煤油冷却器的设计 化工原理课程设计

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1、课程设计课程名称化工原理课呈设计题目名称煤油冷却器的设计专业班级食品营养与检则学生姓名学号指导教师二O O年12月31日目录1设计任务 12. 设计计算 2（1 ）确定设计方案 2（2）确定物性系数 2（3）计算总传热系数 3计算传热面积4（5）工艺结构尺寸 4（6）换热器核算 53. 换热器主要结构尺寸和计算结果表1煤油冷却器的设计列管式换热器【设计任务】一、设计题目列管式换热器的设计二、设计任务及操作条件(1) 处理能力:M*103 t/Y (其中：M = 30+学号后两位)煤油(2) 设备型式：列管式换热器(3) 操作条件 煤油：入口温度110C,出口温度60C。 冷却介质：循环水，入口

2、温度29C,出口温度39Co 允许压降：不大于105 Pao 煤油定性温度下的物性数据：定压比热容=3.297kJ/(kg.C导热系数=0.0279 W/(m.0C) 每年按330天计，每天24小时连续运行。(4) 建厂地址蚌埠地区三、设计要求试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。【设计计算】、确定设计方案1. 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口为温度110c,出口温度60C;冷流体(循 环水)进口温度29C，出口温度39C。该换热器用循环水冷却，冬季操作时进 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, 因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器

3、。2. 流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳 程。选用025*2.5的碳钢管，管内流速取u=0.5m/s。二、确定物性系数定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为T= ( 110+60 ) /2=85 (C)管程流体的定性温度为t= ( 29+39 ) /2=34 (C)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物系数据。 油在85C下的有关物系数据如下：密度p =90 婕/m?定压比热容cpo =3.297kJ/ (kg.C)导热系数九 0 =0.0279W/(m.0C)粘度h =0.000015 Pa.sH o循环冷却水在34

4、C下的物性数据:定压比热容c P =3.297kJ/(kg.CP导热系数九 i =0.624 W/(m.oC)粘度u =0.00742 Pa.s密度Pi=994.3 婕/m3三、计算总传热系数1. 热流量M = 30+学号后两位=30+17=47 处理能力=M*103 t/Y =47*103 t/YQ=m cp to=47000*3.294*(110-60)=7740900 kJ/h=2150.2(kw)2. 平均传热温差 11 m= ( t1 - t2)/ln ( t/ t2)= (11060) (3929) / In(11060)/(3929)=24.86C3. 冷却水用量Wi = -Q=

5、7740900/4.174*(3929)=185455.2 (kg/h) c .At.piI4总传热系数K管程传热系数Re= diuiP i = (0.02*0.5*994.3)/0.000742=13400.2九. LdjUpo.8Cp卩i d.i卩i J九i丿ai=0.023.4=0.023*(0.624/0.020)(13400.3)(4.174*2.6789)/0.624=4560W/( m2 oC)壳程传热系数假设壳程的传热系数a=290 W/(m oC)a 0 = 290 W /污垢热阻Rsi=0.000344 m2 oC/WRs=0.000172m2 oC/W0K=1/(0.02

6、5/4560*0.020)+0.000344*(0.025/0.0厶+ R佥*监* R.ad. si d.九d. sii iii管壁的导热系数九=45W/(m oC)20) + (0.0025*0.025)/(45*0.020)+0.000172+l/290=227.5W/g oC)四、计算传热面积S=2150200/(24.86*227.5)=380.2 ( mJ考虑 15% 的面积裕度，S=1.15*S =1.15*380.2=437.23 (m)五、工艺结构尺寸1. 管径和管内流速选用直径25*2.5传热管(碳钢)，取管内流速U=0.5m/s2.管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单

7、程传热管数N= 185455.2/( 994.3*3600 ) /(0.785*0.0004*0.5)=329.9=330兀 -畑根 按单程管计算，所需的传热管长度为L=401.5/(3.14 x 0.025x 330)=15.5 (m)n d 0 u s按单管程设计，所需的传热管长度，宜采用多管程结构。现取传热管长度L=6m, 则传热管程数为Np=L/1=15.5/6=2.58=3(管程)传热管总根数N=330x 3=990 (根)3. 平均传热温差校对及壳程数平均传热温差校正系数R=(110460)/(3929)=5P=(3929)/(11060)=0.2按单壳程，双管程结构，温差校对系数

