化工课程设计--煤油冷却器的设计天津农学院化工原理课程设计任务书设计题目：煤油冷却器的设计系别：食品科学系专业：食品科学与工程学生姓名: 夏雪学号: 1009014206指导教师: 王步江起迄日期: 2012年5月28日—2012年6月12日化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：试设计一台适宜的列管式换热器完成该生产任务。
设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。
编写课程设计说明书。
3．主要参考文献：柴诚敬. 《化工原理课程设计》.天津大学出版社.柴诚敬. 《化工原理》.高等教育出版社.4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容1 5.28-5.30 熟悉该设计的基本流程及查阅相关资料2 5.31-6.3 进行有关计算并核对结果3 6.4-6.12 整理数据及结果主指导教师日期：年月日天津农学院课程设计说明书设计名称冷却器的设计设计题目煤油冷却器的设计设计时间 2012年5月28日系别食品科学系专业食品科学与工程班级食科2班姓名夏雪指导教师王步江2012 年 5 月 28 日化工原理课程设计说明书目录1．设计方案 (5)2．生产条件的确定 (5)3. 换热器的设计计算 (5)4．换热器的主要结构尺寸和计算结果 (11)一．设计方案选择适宜的列管式换热器并进行核算，绘制设备条件图（1号）一份，编制一份设计说明书（打印稿），其主要内容包括：1、生产条件的确定2、换热器的设计计算3、设计结果列表4、结束语二．生产条件的确定设计一列管式煤油换热器，完成年冷却 14206 t/a煤油的任务，具体要求如下：煤油进口温度146℃，出口温度34℃；冷流体进口温度30℃，出口温度40℃；每年按330天计，24小时/天连续进行。
三．换热器的设计计算（一）确定设计方案1.选择换热器类型:两流体温度变化情况：热流体进口温度146℃，出口温度34℃；冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
由于该换热器的管壁温度和壳体温度有较大温差，故选用浮头式换热器。
2.流动空间及流速的确定:实际生产中，冷却水一般为循环水，而循环水易结垢，为便于清洗，应采用冷却水=0.8m/s。
走管程，煤油走壳程。
选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速设为ui（二）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程煤油的定性温度： T=146342+ =90（℃） 管程流体的定性温度： t=24030+=35(℃) 根据定性温度，分别插取壳程和管程流体的有关物性数据。
煤油在90℃的有关物性数据如下：密度 ρ0=825kg/m 3 定压比热容 C po =2.22kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.140W/(m·℃) 粘度 υo=0.000715Pa·s 冷却水在32.5℃的有关物性数据如下：密度 ρi =994.85kg/m 3 定压比热容 C pi =4.174kJ/(kg·℃) 导热系数 λi =0.622W/(m·℃) 粘度 υi =0.000763Pa·s(三)计算总传热系数1.热流量：O o po o Q m C t ==14206 × 2.22 × 1000 ÷ 330 ÷ 24 × （ 146-34 ） =4.428×510kJ/h=123.012kW2.平均传热温差：1212(14634)(4030)`=42.22C 146-3440-30m t t t t In Int ∆-∆---∆==︒∆∆3．冷却水用量：54.42810 10609(/)4.174(40-30)o t pt i Q w kg h c t ⨯===∆⨯4．总传热系数： （1)管程传热系数：0.020.8994.85Re 20861.90.000763i i iid u ρμ⨯⨯===0.80.40.80.420.062 4.1740.007630.023()()0.023(20861.9)()=621.9/()0.0200.622pi i i i i i i i i i c d u W m C d μλραμλ⨯==⋅︒（2)壳程传热系数：假设壳程的传热系数 20400/()W m C α=⋅︒ 污垢热阻 20.000344/si R m C W =⋅︒ 20.000172/so R m C W =⋅︒ 管壁的导热系数21110.0250.0250.00250.02510.0003440.000172621.90.0200.020450.022*******.29/()o o o si so i i i m oK d d bd R R d d d W m C αλα=++++=⨯+⨯+++⨯⨯=⋅︒(四)计算传热面积2123012`15.07()193.2942.22m Q S m K t ===∆⨯考虑15%的面积裕度，S=1.15×S `=1.15×15.07=17.33（2m ）（五）工艺结构尺寸1.管径和管内流速：选用φ25⨯2.5 传热管（碳钢），取管内流速0.8/i m s μ=2.管程数和传热管数:依据传热管内径和流速确定单程传热管数:2210609/(3600994.85)12()0.7850.020.84s i V n d u ⨯==≈⨯⨯根π按单程管计算，所需的传热管长度:17.3318.4()3.140.02512o s S L m d n ===⨯⨯π按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
