南京工业大学《材料工程原理B》课程设计设计题目: 煤油冷却器的设计专业：高分子材料科学与工程班级：高材0801学号: ************: *******: ***日期： 2０10/12/30设计成绩:目录一.任务书 (3)１.1．设计题目1．2.设计任务及操作条件1.3.设计要求二.设计方案简介 (3)２.1．换热器概述2.２列管式换热器2．3.设计方案的拟定2.4.工艺流程简图三．热量设计 (5)3．1.初选换热器的类型3.2.管程安排(流动空间的选择)及流速确定３.3.确定物性数据3．4．计算总传热系数３.5.计算传热面积四.工艺结构设计…………………………………………………………………………………………..-８-4.1.管径和管内流速4.2.管程数和传热管数4．3.平均传热温差校正及壳程数4.4.传热管排列和分程方法4.5．壳程内径及换热管选型汇总4.6.折流板4.7.接管五．换热器核算…………………………………………………………………………………………．-13－5.１.热量核算5.2.压力降核算六.辅助设备的计算和选择……………………………………………………………………………１７6.1.水泵的选择6.2.油泵的选择七.设计结果表汇 (20)八.参考文献． (20)九.心得体会………………………………………………………………………………….…………… 2１附图：（主体设备设计图,工艺流程简图）§一．化工原理课程设计任务书1.1设计题目煤油冷却换热器设计1.2设计任务及操作条件１、处理能力 15.8×１04t/y2、设备型式列管式换热器３、操作条件（１）煤油: 入口温度１4０℃，出口温度４０℃(２)冷却介质：工业硬水,入口温度２0℃,出口温度4０℃(3）油侧与水侧允许压强降：不大于１05 Pa（４）每年按３３０天计，每天24小时连续运行(5)煤油定性温度下的物性参数:1．3设计要求选择合适的列管式换热器并进行核算1．４绘制换热器装配图(见Ａ４纸另附）§二．设计方案简介2.1换热器概述换热器是化工,炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。

在化工厂,换热器的费用约占总费用的１０％~20%，在炼油厂约占总费用3５％~40%。

换热器在其他部门,如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。

因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。

其中间壁式换热器应用最广泛。

2.２列管式换热器因设计需要,下面简单介绍下列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛应用。

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，尤其在高温、高压和大型装置中使用更为普遍。

2.2．1固定管板式固定管板式即两端管板和壳体连结成一体,因此它具有结构简单造价低廉的优点。

但是由于壳程不易检修和清洗,因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。

当两流体的温度差较大时,应考虑热补偿。

有具有补偿圈(或称膨胀节)的固定板式换热器,即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性形变，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。

这种热补偿方法简便,但不宜用于两流体温度差太大和壳方流体压强过高的场合。

1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴图2.2.１.固定管板式换热器的示意图2．2.２浮头式这种换热器有一段管板不与壳体相连，可沿轴向自由伸缩。

这种结构不但可完全消除热应力，而且在清洗和检修时,整个管束可以从壳体中抽出。

因此，尽管其架构较复杂,造价较高,但应用仍较普遍。

2.2．3U形管式每根管子都弯成U形,两端固定在同一个管板上，因此，每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。

这种结构较简单,质量轻,适用于高温高压条件。

其缺点是管内不易清洗，并且因为管子要有一定的弯曲半径，其管板利用率较低。

2.3设计方案的拟定根据任务书给定的冷热流体的温度,来选择设计列管式换热器的固定管板式换热器；再根据冷热流体的性质，判断其是否容易结垢,来选择管程走什么,壳程走什么。

本设计中选择使循环工业硬水走管程，煤油走壳程。

从资料中查得冷热流体的物性数据，如比热容,密度，粘度,导热系数等。

计算出总传热系数，再计算传热面积。

根据管径，管内流速确定传热管数,算出传热管程,传热管总根数等。

然后校正传热温差及壳程数,确定传热管排列方式和分程方法。

根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等；接着再对换热器的热量，官称对流传热系数，传热系数,传热面积进行核算，再算出面积裕度,最后,对流体的流动阻力进行计算。

2.４工艺流程简图（见附图）§三．工艺计算和主体设备设计3.1 初选换热器类型两流体的温度变化情况如下：（1）煤油：入口温度１40℃,出口温度40℃；（2)冷却介质:自来水，入口温度３０℃，出口温度４０℃;该换热器用循环冷却自来水进行冷却，冬季操作时,其进口温度会降低，考略到这一因素， 估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,需考虑热膨胀的影响,相应地进行热膨胀的补偿，故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。

