煤油冷却器的设计(范文)

2008级环境与安全工程专业《化工原理》课程设计说明书题目：煤油冷却器的设计

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班级学号：

指导老师：

同组人员

完成时间：2010年11月14日

第一部分 设计任务书

一、

设计题目

煤油冷却器的设计

二、 设计任务

1. 处理能力：1.98×105吨/年煤油

2. 设备形式：列管式换热器（卧式）

三、 操作条件

① 煤油：入口温度140℃，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105Pa ④ 每年按330天计，每天24小时连续运行

四、设计内容

①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。 ②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 ③换热器的主要结构尺寸设计。 ④主要辅助设备选型。 ⑤绘制换热器总装配图。

五、设计日期

开始日期：2010年11月1日结束日期：2010年11月14日

六、设计评述

换热器是许多工业生产中常用的设备,尤其是石油、化工生产应用更为广泛。在化工厂中换热器、冷却器、冷凝

器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型很多，性能各异，个具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。

换热器类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处仅是在结构上需根据各自设

备特点采用不同的计算方法而已。

第二部分 设计方案简介评述

我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固定管板式、浮头式、U 形管式和填料函式等类型。列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 C ，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。

第三部分 换热器设计理论计算

１、试算并初选换热器规格

（1）、 定流体通入空间 两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择

冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。

（2）、确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管式换热器的形式：

被冷却物质为煤油，入口温度为140℃,出口温度为40C

冷却介质为自来水，入口温度为30C

，出口温度为40C 煤油的定性温度：(140

40)/29

0m T C =+=

水的定性温度：(3040)/235

m t C =+= 两流体的温差：903555m m T t C -=-=

由于两流体温差大于50℃，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。

两流体在定性温度下的物性数据

(3)、计算热负荷Q 按管内煤油计算,即

1253

361.981010() 2.2210(14040) 1.541610330243600

n ph W Q C T T W ⨯=-=

⨯⨯⨯⨯-=⨯⨯⨯

若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量衡算求得,即

6

3

,21() 1.54161036.94/4.17410(4030)

c p c Q

C t t W kg s =-⨯==⨯⨯- （4）、计算两流体的平均温度差，并确定壳程数

逆流温差 212211222111

()()(14040)(4030)39.09614040

ln ln ln

4030m

t t T t T t t C t T t t T t ∆∆-∆------'====︒∆---∆-

121214040

104030T T R t t --=

==-- 21114030

0.09114030

t t P T t --=

==-- 由R 和P 查图……得温度校正系数为0.85t ϕ∆=，所以

校正后的温度为36.40.8533.23m m

t t t C ϕ∆'∆=∆=⨯=︒ 又因0.850.8t ϕ∆=>，故可选用单壳程的列管式换热器。

（5）、初步选择换热器规格 根据管内为水，管外为有机液体，K 值范围为280~710 2

/()W m C ⋅︒，假设

K=4302

/()W m C ⋅︒故

26

1.541610107.943033.23

m Q S m K t ⨯===∆⨯

140404030

++

初选固定板式换热器规格尺寸如下： 外壳直径D600mm 管排方式——正三角形排列 管程流通面积S 0.0364m 2 公称压力P 4.00Mpa 管数n 232 管程数2

管长L 6m 管尺寸 φ25×2.5mm （不锈钢管） 中心距 32mm 公称面积S 107.5 m 2 换热器的实际传热面积

200(0.1)232 3.140.025(60.1)107.45S n d L m π=-=⨯⨯⨯-=

采用此换热面积的换热器，则要求换热过程的总传热系数为：

6

200 1.541610431.8/()107.533.23

m Q K W m C S t ⨯===⋅︒∆⨯

2、核算总传热系数K 0

（1）、计算管程对流传热系数i α，因为

管中水的质量流量为36.94

/W c k g s =，则 水的体积流量为3/36.94/9940.03716

/

V c W c m s ρ=== 222

232 3.14

0.0200.0364

2424

i i p n A d m N π=

=⨯⨯= /0.03716/0.03642 1.0203/i c i u V A m s ===

43

0.02 1.021994

Re 2.78810()0.72810

i i i d u ρ

μ

-⨯⨯=

=

=⨯⨯湍流 34

4.174107.2810Pr 4.85410.626

i Cp μ

λ-⨯⨯⨯===

所以：

0.80.4

40.8

0.4

20.023

R e P r

0.626

0.023.78810 4.85414874.7/(

)

0.02

i

i d W m C λα==⨯⨯⨯⨯

=⋅︒（液体被加热）（2

）

(2)、计算壳程对流传热系数o α

换热器中心附近管排中流体流通截面积为

2

0.025

(1)0.150.6(1)

0.01970.032

o o d A h D

m t =-=⨯⨯-=

式中 h ——折流挡板间距，取150mm