1、長沙學院長 沙 學 院課程設計說明書題目柴油冷卻器設計系(部)生物工程與環境科學系專業(班級)11級生物營養1班姓名歐陽東曉學號2011032136指導教師羅卓起止日期2013.5.202013.5.31系主任_張建社_ 指導教師_羅卓_ 學生_歐陽東曉_編號：1.03一、設計題目名稱：年處理85000噸柴油油冷卻器的設計 二、設計條件：1柴油：入口溫度：145，出口溫度：45；2冷卻介質，循環水（P為0.3MPa，進口溫度20，出口溫度36）3允許壓強降，不超過105Pa；4每年按330天計；每天24 h連續運轉。5處理能力85000噸/年；6設備型式：列管式換熱器。7柴油定性溫度下的物性數

2、據見表1.1:表1.1柴油定性溫度下的物性數據物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640三、設計內容1熱量衡算及初步估算換熱面積；2. 冷卻器的選型及流動空間的選擇；3. 冷卻器的校核計算；4. 結構及附件設計計算；5繪制帶控制點的工藝流程圖（A2）及冷卻器的工藝條件圖（A2）；6編寫設計說明書。四、廠址:長沙地區（大氣壓為10.28m水柱）五、設計任務完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件圖，編寫

3、設計說明書。六、設計時間安排二周：2013.5.202013.5.31 長沙學院課程設計鑒定表姓名歐陽東曉學號2011032136專業生物工程班級1班設計題目年處理85000噸柴油冷卻器指導教師羅卓指導教師意見：評定等級： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目 錄第1章 固定管板式柴油冷卻器的設計11.1設計任務11.2設計條件11.3設計要求1第2章 固定管板式柴油冷卻器的設計工藝計算書22.1確定設計方案2 2.1.1選定換熱

4、器類型2 2.1.2選定流體流動空間及流速22.2確定物性數據22.3 計算總傳熱系數2 2.3.1每小時處理柴油的能力2 2.3.2熱流量2 2.3.3冷卻水用量3 2.3.4計算平均傳熱溫差3 2.3.5總傳熱系數K32.4.計算傳熱面積42.5工藝結構尺寸4 2.5.1管徑和管內流速4 2.5.2管程數和傳熱管數4 2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數5 2.5.4傳熱管排列和分程方法5 2.5.5殼體內徑5 2.5.6折流板5 2.5.7接管52.6 換熱器核算6 2.6.1熱量核算6 2.6.2換熱器內流體的流動阻力72.7 附屬設備8 2.7.1封頭的設計8 2.7.2法蘭的設計9第

5、3章 換熱器主要結構尺寸和計算結果113.1主要結構尺寸113.2 符號說明12結 論14致 謝15參考文獻16I第1章 固定管板式柴油冷卻器的設計1.1設計任務1.處理能力：柴油85000噸/年2.設備形式：固定列管式換熱器1.2設計條件1柴油：入口溫度：145，出口溫度：45；2冷卻介質，循環水（P為0.3MPa，進口溫度20，出口溫度36）3允許壓強降，不超過105Pa；4每年按330天計；每天24 h連續運轉。5處理能力85000噸/年；6設備型式：列管式換熱器。7柴油定性溫度下的物性數據見表1.1:表1.柴油定性溫度下的物性數據物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數W/m.粘度P

6、a.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.000640 1.3設計要求完成臥式列管冷卻器的工藝設計并進行校核計算，對冷卻器的有關附屬設備的進行設計和選用，繪制換熱器系統帶控制點的工藝流程圖及設備的工藝條件圖，編寫設計說明書。第2章 固定管板式柴油冷卻器的設計工藝計算書2.1確定設計方案兩流體均為無相變，本設計按非標準系列換熱器的一般設計步驟進行設計。2.1.1選定換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度145，出口溫度45；冷流體（循環水）進口溫度20，出口溫度36。該換熱器用循環水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體

7、壁溫之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。2.1.2選定流體流動空間及流速由于循環水易結垢，為便于水垢清洗，應使循環水走管程，油品走殼程。選用252.5mm的碳鋼管，管內流速取ui=0.5m/s。2.2確定物性數據定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為T=（145+45）/2=95（）管程流體的定性溫度為t=（20+36）/2=28（）根據定性溫度分別查取殼程和管程流體的有關物性數據見表2.1：表2.1定性溫度下殼程和管程流體的有關物性數據物料比熱kJ/kg.密度kg/m3導熱系數W/m.粘度Pa.s柴油2.568600.140.000885水4.39940.6260.