取传热管长l =7m,则该换热器管程数为:18.43()7p L N l ==≈管程传热管总根数：N=3⨯12=36（根）3．平均传热温差校正及壳程数: 平均传热温差校正系数1463411.24030R -==- 40300.08914634P -==-按单壳程，双管程结构，温差校正系数查下图表，以1/R 代替R ，PR 代替P查表得温差矫正系数为：t ϕ∆=0.65平均传热温差`0.6542.2227.44()m t m t t C ϕ∆∆=⨯∆=⨯=︒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， 则： 1.25ot d =1.252531.2532()t mm =⨯=≈横过管束中心线的管数：7.148()c n ===≈根5．壳体内径：采用多管程结构，取管板利用率η = 0.7，则壳体内径：=1.05 1.05240.96()D mm =⨯=圆整可取 D=240mm6.折流板:采用弓形折流板，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：0.2524060h mm=⨯=取折流板间：B = 0.3D ，则 B=0.3⨯240=72mm折流板数： 7-11-1=960.072BL NB ==-=传热管长块折流板间距折流板圆缺水平装配。
7．接管：壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为u = 1.5m / s ，则接管内径为066.05.114.3)8253600/(1420644=⨯⨯⨯==u Vd π 取标准管径为60mm 。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为u = 3.0m /s ，则接管内径为0.035m ==取标准管径为40mm 。
(六)换热器核算1．热量核算：（1)壳程对流传热系数：对圆缺形折流板，可采取克恩公式：0,551/30.140.36RePr ()oo o oewd λμαμ=当量直径，由正三角形排列得：22223.14)40.0320.025)24240.020()3.140.025o e o d d m d -⨯-⨯===⨯ππ壳程流通截面积：320.025(1)0.0720.24(1) 3.7810()0.032o o d S BD m t -=-=⨯⨯-=⨯壳程流体流速及其雷诺数分别为：s m S q u o o o /26.100378.0)8253600/(1420636000=⨯==ρ0.020 1.26825Re 290770.000715e o oo od u ρμ⨯⨯===普兰特准数：32.22100.000715Pr 11.340.140⨯⨯==粘度校正：0.14()1wμμ≈ 即：0.551/320.1400.362907711.341614/()0.02oW m C α=⨯⨯⨯=⋅︒（2)管程对流传热系数：0.80.40.023()()pi i i i i i i i i ic d u d μλραμλ=管程流通截面积：2360.7850.020.003768()3i S m =⨯⨯=管程流体流速及其雷诺数分别为：10609/(3600994.85)0.103/0.0287o u m s ⨯==0.0200.103994.85Re 2685.970.000763o ⨯⨯==普兰特准数：34.174100.000763Pr 5.120.622⨯⨯==即：0.80.420.6220.023(2685.97)(5.12)761.16/()0.020iW m C α==⋅︒（3)传热系数K ：21110.0250.0250.00250.02510.0003440.000172761.160.0200.020450.020*******/()o o o si so i i i m oK d d bd R R d d d W m C αλα=++++=⨯+⨯+++⨯⨯=⋅︒（4)传热面积S ：21230128.54()34142.22m Q S m K t ===∆⨯该换热器的实际传热面积pS ：0p S d L =⨯⨯⨯2c π（N-n ）=3.140.025(6-0.06)(36-8)=13.06(m )该换热器的面积裕度：-13.068.54100%100%53%8.54p S S S -==H=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： （1）管程流动阻力：12()itspP P P F N N∆=∆+∆∑1,4, 1.4s p t N N F === 2212,22il u u P P d ρρλς∆=∆=由Re = 2685.97，传热管相对粗糙度0.0120=0.005，查莫狄图得0.035/()f W m C λ=⋅︒，流速0.796/i u m s =，3994.85/kg m ρ=，所以21 4.5994.850.7960.0372482()0.022P Pa ⨯∆=⨯⨯= 22994.850.7963945.52()2P Pa ⨯∆=⨯=(2482945.52) 1.41418098.66()100iP Pa kPa ∆=+⨯⨯⨯=<∑管程流动阻力在允许范围之内。