3.２ 管程安排及流速确定已知两流体允许压强降不大于１0０kPa;两流体分别为煤油和自来水。

与煤油相比,水的对流传热系数一般较大。

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,考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程,而使煤油走壳程。

选用Φ２５×2．５的碳钢管,管内流速取u i ＝0.5m/s 。

3．3确定物性数据定性温度:对于一般气体和水等低黏度流体,其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

壳程流体（煤油)的定性温度为:℃90240140=+=T 管程流体(硬水）的定性温度为：℃3024020=+=t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

３.４计算总传热系数(1).煤油的流量已知要求处理能力为１5.8万吨煤油每年(每年按３３0天计，每天24小时连续运行）,则煤油的流量为：h Kg t W h /5.19949)24330/(158000=⨯⋅=W h---－热流体的流量，kg ／h; (2).热流量由以上的计算结果以及题目已知，代入下面的式子，有:Ｑ=W h Ｃph (T １-T 2)=19949.５Kg/ｈ×2.2２kJ/ｋg ．℃×(14０-4０）℃＝４42８7８９KJ ／h =123021９W (3).平均传热温差计算两流体的平均传热温差 ,暂时按单壳程、多管程计算。

逆流时，我们有ﻩ煤油： 14０℃→40℃ ﻩ水: 40℃←２0℃从而'm t ∆＝7.49204040140)2040()40140(=-----In℃此时Ｐ==--1112t T t t 17.0201402040=--Ｒ==--1221t t T T 5204040140=-- 式子中:21,T T ——热流体（煤油)的进出口温度,K 或℃； 21t t ，——冷流体(自来水）的进出口温度，K 或℃;由图4-2５（参见化学工业出版社的《化工原理（第四版)》14７页,可查得：t ∆ψ＝0.83﹥０.8，所以，修正后的传热温度差为:m t ∆＝ 'm t ∆t ∆ψ3.4183.07.49=⨯=℃ (4).冷却水用量ﻩ由以上的计算结果以及已知条件，很容易算得:W ｃ=)(12t t C Qpc -=53052)2040(174.44428789=-⨯ｋg ／h (5)．总传热系数K选择时，除要考虑流体的物性和操作条件外,还应考虑换热器的类型。

１.管程传热系数： Re 1=124390008007.09965.002.0=⨯⨯=iii i u d μρPr 1=41.56176.00008007.04174=⨯=iip c λμαi=0.０2３4.08.0)()(ii p i i i i i i c u d d λμμρλ =0.０234.08.04.018.01e 41.51243902.06176.0023.0)(Pr )(R ⨯⨯⨯=i id λ =2６３3W/ｍ2•℃ ２．壳程传热系数:假设壳程的传热系数是: o α=７00 W ／m ２•℃污垢热阻: R s ｉ=０.00０344m 2℃/Ｗ R so =0.000172 ｍ2℃/W 管壁的导热系数: λ=45 m 2℃/W 管壁厚度: b ＝0.0０25 内外平均厚度： ｄm=0.0225 在下面的公式中，代入以上数据,可得oso i o i o si i i o R d bd d d R d d K αλα11++++=℃）⋅=2/(392m W(６）．计算传热面积由以上的计算数据,代入下面的公式,计算传热面积:20.763.413921230219'm t K Q S m =⨯=∆=考虑1５％的面积裕度,则： 24.87'15.1m S S ==§四. 工艺结构设计4.１.管径和管内流速选用Φ25×2.5的碳钢管,管长6m ，管内流速取ui=０.5m/s 。

4.2.管程数和传热管数根据传热管的内径和流速,可以确定单程管子根数：ｎs =)(952.945.002.0785.0)9963600/(53052422根≈=⨯⨯⨯=ii iu d V π按单程计算,所需传热管的长度是：ﻩm n d S L s o 7.1195025.014.34.87=⨯⨯==π若按单程管计算,传热管过长,宜采用多管程结构，可见取传热管长l=６m ，则该传热管程数为： ﻩ（管程）267.11≈==l L N p ﻩ则传热管的总根数为：)(190952根=⨯=⨯=s P n N N4.3.平均传热温差校正及壳程数'm t ∆=7.49204040140)2040()40140(=-----In℃此时:Ｐ==--1112t T t t 17.0201402040=--Ｒ==--1221t t T T 5204040140=-- 由图4-２５（参见化学工业出版社的《化工原理（第四版）》147页，可查得:t ∆ψ＝0．83﹥0.8，所以,修正后的传热温度差为：m t ∆＝ 'm t ∆t ∆ψ3.4183.07.49=⨯=℃于是,校正后的平均传热温差是41.3℃,壳程数为单程，管程数为2。

4.4.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，隔板两侧采用正方形排列。