1、齊 齊 哈 爾 大 學化工原理課程設計煤油冷卻器的設計 學 院：食品與生物工程學院 專 業 班： 食安141 姓 名： 王 穎 學 號： 2014152061 指導教師： 張偉光 成 績： 設計時間：2016.12.122016.12.25化工原理課程設計任務書一、設計題目煤油冷卻器的設計二、設計任務及操作條件1、 設計任務處理能力（煤油流量） 5995 kgh設備型式 列管式換熱器 2、 操作條件煤油 入口溫度140,出口溫度40 冷卻介質河水入口溫度30,出口溫度40 管程和殼程的壓強降 不大于16kPa 換熱器的熱損失 忽略 3、 廠 址 齊齊哈爾地區 三、設計已知條件1、定性溫度下兩流

2、體的物性參數（1）煤油定性溫度tm=90 密度h=825kg/m3；比熱容Cph=2.22kJ/(kg.) 導熱系數h=0.140W/(m) 粘度h=0.000715Pa.s(2) 河水定性溫度tm=35.0 密度c=994kg/m3比熱容Cpc=4.08kJ/(kg.) 導熱系數c=0.626W/(m) 粘度c=0.000725Pa.s2、管內外兩側污垢熱阻分別是Rsi=6.898710-4 ( m2)/W Rso=1.699810-4( m2)/W 3、管壁導熱系數w=48.85 W/(m)四、設計主要內容1、設計方案的選擇及流程說明2、工藝計算3、主要設備工藝尺寸設計 （1）冷卻器結構尺

3、寸的確定 （2）傳熱面積、兩側流體壓降校核 （3）接管尺寸的確定4、輔助設備選型與計算5、設計結果匯總6、換熱器裝配圖(1號圖紙)7、設計評述8、參考資料1 設計題目：煤油冷卻器工藝設計2 設計任務：處理能力： 4.7 萬噸/年3 操作條件：3.1 溫度： 煤油入口溫度140，出口溫度40冷卻水入口溫度30，出口溫度403.2 熱損失2%Q3.3 開工天數：330天/年，每天24小時連續運行3.4 允許壓降：不大于105pa3.5 建廠地址：齊齊哈爾地區4 設備型式固定管板式換熱器5 設計內容 5.1編制設計說明書 5.1.1設計方案簡介 5.1.2 換熱器的工藝計算 5.1.3 換熱器的主要

4、結構尺寸設計 5.1.4設計評述 5.1.5 參考資料 5.2 繪制換熱器總裝配圖(1號圖紙) 5.3 繪制換熱器主體設備簡圖(4號圖紙) 指導教師： 年 月 日齊齊哈爾大學化工原理課程設計摘 要換熱器的應用貫徹化工生產過程的始終，換熱器換熱效果的好壞直接影響化工生產的質量和生產效益。所以換熱器是非常重要的化工生產設備,在化工領域中，它扮演著主力軍的身份，它是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備，在化工設備中占大約50%以上的比重。既然換熱器在化工生產中扮演如此重要的角色，那么如何設計出換熱效果好，設備健全合理，三廢排放量更低，能源利用率更高，經濟效益高的換熱器是我們從事化工行業工作

5、人員刻不容緩的職責。為了完成25000kg/h煤油的生產任務，設計換熱器的總體思路：在正常的生產過程中，利用塔底的釜殘液作為加熱介質在塔底冷卻器中進行第一次預熱，然后用少量的水蒸汽便可在預熱器中使原料液達到預期的溫度進入精餾塔中。塔頂煤油蒸汽經過全凝器，利用循環冷卻水作為冷卻介質使酒精蒸汽轉為液體。最后，在塔頂冷卻器中再次用冷卻水使其降到40輸送到儲裝罐中。關鍵詞：冷卻器；再沸器；全凝器；對流傳熱系數；列管式換熱器AbstractThe application and implement of the heat exchanger is always the process of chemic

6、al production, the effect of heat exchanger has a direct influence on the quality and efficiency of the chemical industry. So the heat exchanger is an important chemical production equipment, in the chemical industry, it plays a main force of identity, it is the realization of chemical processes of

7、heat exchange and transfer of essential equipment, accounting for about 50% of the proportion of above in chemical equipment. Since we play such an important role in the chemical production of heat exchanger, so how to design a good effect of heat transfer equipment, sound, waste emissions and lower

8、 energy utilization rate is higher, the economic benefits of high heat exchanger is engaged in chemical industry personnel urgent duty. In order to complete the 25000 kg/h kerosene production tasks, the design of heat exchanger overall idea: in the normal production process, using the residue at the

9、 bottom of the tower as the heating medium for the first time in the preheating tower bottom cooler, can make the raw material liquid reaches the desired temperature into the distillation tower in the preheater and then with water a small amount of steam. Kerosene steam through the whole condenser,

10、the use of circulating cooling water as a cooling medium to make the alcohol vapor into a liquid. Finally, cooling water is used in the top of the tower to reduce it to 40 degrees Celsius. Keywords: cooler; reboiler; full condenser; heat transfer coefficient; heat exchangerI目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論-

