化工原理课程设计说明书-煤油冷却器的设计dedi.docx

课 程 设 计计 任 务 书书设计题目煤油冷却器的设计一设计要求： 1.处理能力：（19.8×104）吨/年煤油 2.设备型式：列管式换热器 二操作条件：（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） 允许压强降不大于100 KPa；（4） 煤油定性温度下的物性数据；密度为825kg/m3；粘度为：7.5×10-4Pa.S；比热容为：2.22kJ/（kg. ）；导热系数为：0.14W/（m. ）；（5）每年按300天计，每天24小时连续运行。学生应完成的工作：1.选择适宜的列管换热器并进行核算。2.画出工艺设备图及列管布置任务下达达日期：20110年11月08日任务完成成日期：20110年11月22日指导教师师：学生生：一、 摘要 换热热器是将将热流体体的部分分热量传传递给冷冷流体的的设备，以以实现不不同温度度流体间间的热能能传递，又又称热交交换器。换换热器是是实现化化工生产产过程中中热量交交换和传传递不可可缺少的的设备。在在换热器器中，至至少有两两种温度度不同的的流体，一一种流体体温度较较高，放放出热量量；另一一种流体体则温度度较低，吸吸收热量量。在化工、石石油、动动力、制制冷、食食品等行行业中广广泛使用用各种换换热器，且且它们是是上述这这些行业业的通用用设备，占占有十分分重要的的地位。随随着我国国工业的的不断发发展，对对能源利利用、开开发和节节约的要要求不断断提高，对对换热器器的要求求也日益益增强。换换热器的的设计制制造结构构改进以以及传热热机理的的研究十十分活跃跃，一些些新型高高效换热热器相继继问世。根根据不同同的目的的，换热热器可以以是热交交换器、加加热器、冷冷却器、蒸蒸发器、冷冷凝器等等。由于于使用条条件的不不同，换换热器可可以有各各种各样样的形式式和结构构。在生生产中，换换热器有有时是一一个单独独的设备备，有时时则是某某一工艺艺设备的的组成部部分。衡量一台台换热器器好的标标准是传传热效率率高、流流体阻力力小、强强度足够够、结构构合理、安安全可靠靠、节省省材料、成成本低，制制造、安安装、检检修方便便、节省省材料和和空间、节省动动力。二、 关键字煤油 换热热器 列管管式换热热器 膨胀节节 固定定管板式式 封头 管管板 目 录 一、概概述1二、工艺艺流程草草图及设设计标准准112.1工工艺流程程草图12.2设设计标准准2三、换热热器设计计计算223.1确确定设计计方案23.1.1选择择换热器器的类型型223.1.2流体体溜径流流速的选选择223.2确确定物性性的参数数33.3估估算传热热面积33.3.1热流流量333.3.2平均均传热温温差333.3.3传热热面积33.3.4冷却却水用量量43.4工工艺结构构尺寸43.4.1管径径和管内内流速443.4.2管程程数和传传热管数数443.4.3平均均传热温温差校正正及壳程程数443.4.4传热热管排列列和分程程方法553.4.5壳体体内径553.4.6折流流板553.4.7接管管553.5换换热器核核算63.5.1热流流量核算算663.5.1.11壳程表表面传热热系数63.5.1.22管内表表面传热热系数73.5.1.33污垢热热阻和管管壁热阻阻73.5.1.44计算传传热系数数KC773.5.1.55换热器器的面积积裕度83.5.2换热热器内流流体的流流动阻力力883.5.2.11管程流流体阻力力83.5.2.22壳程阻阻力8四、设计计结果设设计一览览表110五、设计计自我评评价111六、参考考资料112七、主要要符号说说明113一、概述述在不同温温度的流流体间传传递热能能的装置置称为热热交换器器,简称称为换热热器。在在换热器器中至少少要有两两种温度度不同的的流体,一种流流体温度度较高,放出热热量;另另一种流流体则温温度较低低,吸收收热量。在化工、石石油、动动力、制制冷、食食品等行行业中广广泛使用用各种换换热器,它们也也是这些些行业的的通用设设备,并并占有十十分重要要的地位位。