《处理量为5100.1 吨/年煤油冷却器的工艺设计》课程设计报告目录化工原理课程设计任务书 (4)1、设计内容 (4)2、设计要求 (4)煤油冷却器工艺设计任务书1、设计名称 (5)2、设计条件 (5)3、设计任务 (5)4、设计说明书内容 (5)5、设计进度 (5)煤油冷却器的工艺设计指导书 (6)1、设计的目的 (6)2、设计的指导思想 (6)3、设计要求 (6)4、设计课题工程背景 (6)5、参考书目 (6)6、设计思考题 (6)7、部分设计问题引导 (7)8、设计答辩指导 (7)煤油冷却器的工艺设计报告 (8)1、确定设计方案 (8)1.1选定换热器类型 (8)1.2选定流体流动空间及流速 (8)2、确定物性数据 (9)3、计算总传热系数 (9)3.1计算热负荷（热流量） (9)3.2冷却用水量 (9)3.3计算逆流平均温度差 (9)3.4总传热系数K (9)4、估算传热面积 (10)5、工艺结构尺寸 (10)5.1管径和管内流速 (10)5.2管程数和传热管数 (10)5.3平均传热温差校正及壳程数 (11)5.4传热管排列和分程方法 (11)5.5壳体内径 (12)5.6折流板 (12)5.7接管 (12)6、换热器核算 (12)6.1热量核算 (12)6.2换热器内流体的流动阻力 (14)设计评价 (16)化工原理课程设计任务书1、设计内容1.1 根据生产任务的要求确定设计方案1.1.1换热器类型的选择1.1.2换热器内流体流入空间的选择1.2 化工计算1.2.1传热面积的计算1.2.2管数、管程数及管子排列，管间距的确定1.2.3壳体直径及壳体厚度的确定1.3换热器尺寸的确定及有关构件的选择1.4换热器流体阻力的计算及其输送机械的选择1.5 绘制流程图及换热器的装配图1.6编写说明书2、设计要求2.1在确定设计方案时既要考虑到工艺，操作的要求又要兼顾经济和安全上的要求。

2.2 在化工计算时要求掌握传热的基本理论，有关公式，要知道查哪些资料，怎样使用算图以及怎样选择经验公式，并进行优化设计。

2.3 要求根据国家有关标准来选择换热器的构件2.4要求一部分学生利用计算机来辅助设计及优化设计方案2.5要求必须掌握固定管板式或浮头式列管换热器的设计煤油冷却器工艺设计任务书1、设计名称煤油冷却器的设计2、设计条件2.1 煤油入口温度 120℃，出口温度 40℃；2.2 冷却介质：循环水，入口温度 30℃，出口温度自选；2.3 允许压降：≤105Pa ；2.4 每年按 300 天计，每天 24 小时连续运行。

处理能力： 1.0 105t/a。

3、设计任务3.1合理的参数选择和结构设计3.2传热计算和压降计算：设计计算和校核计算4、设计说明书内容4.1传热面积4.2管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核4.3壳体直径4.4结构设计包括壁厚4.5主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管4.6 流程图（以图的形式，并给出各部分尺寸）及结构尺寸汇总（以表的形式）4.7评价之4.8参考文献5、设计进度5.1设计动员，下达设计任务书 0.5天5.2搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天5.3设计计算（包括电算，编写说明书草稿）２天5.4绘图、整理、抄写说明书 1.5天煤油冷却器的工艺设计指导书1、设计的目的通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

总之，通过设计达到让学生自己动手进行设计的实践，获取从事工程技术工作的能力。

2、设计的指导思想2.1 结构设计应满足工艺要求2.2结构简单合理，操作调节方便，运行安全可靠2.3设计符合现行国家标准等2.4安装、维修方便3、设计要求3.1计算正确，分析认证充分，准确3.2条理清晰，文字流畅，语言简炼，字迹工整3.3图纸要求，图纸、尺寸标准，图框，图签字规范3.4独立完成4、设计课题工程背景在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。

5、参考书目【１】马江权，冷一欣，《化工原理课程设计》，北京，中国石化出版社，２００９年【２】匡国柱，史启才，《化工单元过程及设备课程设计第二版》，北京，化学工业出版社，２００８年【３】陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋，《化工原理上册第三版》，北京，化学工业出版社，２００５年【４】黄英，《化工过程设计》，西安，西北工业大学出版社，２００５年【５】倪进芳，《化工设计》，上海，华东理工出版社，１９９７年【６】柴诚敬，刘国维，李阿娜，《化工原理课程设计》，天津，天津科学技术出版社，1994年6、设计思考题6.1设计列管式换热器时，通常都应选用标准型号的换热器，为什么？6.2为什么在化工厂使用列管式换热最广泛？6.3在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方法有何不同？6.4说明列管式换热器的选型计算步骤？6.5在换热过程中，冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的？6.6说明常用换热管的标准规格（批管径和管长）。

