1、好埠孝院課程設計化工原理課程設計題目名稱煤油冷卻器的設計09級生物工程（2）班學皺名am孫蘭萍二O年十二月二十日1設計任務書1.1設計題目煤油冷卻器的設計1.2設計任務及操作條件（1）處理能力：MxlO' t/Y煤油（2）設備型式：列管式換熱器（3）操作條件 煤油：入口溫度140°C,出口溫度40°C。 冷卻介質：循環水，入口溫度30°C,出口溫度40°C。 允許壓降：不大于ICT Pa。 煤油定性溫度下的物性數據：pc = 825kg/ m :=7.15x10_4P«-5；c=2. 22kJ/（kg. °C）；Ac=0. 1

2、4 W/（m. °C） 每年按330天計，每天24小時連續運行。（4）建廠地址天津地區1.3設計要求試設計一臺適宜的列管式換熱器完成該生產任務。1.4工作計劃1、領取設計任務書，查閱相關資料（1天）；2、確定設計方案，進行相關的設計計算（2天）；-1 -3、校核驗算，獲取最終的設計結果（1天）；4、編寫課程設計說明書（論文），繪制草圖等（1天）。1.5設計成果要求1、通過查閱資料、設計訃算等最終提供課程設計說明書（論文）電子稿及打印稿1 份，并附簡單的設備草圖。2、課程設訃結束時，將按以下順序裝訂的設計成果材料裝訂后交給指導教師：（1）封面（具體格式見附件1）（2）目錄（3）課程設計

3、任務書（4）課程設計說明書（論文）（具體格式見附件2）（5）參考文獻（6）課程設計圖紙（程序）1.6幾點說明1、本設計任務適用班級：09生物工程（本）2班（其中：學號1-15號，M=15；學 號 16-30 號,M二25；學號 31-46 號，M二40）；2、課程設計說明書（論文）格式也可參閱蚌埠學院本科生畢業設計（論文）成 果撰寫規范中的相關內容。指導教師:教研室主任:系主任:-7 -2確定設計方案2.1選擇換熱器的類型兩流體的溫度變化情況：熱流體即煤油的進口溫度140°C,岀口溫度40°C；冷流 體即循環水進口溫度30°C,出口溫度40°C。該換熱器

4、用循環冷卻水冷卻，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壁溫之差較大，因此 初步確定選用列管式換熱器。2. 2流動空間及流速的確定在管內空間得到較高的流速并不困難，而流速高，懸浮物不易沉積，且管內空間也 便于清洗。山于循環冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環水走管程，油品走殼 程。選用I)25X2.5的碳鋼管，管內流速取U=l. 5m/so3確定物性數據定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取進出口溫度平均值。 故殼程油的定性溫度為5管程流體的定性溫度為根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。油在90°C下的有關物性數據如

5、下:pc = 825 kg/加“二 7.15x10“ Pa定壓比熱容Cpc = 2.22kJ/(kgC)導熱系數4 = 0.14VV /(m °C)循環冷卻水再35°C下的物性數據如下：密度Pi = 994 £g/ m定壓比熱容Cm = 4.082/(Rg °C)導熱系數A,. = 0.626 W/(m> °C)粘度/.! = 0.000725 Pa s4計算總傳熱系數4. 1熱流量40xl04r/K = 50505 .05/?Q = mcpiAtc = 50505.05 x2.22x (140 40)=1.12x10 嘆丿"

6、= 3111.1伙W)4. 2平均傳熱溫差先按純逆流計算(一般逆流優于并流，在工程上若無特殊需要，均按逆流考慮)Afl 片2(140 40) (40 30)片2140-4040-30=39(o<7)4.3冷卻用水量CDi -QcC pi*i112000004.08x(40 - 30)=274509 (kg/h)95估算傳熱面積山于殼程氣體圧力較高，故選取較大的K值。假設Kv=315W/(m2.K),則估算的傳熱面 積為：3111.1x1000""315x39= 253.2(m2)考慮到25%的面積裕度，5 = (1 + 0.20) x S'= 1.20 x 2