随着换热热器在工工业生产产中的地地位和作作用不同同，换热热器的类类型也多多种多样样，不同同类型的的换热器器也各有有优缺点点，性能能各异。列列管式换换热器是是最典型型的管壳壳式换热热器，它它在工业业上的应应用有着着悠久的的历史，而而且至今今仍在所所有换热热器中占占据主导导地位。列管式换换热器有有以下几几种：1、固定定管板式式固定管板板式换热热器的两两端管板板和壳体体制成一一体，当当两流体体的温度度差较大大时，在在外壳的的适当位位置上焊焊上一个个补偿圈圈，（或或膨胀节节）。当当壳体和和管束热热膨胀不不同时，补补偿圈发发生缓慢慢的弹性性变形来来补偿因因温差应应力引起起的热膨膨胀。 特点：结构简简单，造造价低廉廉，壳程程清洗和和检修困困难，壳壳程必须须是洁净净不易结结垢的物物料。2、U形形管式U形管式式换热器器每根管管子均弯弯成U形形，流体体进、出出口分别别安装在在同一端端的两侧侧，封头头内用隔隔板分成成两室，每每根管子子可自由由伸缩，来来解决热热补偿问问题。 特点：结构简简单，质质量轻，适适用于高高温和高高压的场场合。管管程清洗洗困难，管管程流体体必须是是洁净和和不易结结垢的物物料。3、浮头头式 换换热器两两端的管管板，一一端不与与壳体相相连，该该端称浮浮头。管管子受热热时，管管束连同同浮头可可以沿轴轴向自由由伸缩，完完全消除除了温差差应力。 特点：结构复复杂、造造价高，便便于清洗洗和检修修，消除除温差应应力，应应用普遍遍。二、工艺艺流程草草图及设设计标准准2.1工工艺流程程草图adbc泵2泵1由于循环环冷却水水易结垢垢，为便便于水垢垢的清洗洗，选择择循环水水做管程程流体，煤煤油做壳壳程流体体。管程程与壳程程流体的的进出方方向为上上图所示，并并选择逆逆流传热热。图中中水由泵泵1经过过管程沿沿所示方方向流动动，煤油油由泵11经过壳壳程沿所所示方向向流动。冷却循环环水与煤煤油在设设计的换换热器中中进行热热交换，煤煤油由初初温1440降温至至，400冷却循循环水由由初温升升30温至400。2.2设设计标准准（1）JJB11145-73列列管式固固定管板板热交换换器（2）JJB11146-73立立式热虹虹吸式重重沸器（3）中中华人民民共和国国国家标标准.GGB1551-889钢钢制管壳壳式换热热器.国家技技术监督督局发布布，19989（4）钢钢制石油油化工压压力容器器设计规规定（5）JJBT447155-19992固固定管板板式换热热器型式式与基本本参数（6）HHGT2207001.88-20000容容器、换换热器专专业设备备简图设设计规定定（7）HHG2005199-922全套套化工工工艺设计计施工图图内容和和深度统统一规定定（8）中中华人民民共和国国国家标标准 JB447322-955 钢钢制压力力容器分析设设计标准准（9）中中华人民民共和国国国家标标准 JB447100-922 钢钢制塔式式容器（10）中中华人民民共和国国国家标标准 GB1167449-119977 压压力容器器波形膨膨胀节三、换热热器设计计计算3.1确确定设计计方案3.1.1选择择换热器器的类型型本次设计计为煤油油冷却器器的工艺艺设计，工工艺要求求煤油（热热流体）的的入口温温度1440，出口口温度440。采用用循环冷冷却水作作为冷却却剂降低低热的没没有温度度，冷却却水的入入口温度度30，根据据经验结结合选厂厂地址的的水资源源现状况况，选定定冷却水水的出口口温度440。根据间壁壁式换热热器的分分类与特特性表，结结合上述述工艺要要求，最最大使用用温差小小于1220,选用固固定管板板式换热热器，又又因为管管壳两流流体温差差大于660，故因因选用带带膨胀节节的固定定管板式式换热器器。3.1.2流体体流径流流速的选选择根据流体体流径选选择的基基本原则则，循环环冷却水水易结垢垢，而固固定管板板式换热热器的壳壳程不易易清洗，且且循环冷冷却水的的推荐流流速大于于煤油的的推荐流流速，故故选择循循环冷却却水为管管程流体体，煤油油为壳程程流体。根根据流体体在直管管内常见见适宜流流速，管管内循环环冷却水水的流速速初选为为ui=1.00m/ss,管子子选用的的较好级级冷拔换换热管（换换热管标标准：GGB81163）。