11、1 -1.1換熱器的概念- 1 -1.2列管式換熱器的分類- 1 -第2章 設計內容- 2 -2.1設計要求- 2 -2.2工藝流程草圖- 3 -2.3設計標準- 3 -第三章 設計計算- 4 -3.1確定設計方案- 4 -3.1.1選擇換熱器的類型- 4 -3.1.2流動空間的確定- 4 -3.1.3.流速的確定- 4 -3.2確定物性數據- 4 -3.3計算總傳熱系數- 5 -3.3.1熱流量- 5 -3.3.2平均傳熱溫差- 5 -3.3.3冷卻水用量- 5 -3.3.4總傳熱系數K- 5 -3.4計算傳熱面積- 6 -3.5工藝結構尺寸的計算- 6 -3.5.1管徑結構尺寸- 6 -3

12、.5.2管程數和傳熱管數- 6 -3.5.3平均傳熱溫差校正系數及殼程數- 7 -3.5.4傳熱管排列和方程方法- 7 -3.5.5殼體內徑- 7 -3.5.6折流板- 7 -3.5.7接管- 8 -3.6換熱器核算- 8 -3.6.1熱量核算- 8 -3.6.2換熱器內流體的流動阻力- 10 -設計總結- 13 -參考文獻- 14 -附表換熱器主要結構尺寸和計算結果- 15 -附錄重要符號說明- 16 -致謝- 18 -III第1章 緒論1.1換熱器的概念在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則

13、溫度較低，吸收熱量。3540。隨著我國工業的不斷發展，對能源利用、開發和節約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計、制造、結構改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。1.2列管式換熱器的分類換熱器種類繁多，形式各異，如列管式、釜式、板式、板翅式、螺旋板式、空冷器、套管式、蛇管式等。由于列管式換熱器易于制造，適應性強，處理量大，成本較低可供選用的材料范圍廣泛，仍是當前應用最廣，理論研究和設計技術最完善，運行可靠性良好的一類換熱器。目前廣泛使用的按其溫差補償結構來分，主要有以下幾種：1、固定管板式固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大

14、時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。 特點：結構簡單，緊湊，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。2、U形管式U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進、出口分別安裝在同一端的兩側，封頭內用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來解決熱補償問題。 特點：結構簡單，質量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結垢的物料。3、浮頭式 換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應力。 特點：結構復雜、

15、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應力，應用普遍。第2章 設計內容2.1設計要求完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下各項基本要求：（1）合理地實現所規定的工藝條件： 傳熱量，流體的熱力學參數（溫度、壓力、流量、相態等）與物理化學性質（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規定的條件。其具體做法如下： 增大傳熱系數 提高平均溫差 妥善布置傳熱面（2）安全可靠： 換熱器的壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時，應遵照我國鋼制石油化工壓力容器設計規定與鋼制管殼式換熱器設計規定等有關規定與標準，這對保證設備的安全可靠起著重要作用。（3）有利于安裝，操作與維修： 直立設備的安裝費往往低于水平或

16、傾斜的設備。設備與部件應便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據需要可添加置氣、液排放口，檢查孔與敷設保溫層。（4）經濟合理： 評價換熱器的最終指標是：在一定的時間內（通常為1年）固定費用（設備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為最小。在設計或選型時，如果有幾種換熱器都能完成生產任務的需要，之一指標尤為重要。2.2工藝流程草圖adbc泵2泵1由于循環冷卻水易結垢，為便于水垢的清洗，選擇循環水做管程流體，煤油做殼程流體。管程與殼程流體的進出方向為上圖所示，并選擇逆流傳熱。圖中水由泵1經過管程沿所示方向流動，煤油由泵1經過殼程沿所示方向流動。冷卻循環

17、水與煤油在設計的換熱器中進行熱交換，煤油由初溫140降溫至，40冷卻循環水由初溫升30溫至40。2.3設計標準 (1)JB1145-73列管式固定管板熱交換器（2）JB1146-73立式熱虹吸式重沸器（3）中華人民共和國國家標準.GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術監督局發布，1989（4）鋼制石油化工壓力容器設計規定（5）JBT4715-1992固定管板式換熱器型式與基本參數（6）HGT20701.8-2000容器、換熱器專業設備簡圖設計規定（7）HG20519-92全套化工工藝設計施工圖內容和深度統一規定（8）中華人民共和國國家標準 JB4732-95 鋼制壓力容器分析設計標準（9）

18、中華人民共和國國家標準 JB4710-92 鋼制塔式容器（10）中華人民共和國國家標準 GB16749-1997 壓力容器波形膨脹節第三章 設計計算3.1確定設計方案 3.1.1選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度,出口溫度；冷流體(循環水)進口溫度，出口溫度。該換熱器用循環冷卻水冷卻，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，因此初步確定選用帶膨脹節的固定管板式換熱器。 3.1.2流動空間的確定由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。 3.1.3.流速的確定選用的碳鋼管，設管內流速。 3.2確定物性數據定性溫