7、53 .2 = 303 .8(m2)6工藝結構尺寸6.1管徑和管內流速選用25X2.5較高級冷拔傳熱管(碳鋼)，取管內流速Ui = 1.5m/s o我國國標換熱器中常見的換熱管規格有025mx2.5沏 以及流速的選擇應使流體處于穩定的湍流狀態，即靂諾數大于10000。對于傳熱熱阻較大的 流體或易結垢的流體選取較大流速，以利于增加表面傳熱系數，降低結垢程度與速度。 并要考慮合適的流速下，換熱器有適當的管長和管程數。不同粘度液體的流速液休粘度 S/加最大流速力”>15<H>0.615CHK5000.75500-1001.1100-351.535-11.812.46. 2管程數和傳

8、熱管數依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數“亠二 27450姿994*6902 =心.163（根） 蘭出0.785 x0.022x 1.54 7按單程管計算，所需的傳熱管長度為s303.8“ » 、jC -7rdcris"3.14x0.025x163 按單程管設訃，傳熱管過長，宜釆用多管程結構。根據本設計實際情況，采用非標準設 計，現取傳熱管長1二7m,則該換熱器的管程數為r2,3 7N卩=丁 = 3（管程）0 /傳熱管總根數2 = 163 x 3 = 489（木艮）6.3平均傳熱溫差校正及殼程數平局傳熱溫差校正系數R =140-4040-30=1O40-30140-30=

9、 0-091按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關突圖表。但/? = io的點在圖上難以讀出,因而相應以1/人代替PR代替P,查同一圖線，可得3 = 0.82克側1程.管側1：粹茨2“程/整數溫疫校止系做圖v平均傳熱溫差加=cp、4t； = 0.82 x39 = 32（°C）由于平均傳熱溫差校正系數大于0.8,同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。6.4傳熱管排列和分程方法對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。各程內采用正三角形排列，而在各程之 間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方法。故擬采用組合排列法，即每程內按正三角形排列，隔板兩側用正方形排列取管心距/ = 1.25么，貝9

10、 = 1.25x25 = 31.2532（加加）橫過管束中心線的管數慶=1.19= 1.19 莎彩 27（根）, = - + 6 = 22(mm)各程相鄰管的管心距為44mm。6. 5殼體內徑釆用多管程結構，殼體內徑可山下式估算。取管板利用率 = 0.7。(正三角形排列, 2管程，“ =0.7-0.85, 4管程以上，"=0.6-0.8),則殼體內徑為：D = 1= 1 05 x 32489/0.7 = 88& l(mm)按卷制殼體的進級檔，圓整可取 D = 900mm o6. 6折流板(作用說明：列管式換熱器殼程流體流通面積比管程流通截面積大，為增大殼程流 體的流速，加強其

11、湍動程度，提高其表面傳熱系數，需設置折流板。對于多殼程換熱器 不僅需要設置橫向折流板，而且需要設置縱向折流板將換熱器分為多殼程結構。對于多 殼程換熱器，設置縱向折流板的U的不僅在于提高殼程流體的流速，而且是為了實現多 殼程結構，減少多殼程結構造成的溫度損失。)釆用弓形折流板，可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：h = 0.25 x900 = 225 (mm),故可取力=230/nm取折流板間距B二Q.3D,則B = 0.3 x 900 = 270(mm),可取B為300mm折流板數并且折流板圓缺面水平裝配。6. 7接管殼程流體進出口接管：取接管內氣體流速wi = 2

12、.0m/5,則接管內徑為= 0.104(加)D _ 4V _ 4 x 50505.05/(3600 x 825)1 _4不3.14x2.0取標準管徑為 100"2加。管程流體進出口接管：取接管內液體流速W2 = 3.0/77/5,則接管內徑為:= 0.180(m)D _ 4V _ 4 x 274509 /(3600 x 994)2 _ VtzwZ _ V3.14x3,取標準管徑為180mm o7換熱器核算7.1熱流量核算7.1.1殼程對流傳熱系數對圓缺型折流板，可采用克恩公式ccc = 0.36Re 尸5de11（適用條件：Re（）=2X（103-106）,弓形折流板圓缺高度為直徑的