8、000640資料來源化工原理手冊2.3 計算總傳熱系數2.3.1每小時處理柴油的能力 qmo=2.3.2熱流量 Q=qmoCpoto=107322.56103（145-45）=2.7474109J/h2.3.3冷卻水用量 2.3.4計算平均傳熱溫差 （以逆流計算） 2.3.5總傳熱系數K 2.3.5.1管程傳熱系數，故采用下式計算i 2.3.5.2殼程傳熱系數假設殼程給熱系數 2.3.5.3污垢熱阻 2.3.5.4.管壁的導熱系數碳鋼的導熱系數。 2.3.5.5.總傳熱系數=2502.4.計算傳熱面積考慮15%的面積裕度，2.5工藝結構尺寸2.5.1管徑和管內流速選用的碳鋼換熱管，管內流速2.

9、5.2管程數和傳熱管數根據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數按單管程計算所需換熱管的長度按單管程設計，傳熱管過長，現取傳熱管長，則該換熱器的管程數為傳熱管的總根數2.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數按單殼程雙管程結構，查單殼程圖，得。于是。2.5.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列，即每層內按正三角形排列，隔板兩側按正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數2.5.5殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑圓整取2.5.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為，取。取折流板間距為，則，取折流板數折流板圓缺水平面裝配2.5.7接管殼程流體（原油）進

10、出口接管：取接管內原油流速為1.0m/s，則接管內徑 取標準管徑為 75.5mm3.75mm 管程流體（水）進出口接管，取接管內水的流速為1.5m/s，則接管內徑取標準管徑為 165mm4.50mm2.6 換熱器核算2.6.1熱量核算(1)殼程對流傳熱系數 對于圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑由正三角形排列得殼程流通截面積 殼程流體流速、雷諾數及普蘭德數分別為黏度校正 圓缺型擋板時， (2)管程對流傳熱系數 管程流通截面積管程流體流速、雷諾數及普蘭德數分別為 (3)傳熱系數K(4)傳熱面積該換熱器的實際換熱面積該換熱器的面積裕度為換熱面積裕度合適，能夠滿足設計要求。2.6.2換熱器內流體

11、的流動阻力(1)管程流動阻力（Ft結垢校正系數，Np管程數，Ns殼程數）取換熱管的管壁粗糙度為0.01mm，則，而，查圖得 對的管子有管程阻力在允許的范圍之內。(2)對殼程有折流擋板時，計算殼程阻力的方法有Bell法、Kern法和Esso法等。Bell法計算結果與實際數據的一致性較好，但計算比較麻煩，而且對換熱器的結構尺寸要求較詳細。工程計算中常采用Esso法，該法的計算公式如下：（Fs為結垢校正系數，對液體Fs=1.15，Ns為殼程數）流體流經管束的阻力F為管子排列方式對壓強降的校正系數，正三角形排列F=0.5，正方形直列，正方形錯列時，。為殼程流體的摩擦系數，當為橫過管束中心線的管數，。折

12、流板數流體流經折流板缺口的阻力 折流板間距，B=150mm,D=500mm該換熱器的管程與殼程壓降均滿足要求，故所設計的換熱器合適。2.7 附屬設備2.7.1封頭的設計選用標準：選取橢圓形封頭（JB1153-73）具體尺寸見圖2.1及表2.2圖2.1 橢圓形封頭的結構示意圖表2.2 封頭Dg4004,JB1154-73公稱直Dg(mm)曲面高h1(mm)直邊高度h2(mm)厚度(mm)5001252542.7.2法蘭的設計容器法蘭的選擇： 選用標準：JB47004707-2000壓力容器甲型平焊法蘭。具體尺寸見圖2.2。圖2.2 PN=0.25MPa甲型平焊法蘭管法蘭的選擇選用標準：HG205

