化工原理课程设计煤油冷却器的设计.docx
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化工原理课程设计煤油冷却器的设计
化工原理课程设计
煤油冷却器的设计
设计者:
____________
班级:
__________
学号:
________
指导老师:
_________
设计成绩:
__________________
2012/12/21
设计任务
设计一台煤油冷却器，完成下列工艺要求：
v处理能力：
6×104吨/年
v煤油：
入口温度120℃，出口温度40℃
v冷却介质：
循环水，入口温度30℃，出口温度40℃
v每年按330天计，每天24小时连续运行
换热器简介
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。
根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。
其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。
列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。
这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。
因此，这种换热器也称为管壳式换热器。
常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。
列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛使用。
它的结构简单、坚固、制造较容易，处理能力大，适应性能，操作弹性较大，尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
换热器选择原则：
通常需要在了解各种换热器的结构、特点与用途的基础上，根据生产工艺要求，通过计算，选用适当的换热器。
完善的换热器在选型设计时应满足以下各项基本要求：
（1）合理地实现规定的工艺条件
（2）安全可靠
（3）有利于安装、操作与维修
（4）经济合理
确定设计方案
选择换热管的类型
两流体温度的变化情况：
热流体进口温度120℃出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用列管式换热器。
流动空间及流速的确定
由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。
选用Φ25mm×2.5mm的碳钢管，管内循环水流速取1m/s。
工艺计算及主体设备设计
组分物性参数
煤油、水在定性温度下的物理特性
温度0C
密度
（g/cm3）
黏度
（10-4Pas）
比热容
（
）
执导率
（
）
入口
出口
煤油
120
40
825
7.15
2.22
0.14
冷却水
30
40
993.9
7.225
4.17
0.626
（一）、定性温度
，
按单管程,多壳程计算,有:
。
温度差较正系数ψ
查上图得温度较正系数
，故:
（二）、计算热负荷:
由此可得：
（三）、估算传热面积A估:
据书表4－7数据初选传热系数
，则传热面积
（四）、试选型号:
为避免冷却水结垢，需要提高冷却水的流速，故应让水走管程，煤油走壳程。
取管内水的流速
，传热管为
的碳钢制管，其内径d1=0.02m，d2=0.025m。
估算单程管子根数为：
。
根据传热面积A估估算管子长度
。
若用4管程，则每根管程长选用L=6m。
，根据以上数据初选浮头式列管换热器型号为:
AES-500-1.6-53.7-6/25-4I。
其中管总数116根，每管程的管数为n=116/4=29根;管中心距t≥1.25d2≈32mm，故取t=32mm；正方形错列，壳体内径为DN＝500mm，取折流挡板间距h=250mm，传热面积A选＝53.7m2。
（五）、校核总传热系数:
✧管程对流传热系数
管内冷却水流速:
✧壳程对流传热系数:
壳程最大流通面积:
煤油流量:
正方形排列的当量直
雷诺数：
普朗特数：
由此可得传热系数为：
✧总传热系数：
取污垢热阻
。
碳钢的执导率
，则：
✧传热面积：
，与原估计值基本相符。
，即传热面积有19.9%的裕量。
计算表明所先换热器规格可用。
设计结果概要
此次根据设计任务的要求选用的是AES－500－1.6－53.7－6/25－4I较高级冷拔换热管，其具体参数见下表：
公称直径DN/mm
管根数
管程流通面积/m2
管长L/m
传热面积A/m2
中心排管数
管程数
500
116
0.0053
6
53.7
9
4
AES－500－1.6－53.7－6/25－4I列管换热器工艺参数
设计结果一览表：
项目
计算结果
管程
壳程
物料组分
冷却水
煤油
质量流量q（kg/s）
8.95
2.1
流速U（m/s）
0.989
0.093
雷诺数Re
27207.4
2897.3
普朗特数Pr
4.82
11.34
污垢热阻Rd（m2∙k/W）
0.000344
0.0000172
传热系数α（W/m2∙k）
4767
336
总传热系数K
255.8W/m2∙k
传热面积A
44.8m2
裕度
19.9%
由上表数据可知，本设计中选用的AES－500－1.6－53.7－6/25－4I换热器可达到工艺标准要求。
综述：
在工程应用中,qv由生产任务决定,u由经济权衡决定。
对本次课设任务而言，要想增大传热系数，在具体操作时，可通过减少金属壁、污垢及金属侧流体等热阻中较大者的热阻来。
当金属壁很薄，其热导率较大，且壁面无污垢时，则减小两侧流体的对流热阻就成为强化传热的主要方面。
若两侧液体的对流传热系数α相差较大时，增大小者对提高K值、增强传热最有效。
本次设计任务可通过适当增大冷却水的流速，或者在管内插入旋流元件或者增大传热面的表面积来强化传热效果。
课程设计不仅仅考察我们对换热器传热过程基本计算的掌握情况，同时要求我们对整个传热流程有一个系统性的认识，是对我们课堂知识的一个扩展和深化，将传热的原理，换热器的工作原理和具体情境中的工艺条件的影响，以及生产成本等诸多信息进行整合进行设计对我而言是一次综合性的锻炼。
在本次课设进行的过程中，我发现了自身存在的诸多问题，如对知识的理解不够细腻，考虑问题不够全面，平常对一些“不重要”内容的不求甚解等，它们的出现再一次提醒我要诚恳的对待生活！
附图
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