3.2确确定物性性参数定性温度度：可取取流体进进口温度度的平均均值。 管程流流体的定定性温度度为：（）煤油900下的物物性数据据：()根据定性性温度，分分别查取取壳程和和管程流流体的有有关物性性数据。 煤油在990下的有有关物性性数据循环冷却却水在335下的物物性数据据密度o=8825 kg/m3密度i=9994 kg/m3定压比热热容Cpo=2.222kJJ/(kkg·K)定压比热热容Cpi=4.008kJJ/(kkg·K)导热系数数o=00.1440 WW/(mm·K)导热系数数i=00.6226 WW/(mm·K)粘度o=00.00007115 PPa·s粘度i=00.00007225 PPa·s3.3、估估算传热热面积3.3.1热流流量m0=（kkg/hh）Qo=mm0cp0t0=275500××2.222×(1400-400)=66.155×1066kJ/h=116955.8 kW3.3.2平均均传热温温差()3.3.3传热热面积假设壳程程传热系系数：0=4000 WW（m2），管壁壁导热系系数=455 W（m2）则K=2298.7W/(m22·K),则估算算面积为为：S=QQ0/(KK×ttm)=1.6966×106/(2998.77×39)=1445.886(mm2) 考虑155%的面面积裕度度则：SS=1.15××1455.866=1677.744(m2)3.3.4冷却却水用量量（kg/h）3.4、工艺结构尺寸3.4.1管径径和管内内流速选用225×22.5较较高级冷冷拔传热热管(碳碳钢100)，取取管内流流速uii= 1.5m/s3.4.2管程程数和传传热管数数依据传热热管内径径和流速速确定单单程传热热管数=88.7889（根根）按单程管管计算，所所需的传传热管长长度为：=24（mm）按单管程程设计，传传热管过过长，宜宜采用多多管程结结构，根根据本设设计实际际情况，采采用标准准设计，现现取传热热管长为为l=66m，则则该换热热器的管管程数为为：NP=LL/l=24/6=4传热管总总根数： NT=89××4=3356（根根）3.4.3平均均传热温温差校正正及壳程程数平均传热热温差校校正系数数：R=(1140-40)/(440-330)=10;P=(440-330)/(1440-330)=0.0091按单壳程程，4管程结结构，温温差校正正系数应应查有关关图表可可得t=0.882平均传热热温差tm=tttmm =00.822×39=32（）由于平均均传热温温差校正正系数大大于0.8，同同时壳程程流体流流量较大大，故取取単壳程程合适。3.4.4传热热管排列列和分程程方法采用组合合排列法法，即每每程内均均按正三三角形排排列，隔隔板两侧侧采用正正方形排排列。取管心心距t=1.225d00，则t=1.25××25=31.2532(mm) 横过管束束中心线线的管数数3.4.5壳体体内径采用多管管程结构构，取管管板利用用率0.77，则壳壳体内径径为D=7757.7 (mm)按卷制壳壳体的进进级挡，圆圆整可取取D=8800mmm。3.4.6折流流板采用弓形形折流板板，取弓弓形折流流板圆缺缺高度为为壳体内内径的225，则切去去的圆缺缺高度为为h0.25××8000=2000（mmm）折流板间间距B=0.33D,则则B=0.3×8000=2440mmm取2500mm。折流板数数 NB= -11=-11=233 (块块)3.4.7接管管壳程流体体进出口口接管：取接管管内煤油油流速为为u1.0m/s，则则接管内内径为：D1=（mm），取取管内径径为1110mmm。管程流体体进出口口接管：取接管管内循环环水流速速 u1.55 m/s，则则接管内内径为mm圆整可取取 =2000mmm 。