长沙学院课程设计说明书题目煤油冷却器的设计系(部) 生环系专业(班级) 09应化2班姓名学号指导教师宋勇起止日期2012.5.28——2012.6.16化工原理课程设计任务书系主任___________ 指导教师____________ 学生__戴姣______ 2班编号：2.2.7一、设计题目名称：煤油冷却器的设计二、设计条件：1．煤油：入口温度：130℃，出口温度：50℃；2．冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度28℃，出口温度40℃）3．允许压强降，不超过105Pa；4．每年按300天计；每天24 s。
参考数据见表2.1,表2.2[1]。
表2.1.列管式换热器内的适宜流速范围流体种类流速（ms）管程壳程一般液体0.5~3 0.5~1.5 易结垢液体>1 >0.5 气体5~30 3~15表2.2不同粘度液体的流速（以普通钢壁为例）液体粘度mPa．s ＞15001500～500500～100100～35 35～1 ＜1最大流速（ms）0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.42.3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：℃管程流体（硬水）的定性温度为：℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
见表2.3[1]表2.3.物性数据密度（㎏m3）比热容（kJkg•℃）粘度（Pa•s）导热系数（Wm•℃）煤油825 2.22 7.15×10-40.14水34℃) 993.95 4.174 7.27×10-40.622.4计算总传热系数(1).煤油的流量已知要求处理能力为16.5万吨煤油每年（每年按300天计，每天24小时连续运行），则煤油的流量为：h Kg Wh 78.90272430010650003=⨯⨯=W h----热流体的流量，kg=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++++=(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：2523.3455.406.3201045.4'm t K Q S m =⨯⨯=∆=考虑15%的面积裕度，则：第三章 工艺结构设计3.1.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=0.5ms 。
3.2.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：n s =按单程计算，所需传热管的长度是：m n d S L s o 8.857025.014.336.39=⨯⨯==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：则传热管的总根数为：)(114572根=⨯=⨯=s P n N N3.3.平均传热温差校正及壳程数=28.48285040130)2850()40130(=-----In℃此时： P= R=可查得： =0.84[1]﹥0.8，所以，修正后的传热温度差为： =℃于是，校正后的平均传热温差是40.55℃，壳程数为单程，管程数为2。
3.4.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。
取管心距t=1.25d 0，则 )(3225.312525.1mm t ≈=⨯= 横过管束中心线的管数根）(1311419.119.1===N n c3.5.壳程内径和换热管的选型汇总采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为mm NtD 4297.01143205.105.1=⨯⨯==η圆整可取D450mm [3]3.6.折流板设置折流板的目的是为了提高流速，增加湍动，改善传热，在卧式换热器中还起支撑管束的作用。
常用的有弓形折流板（图1-20）和圆盘-圆环形折流板（图1-21），弓形折流板又分为单弓形[图1-20（a ）]、双弓形[图1-20（b ）]、三重弓形[图1-20（c ）]等几种形式[4]。
单弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h为壳体公称直径Dg的15%～45%，最好是20%，见图1-22（a）；在卧式冷凝器中，折流板底部开一90°的缺口，见图1-22（b）。
高度为15～20mm，供停工排除残液用；在某些冷凝器中需要保留一部分过冷凝液使凝液泵具有正的吸入压头，这时可采用堰的折流板，见图1-22（c）[4]。
近壳体处，会有一部分液体停滞起来，形成对传热不利的“死区”。
为了消除这种弊病，宜采用双弓形折流板或三弓形折流板。
从传热的观点考虑，有些换热器（如冷凝器）不需要设置折流板。
但为了增加换热器的刚度，防止管子振动，实际仍然需要设置一定数量的支承板，其形状与尺寸均按折流板一样来处理。
折流板与支承板一般均借助于长拉杆通过焊接或定距管来保持板间的距离，其结构形式可参见图1-23[7]。
由于换热器是功用不同，以及壳程介质的流量、粘度等不同，折流板间距也不同，其系列为：100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。
[5]允许的最小折流板间距为壳体内径的20%或50mm，取其中较大值。
允许的最大折流板间距与管径和壳体直径有关，当换热器内流体无相变时，其最大折流板间距不得大于壳体内径，否则流体流向就会与管子平行而不是垂直于管子，从而使传热膜系数降低。
