设计说明书（论文），绘制草图等（1天）。

1.5 设计成果要求

1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，并附简单的设备草图。

2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师：

（1）封面（具体格式见附件1）

（2）目录

（3）课程设计任务书

（4）课程设计说明书（论文）（具体格式见附件2）

（5）参考文献

（6）课程设计图纸（程序）

1.6 几点说明

1、本设计任务适用班级：09生物工程（本）2班（其中：学号1-15号，M=15；学号16-30号，M=25；学号31-46号，M=40）；

2、课程设计说明书（论文）格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范》中的相关内容。

指导教师：教研室主任：系主任：

2 确定设计方案

2.1 选择换热器的类型

两流体的温度变化情况：热流体即煤油的进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体即循环水进口温度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，因此初步确定选用列管式换热器。

2.2 流动空间及流速的确定

在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间也便于清洗。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。选用 Ф25×2.5的碳钢管，管内流速取u i =1.5m/s 。

3 确定物性数据

定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取进出口温度平均值。 故壳程油的定性温度为

)(902

40140C T ︒=+=

管程流体的定性温度为 ()C t ︒=+=352

4030 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

油在90℃下的有关物性数据如下：

密度 3/825m

kg c =ρ 粘度 s Pa c

•⨯=-41015.7μ 定压比热容 )/(22.2C kg kJ C pc ︒•=

导热系数 )/(14.0C m W c ︒•=λ

循环冷却水再35℃下的物性数据如下：

密度 3/994m

kg i =ρ 定压比热容 )/(08.4C kg kJ C pi ︒•=

导热系数 )/(626.0C m W i ︒•=λ

粘度 s Pa i •=000725.0μ

4 计算总传热系数

4.1 热流量

h kg Y t /05.50505/10404=⨯

)(1.3111/1012.1)

40140(22.205.505057kW h kJ t c m Q c pc c =⨯=-⨯⨯=∆=

4.2 平均传热温差

先按纯逆流计算（一般逆流优于并流，在工程上若无特殊需要，均按逆流考虑）

()C t t t t t m ︒=-----=∆∆∆-∆=∆3930

4040140ln )3040()40140(ln '2121

4.3 冷却用水量

)/(274509)

3040(08.411200000h kg t C Q i pi C i =-⨯=∆=ω

5 估算传热面积

由于壳程气体压力较高，故选取较大的K 值。假设K 估=315W/(m 2.K)，则估算的传热面

积为：

)(2.253

3931510001.31112'

m t K Q S m =⨯⨯=∆= 考虑到25%的面积裕度，

)(8.3032.25320.1')20.01(2

m S S =⨯=⨯+=

6 工艺结构尺寸

6.1 管径和管内流速

选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速s m u i /5.1=。

我国国标换热器中常见的换热管规格有 以及 流速的选择应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺数大于10000。对于传热热阻较大的流体或易结垢的流体选取较大流速，以利于增加表面传热系数，降低结垢程度与速度。并要考虑合适的流速下，换热器有适当的管长和管程数。

mm

mm 219⨯φmm mm 5.225⨯φ