3.5换换热器核核算3.5.1热流量核算算3.5.1.11壳程表表面传热热系数可采用克克恩公式式：当量直径径，由正正三角排排列得：de=（mm）壳程流通通截面积积：=0.0044（mm2）壳程流体体流速及及其雷诺诺数分别别为：u0=（mm/s）Re0=48846普朗特准准数 Pr=；粘度校正正 0=10113.557 WW/(mm2·K)3.5.1.22管内表表面传热热系数i管程流体体流通截截面积：Si=00.7885×0.0022××3566/4=0.0028（m2）管程流体体流速及及其雷诺诺数分别别为：ui=1.4499（mm/s）Rei=409939.1普朗特准准数Pr=i=00.0223×=65560.44W/ (m22·K)3.5.1.33污垢热热阻和管管壁热阻阻查有关文文献知可可取：管外侧污污垢热阻阻 R00=0.00001722 m22·K/WW管内侧污污垢热阻阻 Rii=0.00003444m2·K/WW管壁热阻阻 查有关关文献知知碳钢在在该条件件下的热热导率为为=45W/(m··K)。3.5.1.44计算传传热系数数K =4366.9 W/（mm·）计算传热热面积SS:S=121.33（m2）该换热器器的实际际传热面面积：S=3.114×0.0025××(6-0.006)××(3566-23)=1555.277（m2）3.5.1.55换热器器的面积积裕度H=×1100%=×1000%=228.001%传热面积积裕度合合适，该该换热器器能够完完成生产产任务。3.5.2换热热器内流流体的流流动阻力力3.5.2.11管程流流体阻力力 计算公公式如下下：Pi=（P1+P2）NNSNpFFt; NS=1, Np=4，FFS=1.4; P1=,P2=由Re=411103.6，传传热管相相对粗糙糙度0.01/20=0.005，查查莫狄图图得=00.0334(WW/ (m2··)，流流速u=1.4499mm/s，=994kg/m3，所以P1=1006433.7（PPa）；P2=31130.5（PPa）Pt=（1006433.7+31330.55）×1.44×1×4=7771335.55（Paa）<1100 KPaa管程流体体阻力在在允许范范围之内内。3.5.2.22壳程阻阻力P0=（P1+P2）FSNSFS=11.155 NS=1 P1= Fff0nC(NB+1); F=0.5f0=55×411103.6-00.2228=00.7222nC=223 NB=223,uu0=0.21mm/s P1=0.55×0.7722××23×（233+1）×825×0.212/23625（Pa）流体流过过折流板板缺口的的阻力P2 =NBB（3.5-22B/DD）, B=0.225m; DD=0.8m；故P22=233×（3.5-22×0.225/00.8）×825×0.22/21202（Pa），则总阻力力：P0=36625+12002=448277（Paa）<1100 KPPa故壳程流流体的阻阻力也适适宜。四、设计计结果设设计一览览表换热器型型式：带带膨胀节节的固定定管板式式换热器器管口表换热面积积：1555.227m2符号尺寸用途连接形式式工艺参数数a2000×6冷却循环环水入口口平面名称管程壳程b2000×6冷却循环环水出口口平面物料循环水煤油c1000×4煤油入口口平面操作压力力，MPPad1000×4煤油出口口平面操作温度度，30/440140/40e57××3.55排气口平面流量，kkg/hh1496632.46.1005×106流体密度度，kgg/m33994.3825附图流速，mm/s0.99930.07784热负荷，kW16955.8总传热系系数，WW/(mm2·)263.9对流传热热系数47344350.4污垢热阻阻，m2·/W0.000034440.00001772压降，MMPa0.022630.00003770程数41推荐使用用材料低碳钢低碳钢列管管子规格格25××2.55管数356管长，mmm60000管间距，mm32排列方式式正三角形形折流板型式弓形水平平间距，mmm600切口高度度25%壳体内径，mmm800五、设计计自我评评价作为、专专业的学学生，我我深知化化工原理理是一一门非常常重要的的专业基基础课程程，进行行适当的的设计训训练对于于加深我我对课程程的理解解是非常常重要和和有意义义的。这这是第一一次做化化工原理理课程设设计，通通过本次次设计，我我认为自自己已经经初步掌掌握化工工设计的的一些基基本知识识了。