13、93-97 板式平焊鋼制管法蘭（歐洲體系）。具體尺寸見圖2.3。圖2.3 PN=0.25MPa板式平焊鋼制法蘭（PL）第3章 換熱器主要結構尺寸和計算結果3.1主要結構尺寸 換熱器主要結構尺寸和計算結果見表3.1表3.1換熱器主要結構尺寸和計算結果管子直徑/mm法蘭內徑/mm螺栓孔中心圓直徑/mm公稱直徑/mm螺栓孔直徑/mm法蘭外徑/mm法蘭厚度/mm殼程進出口75.588.9110501414016管程進出口165219.11701001821018換熱器型式：帶熱補償非標準的固定管板式管子規格252.5mm管數144根管長6m換熱面積：60m2間距mm32排列方式正三角形工藝參數折流板型

14、式上下間距150mm切口25%設備名稱管程殼程殼體內徑500mm保溫層厚度無需保溫物料名稱循環水柴油接管表操作壓力MPa0.40.3序號尺寸用途連接型式操作溫度20/36145/451DN100循環水入口平面流量kg/h39933107322DN100循環水入口平面密度kg/m39948603DN50柴油入口平面流速m/s0.50.2204DN50柴油入口平面傳熱量kW2.74747x106附工藝條件圖（略）總傳熱系數W/m2K374.5對流傳熱系數W/m2K2905625污垢熱阻，m2K/W0.0003440.000172阻力降MPa0.0047110.004639程數21推薦使用材料碳鋼碳

15、鋼 3.2 符號說明英文字母B 折流板間距,m；d 管徑,m；D 換熱器外殼內徑,m；F 摩擦系數；h 圓缺高度，m；K 總傳熱系數，W/（m2oC）；L 管長，m；N 管程；NB折流板數；P 壓力，Pa；Pr 普蘭特準數；R 熱阻，m2oC/WRe雷諾準數；S 傳熱面積，m2；T 熱流體溫度，oC；t 冷流體溫度，oC；u 流速，m/S；W質量流量，Kg/S；希臘字母對流傳熱系數；W/（m2oC）；有限差值；導熱系數，W/（m2oC）；粘度，Pas；密度，Kg/m3；下標c 冷流體；h 熱流體；i 管內；m 平均；o 管外；s 污垢；Ft結垢校正系數,對于的管子,取1.4Np-管程數Ns殼程

16、數結 論這次的課程設計花了兩周時間，經過了計算、核算、畫流程圖和換熱器圖等步驟。幾乎每個步驟都經過了這樣那樣一系列的問題，然后翻書找資料跟同學討論花了不少時間和精力才把問題弄清楚，尤其是畫換熱器的圖，每個地方都經過了無數次的修改才得以完成。課程設計真的認真做下來比上課可吃力多了，但是同時得到的收獲也更多。比如，經過計算我們把已經拋諸腦后的化工原理的相關知識重新回顧和鞏固了一遍，加深了對書本上的知識的理解；通過畫流程圖，我們能夠把書本和生產實際聯系起來，也明白真正的生產遠不是就像我們課程設計做的這么簡單，也更能加深我們對實際生產流程的理解；而且通過畫換熱器和流程圖，我們不僅鞏固了以前老師教的制圖

17、知識，更是培養了自己的耐心與認真的態度?？傊@次的課程設計雖然期間困難重重，但我們還是完滿地完成了任務，而且收益良多，也鍛煉了我們的意志力。致 謝歷時將近兩周的時間終于將這份課程設計說明書完成，在寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。其中要強烈感謝我的課程設計指導老師宋勇老師，他對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助我進行說明書的修改。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最衷心的感謝！再者，就是熱心的同學們，他們熱心與我討論，幫助我完成更項任務！感謝這篇課程設計所涉及到的各位學者。本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發，我將很難完成本篇課程設計的寫作。由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之