煤油冷却器的设计说明书样本.pdf

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1、-2010 级应用化学专业 化工原理课程设计说明书 题 目：姓 名：班级学号：指导老师：同组人员 完成时间：-目 录（按毕业论文格式要求书写）massachusetts institute of technology 一.目的 培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。二.目标 设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。三.题目 固定管板式冷却器的设计 四.设计条件 管程和壳程的压力均不大于 0。6MPa，管程和壳程的压力降均不大于 30KPa。被冷却的物料为己烷，物料从正常温度(1T)被冷却，出口

2、温度(2T)自定。冷却剂为自来软水，进口温度为30 C(1t)，出口温度(2t)自定。五.设计步骤 1.方案设计(1)冷却剂的选用：自来软水(2)换热器型式的选择：固定管板式(3)流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程(4)流体流动方向的选择：双管程+单壳程 2.工艺设计(1)查出己烷的正常沸点(进口温度)1T=68.74C(2)选定己烷的出口温度 2T=44C(3)选定冷却剂的出口温度 2t=38C(4)计算逆流传热的平均温度差 1212lnmttttt 逆=3868.7438ln4430（68.74）（44-30）=21.28Co(5)校正传热平均温度差-122168.74443.09

3、33830TTRtt 211138300.206568.7430ttPTt 由(,)R P查表得=0.93，因为 0.850.930.95，满足要求。由此得：mmtt折逆0.9321.28=19.79Co(6)计算定性温度mmTt和 12mT 121（T+T）=（68.74+44）=56.37C2o 12mt 121（t-t）=（30+38）=34C2o(7)查出物料和冷却剂的物性参数 物料名称 己烷 质量流量 11400/mqt d 比热容 12428.34pCJ kg k 粘度 0.00023 pa s 密度 3624.89/kg m 导热系数 110.1047w mk 查出冷却剂的物性参

4、数 密度 3994.3/kg m 粘度 0.00074 pa s 比热容 114174pCJ kg k 导热系数 110.6248w m k(8)计算热负荷 112428.34mpQq c1214001000（T-T）=（68.74-44）=973473.64J/S24 3600(9)根据总传热系数 K 的大致范围，初选总传热系数0K=470W/(2m k)(10)初算传热面积0S 200973473.64104.64470 19.79mQSmKt折(11)根据工艺条件，选取公称压力 PN=1.0MPa(12)根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢 -(13)由初算传热面积0S和选定的公称压力

5、PN，根据管壳式换热器行业标准JB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：1.从行标中直接查取计算换热面积：S=109.32m 2.公称直径 DN 取 600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)3.管长 L=4500mm 4.管壁壁厚bmm：0 d：192mm 5.总管数：n=416 6.中心排管数：Nc=23 7.管程流通面积iA=0.03682m 8.管子排列方式：正三角形 9.管心距：t=25mm 10.管程数：PN=2 11.壳程数：SN=1 12.折流板间距：h=300mm 13.折流板型式：25圆缺形 14.计算冷却剂的流量 22973473.6429.153/4174mpQqk

6、g sc21（t-t）（38-30）15.计算管程流速iu 29.1530.7967/994.3 0.0368miiiqusA 因为 0.50.79673m/s，所以满足要求。16.计算管程对流传热系数ia Nu=0.0230.8RePrn ia=0.023iiud0.8niPdC（）（）自来水被加热，n 取 0.4，代入数值：0.6248994.30.0230.0150.000742ia0.80.40.015 0.79674174 0.000742（）（）0.6248 =4197.87/w2（m.k）-17.计算壳程当量直径ed和流速0u 342ed200（t-d）4d=3420.01727

7、m22（0.025-0.019）40.019 00(.623.019Ah DNcd2)=0.3）=0.0489 m 000001400 10000.53/24 3600624.890.0489vmqqum sAA 因为 0.20.531.5m/s，所以满足要求。18.计算壳程对流传热系数0a Nu=0.36Re0.551/3RePr0.14w（）。物料被冷却，0.14w（）取 0.95，将数值代入上式：000.36eed uad0.14pwc（）（）（）0.10470.360.950.0172710.5530.017270.53624.892428.340.00023（）（）0.000230.