折流板外径与壳体之间的间隙越小，壳程流体介质由此泄漏的量越少，即减少了流体的短路，使传热系数提高，但间隙过小，给制造安装带来困难，增加设备成本，故此间隙要求适宜。
折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，见表3.1所列数据。
[6]表3.1 折流板厚度 mm壳体公称内径mm相邻两折流板间距mm≤300 300～450 450～600 600～750 ＞750200～250 3 5 6 10 10400～700 5 6 10 10 12700～10006 8 10 12 16 ＞1000 6 10 12 16 16 支承板厚度一般不应小于表3.2(左)中所列数据。
支承板允许不支承的最大间距可参考表3.2（右）所列数据。
经选择，我们采用弓形折流板，取弓形折流圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：取折流板间距B=0.3D ，则： B=0.3×450=150mm 可取B=200mm因而查表可得[7]：折流板厚度为5mm ，支承板厚度为8mm ，支承板允许不支承最大间距为1800mm 。
折流板数N B =（块）折流板间距传热管长3911506000=-=折流板圆缺面水平装配。
壳体直径mm＜400400～800900～1200管子外径mm19253857支承板厚度mm6810最大间距mm15001800250034003.7.接管3.7.1.壳程流体进出口时接管取接管内油品流速为u=1.0ms 则接管内径为：d=m u V 052.00.114.3)825300243600/(1065000443=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=π所以，取标准管的内径为57mm 。
3.7.2.管程流体进出口时的接管取接管内循环水流速u=1.5ms ，则接管内径：d=m 107.095.9935.114.388.84=⨯⨯⨯取标准管径为108mm 。
3.7.3.接管最小位置换热器设计之中，为了使换热面积得以充分利用，壳程流体进出口接管应尽量靠近两端的管板，而管箱的进出口尽量靠近管箱法兰，从而减轻设备重量。
所以，壳程和管程接管的最小位置的计算就显得很必要了。
1）.壳程接管位置的最小尺寸所设计的为带补强圈的壳程接管，则壳程接管位置的最小尺寸L可用1如下公式计算：≧L1式子中：——补强圈的外圈直径，mmb——管板厚度，mmC——补强圈外缘至管板与壳体焊缝之间的距离，mm。
而且，C≧4S且C≧32,S为壳体厚度。
经计算易得，壳程接管位置的最小尺寸为：120mm。
2）. 管程接管位置的最小尺寸所设计的为带补强圈的管程接管，则管程接管位置的最小尺寸L可用2如下公式计算：≧L2式子中：——补强圈的外圈直径，mmb——管板厚度，mmC——补强圈外缘至管板与壳体焊缝之间的距离，mm。
而且，C≧4S且C≧32,S为壳体厚度。
经计算易得，管程接管位置的最小尺寸为：140mm。
3.8其他附件本传热器传热管外径为25mm ，故拉杆直径为φ16，拉杆数为6个。
壳程入口出应设置防冲挡板。
第四章 换热器核算4.1热量核算4.1.1壳程对流传热系数对圆缺形的折流板，可采用克恩公式：14.03/155.000)()()(36.0wp e e c u d d μμρμμρλα= 计算壳程当量直径，由正三角形排列可得：=025.014.3)025.0785.0032.023(422⨯⨯-=0.020m壳程流通截面积： 20001313.0)032.0025.01(4.015.0)1(m t d BD S =-⨯⨯=-= 壳程流体流速为： 雷诺准数为： 5342000715.08252315.0025.0R 0000e =⨯⨯==μρu d普朗特准数：34.1114.0000715.02220P 00r =⨯==λμc粘度校正14.03/155.000)()()(36.0wp e e c u d d μμρμμρλα= ℃）⋅=⨯⨯⨯=23/155.0/(86.63034.11534202.014.036.0m W 4.1.2管程对流传热系数管程流通截面积:)(0179.0211402.0785.022m S i =⨯⨯= 管程流体流速： s m u i /218.095.9930141.088.8=⨯=雷诺准数为： 597710725.095.99218.002.0R 3-e =⨯⨯⨯= 普朗特准数：89.462.01027.74174P 4-r =⨯⨯=4.08.0r e 89.4597702.062.0023.0P R 023.04.08.0⨯⨯⨯==iii d λα4.1.3传热系数K污垢热阻： R si =0.000344m 2℃WR so =0.000172 m 2℃W还有，管壁的导热系数： =45 m 2℃W 管壁厚度： b=0.0025 内外平均厚度： d m =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++++=86.630100017.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.096.1399025.01++⨯⨯+⨯+⨯=4.1.4传热面积S由K 计算传热面积2535.3455.4049.3191045.4m t K Q S m =⨯⨯==△ 该换热器的实际传热面积Sp)(57.47)13114(6025.014.3)(2m n N L d S c o P =-⨯⨯⨯=-=π 该换热器的面积裕度为： %5.38%10035.3435.3457.847%100=⨯-=⨯-=S S S H P 传热面积裕度合适，该换热器能完成生产任务。