19、度：可取流體進口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為: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。3.3計算總傳熱系數3.3.1熱流量 3.3.2平均傳熱溫差3.3.3冷卻水用量3.3.4總傳熱系數K管程傳熱系數 殼程傳熱系數 假設殼程的傳熱系數 污垢熱阻 管壁的導熱系數 3.4計算傳熱面積 考慮的面積和裕度：。3.5工藝結構尺寸的計算3.5.1管徑結構尺寸選用傳熱管（碳鋼），取管內流速為。3.5.2管程數和傳熱管數依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數按單程管計算，所需的傳熱管長度為按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程機構。現取傳熱管長,則該換熱器管程為:傳熱管總根

20、數 3.5.3平均傳熱溫差校正系數及殼程數平均傳熱溫差校正系數 溫度校正系數表查得平均傳熱溫差3.5.4傳熱管排列和方程方法采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距,則：橫過管束中心線的管數3.5.5殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率，則殼體內徑為:圓整后取3.5.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內的；則切去的圓缺高度為,故可取取折流板間距則,可取B為150mm 折流板數 折流板圓缺面水平裝配。3.5.7接管殼程流體進、出口接管：取接管內油品流速則接管內徑為取標準管徑為45mm管程流體進出口接管：取接管內循環水流速則接管內徑為： 3.6換熱

21、器核算3.6.1熱量核算殼程對流傳熱系數對圓缺形折流板，可采用克思公式：當量直徑，由正三角形排列得：殼程流體截面積：殼程流體流速及其雷諾數分別為： 普蘭特準數：粘度校正管程對流傳熱系數管程流通截面積：管程流體流速及其雷諾數分別為：普蘭特準數：傳熱系數傳熱面積 該換熱器的實際傳熱面積：該換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。3.6.2換熱器內流體的流動阻力2-7 程流動阻力表 管程流動阻力 上式中：直管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa; 回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa; 結垢校正系數，無因次，的換熱器取1.5； 串聯的殼程數； 管程數； 由Re=13601，傳熱管相

22、對粗糙度為，查莫狄圖得 。流速 ， ，所以 管程流動阻力在允許范圍之內。殼程流體阻力 上式中：流體管束的阻力，Pa； 流體流經折流板口的阻力，Pa; 結垢校正系數；1.15 上式中：管子排列方式對壓力降的校正系數；三角形排列=0.5， 正方形直列=0.3，正方形錯列=0.4； 殼程流體的摩擦系數，本式中 橫過管束中心線的管數，； 折流板間距，m，; 殼體直徑，m，； 折流板數目； 總阻力： 殼程流動阻力也比較適宜。綜上所述，該換熱器管程與殼程的壓力降均小于允許壓強，均符合要求，所以所設計的換熱器符合條件。設計總結本次化工原理設計歷時兩周，是學習化工原理以來第一次獨立的工業設計。化工原理課程設計

23、是培養學生化工設計設計能力的重要教學環節，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質化學性質的查找方法和技巧；掌握各種結果的校核，能畫出工藝流程等圖形。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產上的安全性和經濟合理性。在短短的兩周里，從開始的一頭霧水，到同學討論，再進行整個流程的計算，再到流程圖繪制等過程的培養，我真切感受到了理論與實踐相結合中的種種困難，也體會到了利用所學的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。我們從中也明白了學無止境的道理，在我們所查找到的很多參考書中，很多的知識是我們從來沒有接觸到的，我們對事物的了解還僅限于

24、皮毛，所學的知識結構還不很完善，我們對設計對象的理解還僅限于書本上，對實際當中事物的方方面面包括經濟成本方面上考慮的還很不夠。在這次化工原理課程設計中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟。在此過程中不僅培養了我們獨立思考，動手操作的能力，也培養了我們各種其他的能力，更重要的是，在化工原理課程設計中，我們學會了很多學習的方法。這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰，只有不斷地學習，實踐，再學習、再實踐。參考文獻1 化工原理（上冊）修訂版.夏清 陳常貴 主編.天津:天津大學出版,20052 化工設備設計手冊.潘國昌 郭慶豐 主編.北京:清華大學出版社,19883 化工流體流動與

25、傳熱.張國亮 主編.北京:化學工業出版社,19924 化工工藝制圖.周大軍 揭嘉 主編.北京:化學工業出版社,20035 化工工藝設計手冊（第三版）.中國石化集團上海工程有限公司 編.北京:化學工業出版社,19876 化工原理課程設計.柴誠敬 王軍 張纓 編.天津:天津科學技術出版社,20057 化工工藝算圖手冊.劉光啟 馬連湘 主編.北京:化學工業出版社,19908 化工工程設計.韓冬冰 李敘鳳 主編.北京:學苑出版社,20009 工程制圖.朱泗芳 徐紹軍 主編.北京:高等教育出版社,200210 AutoCAD2002應用教程.劉蘇 編著.北京:科學出版社,200311 化工設備機械設計基礎.潘永亮