8、1047 =947.726 w/(2mk)19.根据冷热流体的性质及温度，在(GB151-99P140-141)选取污垢热阻0ddiRR和 2200.000176/0.000176/didRm k mRm k m 20.计算总传热K 000000111didiimdddbRRKaddda 其中 的确定：TS m=1/2(mTmt)，然后查表，利用内差法得到=51.5411w mk 000.0190.0150.01690.019lnln0.015imidddmdd 110.0190.0190.0020.01910.0001760.0001764197.870.0150.01551.540.016

9、9947.726K -解出k=555.74w/(2mk)21.由k计算传热面积S 973473.6488.4946555.74 19.79mQSmKt折 22.因为109.388.49460.1903519.04109.3SSS，15 19.0425，所选换热器能完成任务。23.核算压力降 20.015 0.7967 994.3Re16010.050.0007420.000150.000150.010.0153iiiitspd umduPF N N 2i管内取绝对粗糙度则查图得=0.0419uL管程压力降（+1.5）d22 对于19mm2mm 的换热器，结构校正系数tF=1.4，21psNN，

10、代入数值：2994.3 0.796731.5 2 12iP 24.5994.3 0.7967（0.0419+1.5）0.0152=16161.26 Pa =16.16126 KPa 因为 10KPa16.16126 KPa30KPa，故符合要求。管外 Re=0.017270.53 624.8924881.990.00023eed u 折流板数0.14.50.11140.3bLNh 壳程压力降0ssPF N 12（P+P）20.2281000.55Re232ccPFf NFfN0Bu（N+1），其中，。代入数值得：-10.5 5 24881.99P 2-0.228624.890.53（14+1）

11、232=7538.35Pa 202BupN2h（3.5-）D2 203075.01Pa22 0.3624.890.53（3.5-）0.62 对于液体sF=1.15 0ssPF N 12（P+P）=（7538.35+3075.01）1.151 =12205.37Pa =12.20537KPa 因为 10KPa 2.20537KPa 30KPa，故符合要求。3.结构设计（1）圆筒厚度 查 GB151-99P21 表 8 得圆筒厚度为：8mm （2）椭圆形封头 查 JB/T4737-95，椭圆形封头与圆筒厚度相等，即 8mm 公称直径DN（mm）曲面高度1h（mm）直边高度 2h（mm）碳钢厚度 （

12、mm）内表面积 A 2m 容积 V 2m 质量 m kg-600 150 25 8 04374 00353 2747 （3）管箱短节厚度 查 GB151-99P20，管箱短节厚度与圆筒厚度相等，即 8mm（4）压力容器法兰(甲型)DN D D1 D3 d 螺柱 规格 数量 质量 600 730 690 645 40 23 M20 24 28.62 （5）膨胀节 因为 72.7153772.7153735.71550,mmmmTCtCTtCCCC所以不需设置膨胀节 （6）管板-查（化工单元设备设计P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：公称直径 D 1D 3D 4D b c d 螺栓孔

13、数 质量 kg 600 730 690 598 645 36 10 23 28 77 (7)分程隔板 公称直径 DN/mm 隔板最小厚度/mm 碳素钢 600 8 （8）分程隔板两侧相邻管中心距 25tmm,019dmm,01.2523.7525dmmmm 换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管外径,所设计的换热器不用机械方式清洗,采用正三角形排列 换热器外径 d/mm 19 换热器中心距 S/mm 25 分程隔板槽两侧相邻管中心距nS/mm 38 -(9)布管限定圆 换热器型式 iD/mm 3b/mm 布管限定圆直径LD/mm 固定管板式 600 8 584 (10)拉杆的直径、数量和尺

14、寸 拉杆公称直径nd/mm 数量 基本尺寸-（13）折流板的厚度和外径 公称直径 DN/mm 换热管无支跨距l300mm(折流板或支撑板的最小厚度)折流板名义外直径/mm 折流板外直径允许偏差 600 4 595.5 00.8 （14）接管 已烷液体进出口接管的直径计算 144 1400 1000128.4360024 624.89 3.142sVdmmu 采用1594.5mm热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为 124 1400 10001.82/24 3600624.893.140.15um s 冷却水进出口接管2d,取2u=2m/s,则 229.153193.1994.3 3.14 2

15、dmm 采用1334mm热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为:2229.1531.77/3.14994.30.1931um s（15）管法兰-管子直径1A/mm 法兰内径1B/mm 螺栓孔中心圆直径K/mm 公称直径DN/mm 螺栓孔直径L/mm 螺栓孔数量 n 法兰外径D/mm 法兰厚度C/mm 法兰理论重量 kg 自来水进出口 159 161 240 150 22 8 285 20 7.61 已烷进出口 219 222 295 200 22 8 340 24 9.24 （16）防冲板或导流筒 因为水 u=3.0m/s，己烷222./223088.1627smkgV,所以管程和壳程都不设防冲板或导流筒。（17）鞍式支座(BI 型)-（18）组装尺寸