本本次设计计的是煤煤油冷却却器，根根据温差差和物性性确定本本设计的的换热器器为带膨膨胀节的的固定管管板式换换热器或或浮头式式换热器器，而鉴鉴于浮头头式换热热器的造造价一般般比固定定管板式式换热器器的造价价高出二二十多个个百分点点，以降降低投资资成本为为目的，选选择带膨膨胀节的的固定管管板式换换热器。通过本次次设计，我我学会了了如何根根据工艺艺过程的的条件查查找相关关资料，并并从各种种资料中中筛选出出较适合合的资料料，根据据资料确确定主要要工艺流流程，主主要设备备，及计计算出主主要设备备及辅助助设备的的各项参参数及数数据。了了解到了了工艺设设计计算算过程中中要进行行工艺参参数的计计算。通通过设计计不但巩巩固了对对主体设设备图的的了解，还还学习到到了工艺艺流程图图的制法法。通过过本次设设计不但但熟悉了了化工原原理课程程设计的的流程，加加深了对对冷却器器设备的的了解，而而且学会会了更深深入的利利用图书书馆及网网上资源源，对前前面所学学课程有有了更深深的了解解。但由由于时间间较为仓仓促，查查阅的文文献有限限，本次次设计还还有很多多不完善善的地方方。本次设计计非常感感谢。老老师的指指导，有有了他的的指导使使得我们们更快的的进入课课程设计计的状态态，使我我们少走走弯路。同同时非常常感谢我我的同学学，正是是有他们们在一起起讨论，才才使我较较快及顺顺利地在在较短时时间内完完成本设设计。六、参考考文献1 贾绍义义、柴诚诚敬主编编化工工原理课课程设计计天津津：天津津大学出出版社，2200222 柴诚敬敬、张国国亮主编编化化工流体体流动与与传热北京：化学工工业出版版社，2200883 中国石石化集团团上海工工程有限限公司石油油化工设设备设计计选用手手册换热器器北北京：化化学工业业出版社社，200094 李国庭庭等编著著化化工设计计概论北京：化学工工业出版版社，2200885 杨世铭铭、陶文文铨编著著传传热学北京：高等教教育出版版社，2200666 上海医医药设计计院化化工工艺艺设计手手册北京：化学工工业出版版社，1199668 李国庭庭等编著著化化工设计计概论北京：化学工工业出版版社，220088 9刁刁玉玮，王王立业，喻喻健良.化工工设备机机械基础础（第第六版）M.大连：大连理理工大学学出版社社，20006:1-2232.10柴诚敬敬.化化工原理理（上上册）M.北京：高等教教育出版版社，220055，2663-2281.11钱颂文文。换换热器手手册M.浙江：化工原原理出版版社.12GB1151-89：中华人人民共和和国国家家标准S.国家技技术监督督局，119899.13刘玉良良，潘永永亮.化化工设备备机械设设计基础础MM.北北京：科科学出版版社，119911.14郭庆丰丰，潘国国昌.化化工设备备设计手手册M.北京：清华大大学出版版社，119988.15韩冬冰冰，李叙叙凤.化化工工程程设计M.北京：学苑出出版社，220000.16周大军军.化化工工艺艺制图M.北京：化学工工业出版版社，220033.七、主要要符号说说明英文流通通面积，；管壁壁厚度，；定压压质量热热容，；热容容流率比比；换热热管直径径，；换热热器壳径径，；范宁宁摩擦系系数；校正正系数；对流流传热系系数，；导热热系数，；总传传热系数数，；长度度，；换热热管长度度，；管数数；程数数；压力力，；平均均传热温温差校正正系数；传热热速率（热热负荷），；平均均传热温温差校正正系数；垢阻阻系数，；传热热面积，；管中中心距，；冷流流体温度度，；温差差，；热流流体温度度，；流速速，；质量量流率，；B折折流挡板板间距，。希文无相相变对流流传热系系数，；差分分算符；传热热效率；管板板利用率率；管壁壁导热系系数；摩擦擦系数；黏度度，；密度度，；求和和算符；校正正系数。无因次数数群，普朗特特数（）；，雷诺数数（）。指导教师师评语：课程设计计报告成成绩：，占占总成绩绩比例：课程设计计其它环环节成绩绩：环节名称称：，成成绩：，占占总成绩绩比例：环节名称称：，成成绩：，占占总成绩绩比例：环节名称称：，成成绩：，占占总成绩绩比例：总 成 绩：指导教师师签字：年 月 日本次课程程设计负负责人意意见：负责人签签字：年 月 日