8、应查表。但R=10的点在图难以读出, 因而相应以1/R，PR代替P,查同一图表，可得=0.82平均传热温度差 t =Q At =0.82*24.86=20.4 (C)m 十 A t m4. 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正三角形排列。取 管心距t=1.25d 则t=1.25*25=31.25=32 (mm)横过管束中心线管数nc=1.19yN =37 (根)5. 壳体内径采用多管式结构，取管板利用率n =0.7，则壳体内径为 D=1.05/耳=1.05*32*1414.3=1263.6 (mm) 圆整可取D=1300 (mm)6. 折流板采用弓形折流

9、板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆 缺高度为 h=0.25x 1300=325 mm 可取 h=320 mm取折流板间距B=0.3D，则B=0.3x 1300=390 mm 可取 B=390 mm折流板数NB=(传热管长度/折流板间距)- 1 = 47000/390-1=120 (块) 折流板圆缺面水平装配。7. 接管壳程流体进口接管：取接管内循环水流速u=1.0,则接管内径为d=：竺=0.1848 (m)兀u取标准管径为80 mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5，则接管内径为 d=0.207 (m)取标准管径为200 mm六换热器核算(1)壳程对流传热系数

10、对圆缺形折流板，可采用克恩公式 a 0=0.36(入 /de)Re00-55Pr1/3( H 0)0.14当量直径，由正三角形排列得de=4(立 t2-仝 d2)/d =4(叵 *0.0322-0.785*0.0252)/(3.14*0.025)=02.020(m)壳程流通截面积(l-0.025/0.032)=0.1109(m)S=BD(1-)=00t壳程流体流速及其雷诺数分别为u =47000/(3600*90)/0.1109=1.308 m/s0Re =(0.020*1.308*90)/0.000015=1569600普兰特准数Pr=84.49粘度矫正 (丄)0.14卩wX =1588W/

11、(m2 0C)X 0(2)管程对流传热系数门=0.023 九 i Re0-8Pr0-4IX idi管程流通截面积Si=0.785*0.02*0.02*(990/2)=0.15543(m2) 管程流体流速Ui=185455.2/(3600*994.3)/0.15543=0.0025(m/s)Re=0.02*2.847*994.3/0.000742=76301 普兰特准数Pr=4.96X i = 10967 W/(m C)(3) 传热系数KK=1=365.6 W/血 oC)血+ R血+匕+ R i +丄 a d ss di 九di ss a 0(4) 传热面积S!S= J =2150200/365

12、.6*20.4)=288.4(m2)K A tm该换热器的实际传热面积SpSpfd0L (N- nc)=3.14*0.025*(6-0.06) *(990-37)=444(m2) 该换热器的面积裕度为H= Sp x 100%=(444-288.4)/ 288.4 *100%=54%S传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2换热器内流体的流动阻力管程流动阻力EAP = (AP + AP ) Ft Np Ns1 2Ft=1.5 , Ns=l, Np=2AP = X (l/d)( p u2/2), ap =E( p u2/2)1i厂2厂由Re=76301传热管相对粗糙度0.0L20 =0.00

13、5，查莫迪图得X =0.207W/(m 0C) 流速 Ui=0.0025m/si密度=994.3婕/m3,所以AP10.207*(6/0.02)*(0.0025*0.0025*994.3/2)=0.19296(Pa)AP=3*994.3*(0.0025*0.0025/2)=0.00932(Pa)2EAP = (0.19296+0.00932)*1.5*2*1=0.60684(Pa)02F=0.5f0=O.3268Nc=37NB= 120,u=1.308= 0.5*0.3268*37*121*(90*1.308/2)=43059 Pa流体流经折流板缺口的阻力AP，= n3 5 -B=0.39 m

14、, D= 1.3 m2 D J 2AP，=120*(3.5-2*0.9/1.3)*(90*1.308*1.308/2=26793 Pa 总阻力SAP 0 = 43059+26793=6985210000 Pa 壳程流动阻力不适宜换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果表1.换热器型式：固定管板式 换热面积（mj：48工艺参数名称管口表: 符号a管程壳程尺寸D0ND 80N用途循环水入口循环水出口连接型式平面平面物料名称循环水操作压力，MPa操作温度，C流量，婕/h流量密度，kg/m3 流速，m/s传热量，kW总传热系数，W/m2 K对流传热系数W/m2 K污垢系数，m2 K/W阻力降，MPa程数推荐使用材料0.430-40219829940.497249.1326.1526750.0003440.005192碳钢0.3140-4040408250.158D 50ND 50N -D 20N -D 20N -油品入口油品出口排气口 放净口凹凸面凹凸面 凹凸面 凹凸面5150.00180.001841碳钢管子规格25*2.5官数80管长，mm6000管间距，mm32排列 方式正三角形折流板型式上下间距mm110切口咼度25 %壳体内 径，mm360保温层厚 度mm