6.7列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的？比较其优缺点？7、部分设计问题引导7.1列管式换热器基本型式的选择7.2冷却剂的进出口温度的确定原则7.3流体流向的选择7.4流体流速的选择7.5管子的规格及排列方法7.6管程数和壳程数的确定7.7挡板的型式8、设计答辩指导8.1列管式换热器的型号，可查找化工过程及设备及换热器等书籍。

8.2换热器强度设计可找化机同学或老师了解，并参照金属设备等资料8.3绘图可找制图老师了解，并参考机械制图，化工制图及制图标准等。

煤油冷却器的工艺设计报告设计任务1.处理能力：5100.1⨯t /a 煤油；2.设备形式：固定管板式列管换热器。

操作条件1.煤油：入口温度120℃，出口温度40℃；2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度40℃；3.允许压降：不大于105P a ；4.煤油在定性温度下的物性数据。

，C W/m C kJ/kg s Pa kg/m 3︒⋅=︒⋅=⋅⨯==-140222，10157，8254.λ.c .μρp 5.每天按300天，每天按24小时连续运行，h Kg q v 200=。

设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。

1、确定设计方案1.1选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为120℃，出口温度为40℃；冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度为40℃。

两流体的定性温度如下：煤油的定性温度()C 802/40120 =+=m T冷却水定性温度()C 3524030=+=/t m两流体的温差C 453580 =-=-m m t T ，（<70℃）因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的固定管板式列管换热器1.2选定流体流动空间及流速因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，煤油走壳程。

同时选用5225.Φ⨯的碳钢管，管内流速取50.u i =m/s （若按常用流速1.5m/s 计算，可以得出所需管程数为6，换热器小而管程数过多使换热器结构变得复杂，而且动力消耗增大，设计时不能按此设计）。

2、确定物性数据查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据如下表 物性 流体 定性温度 ℃ 密度 kg/m 3 粘度 mPa ·s 比热容 kJ/(kg ·℃) 导热系数 W/(m ·℃)煤油 80 825 0.715 2.22 0.14冷却水 35 994 0.728 4.174 0.6263、计算总传热系数3.1计算热负荷（热流量）按管间煤油计算，即()KW mol KJ t c q Q p m 87.9355204012022.2200==-⨯⨯=∆=3.2冷却用水量忽略热损失，则水的用量为()()kg/s 24.0304010174.4355203122=-⨯=-=t t c QW p3.3计算逆流平均温度差逆流温差()()()()[]C 65.333040/40-120ln 304040120, =----=∆逆m t3.4总传热系数K3.4.1管程给热系数1000013654000728099450020>=⨯⨯==...μρu d Re iii i ，故采用下式计算i αCW/m 2︒⋅=⨯⨯⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=72753881213203333102306260000728041740007280994500200020062600230023040804080.............λμc μρu d d λ.α...p .i i i i i ii3.4.2壳程给热系数假设壳程给热系数C W/m 2︒⋅=290o α3.4.3污垢热阻C/W m C/Wm 22︒⋅=︒⋅=0001720000420.R .R so si3.4.4管壁的导热系数碳钢的导热系数C W/m ︒⋅=45λ。

3.4.5总传热系数290100017200225045025000250020002500004200200727530250111++⨯⨯++⨯=++++=..........αR d λbd d d R d αd K oso m o i o si i i oCW/m 2︒⋅=++++=5214003448000017200000620000525000045401...... 4、估算传热面积23,m 37.165.335.2141087.9=⨯⨯=∆='逆m t K Q S考虑15%的面积裕度，2m 57.137.115.115.1=⨯='=S S5、工艺结构尺寸5.1管径和管内流速选用5225.Φ⨯的碳钢换热管，管内流速m/s 50.u i =5.2管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数251.15.002.0785.0994/24.0422≈=⨯⨯==ii s u d Vn π（根） 按单管程计算所需换热管的长度m 01.10025.014.3257.1=⨯⨯==o s d n S L π 按单管程设计，传热管过长，现取传热管长m 5.7=l ，则该换热器的管程数为25.701.10≈==l L N p （管程） 传热管的总根数422=⨯=N （根） 5.3平均传热温差校正及壳程数830404012011.030120304012211112=--=--==--=--=t t T T R t T t t P 按单壳程双管程结构，查单壳程R P φ--图，因091010.P R ==，在图上难以读取，因而相应以R /1代替R ，PR 代替P ，查同一图线得820.φ=。