13、25%o） 換熱管呈三角形排列時，當量直徑為：4（ -J；）4（ x 0.0322 - 0.785 x 0.0252）de = 0.020（加）Tide3.14x0.025殼程流體流通截面積:Sc = BD(1 -de)= 0.9x03(1-0.0250.032) = 0.05906(m2)殼程流體流速及其靂諾數分別為:Uc q(3600S°.50505.05/(3600x825)0.05906二 0.288(加 / s)020x0288x825 =6M6&7.15x10"普蘭特準數:2.22x103x7.15xW40.140= 11.34粘度校正:(上_)OZ Q

14、 1器 x6646°71.34%= 711W/(m2 -°C)7.1.2管程對流傳熱系數y = 0.023 i Re0 8 Pr04管程流體流通截面積：Si = 0.785 X 0.022 X= 0.0768(m2 )管程流體流速:274509/(3600x994)='0.0768口0.02x0.999x994“”心Re = 273930.725x10普蘭特準數:Pr ：4.08 xl03x 0.725 xlO-3 龍刀=4.730.6260.626n o=°-023xx27393 x4-73 =4757 W /(m2 °C)7.1.3污垢熱阻和

15、管壁熱阻:管外側污垢熱阻R、i = 0.00034 m2-°C/W 管內側污垢熱阻心=0-000172 m2 °C/W依表，碳鋼在該條件下的熱導率為50W/(mK),b 0.00257 °管壁熱阻：& =天=Jq= 0.00005(加 C/W)7.1.4傳熱系數Kc所以系數Kc-13 -1Kc =dedeRvvdc1+ Rsi + Rsc + 0.0254757x0.020+ 0.000344x0.025 + 0.0200.00005x0.02550x0.020+ 0.000172+1THOCi(lidi 2i(liCtc= 441IV/(m2>oC

16、)7.1.4傳熱面積S3111.1x1000442x32= 219.O(m2)該換熱器的實際傳熱面積為:SP = mlcl(N一nc) = 3.14 x 0.025 x 7x(489 - 27) = 253.9(m2)該換熱器的面積裕度為:/ = xioo% = z|12xioo%,16%為了保證換熱器操作的可幕性，一般應使換熱器的面積裕度大于15%-20%o本換熱 器傳熱面積裕度16%,滿足生產要求，故能夠完成生產任務。7.2換熱器內流體的流動阻力7. 2.1管程流動阻力他=l,Np=2£=1.5-15心讓巴由Re = 27393,傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得兄=O.O37W/加流

17、速認=0.999"/ s ,7 o 999 x 994APi = 0.037 x X= 6423 3(Pq)工 APi = (6423.3 + 1488.1)x1.5x2 = 23734.2(Pu)<105Pu故管程流體阻力在允許范用之內。7. 2. 2殼程阻力=(APi + AP2)FtNsNs = ,Ft = 流體流經管束的阻力為:人尺=可嚴.(皿+1)警管子成正三角形，故F = 05 f() =5x6646"°228 =0.6721nc = 27Nb = 23,心=0.228A =0.5x0.627lx27x(23 + l)x 825x；228= 4357(Pa)流體流過折流板缺口的阻力：(3.5-晉B = 0.3m, D = 0.9m工 X = 4357 +1397 = 5754(d) <1O5 Pa殼程流體的阻力也比較適宜。7. 2. 3換熱器的主要結構尺寸和計算結果見表換熱器主要結構尺寸和訃算結果見下表：換熱器型式：固定管板式換熱器面積(m2)： 253.9工藝參數名稱管程殼程物料名稱循環水煤油操作壓力，MPa0.40. 3操作溫度，°C30/40140/40流量，kg/h27450950505. 05流體密度，kg/ m3994825流速，m/s0. 9990. 288傳熱量，kw3111. 1總傳熱系數,w/