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1、目录目录1 设计任务书设计任务书 .11.1 设计题目.11.2 设计任务及操作条件.11.3 设计已知条件.11.4 设计内容.22 设计目的及要求设计目的及要求.32.1 目的.32.2 要求.33 概述及简介概述及简介 .54 设计方案简介设计方案简介.64.1 试算并初选设备规格.64.2 计算管程、壳程压强降.75 工艺计算工艺计算.85.1 流体走法确定.85.2 计算和初选换热器的规格.85.3 核算总传热系数.105.4 核算压强降.136 辅助设计辅助设计.176.1 换热器主要尺寸的确定.176.2 法兰的确定及垫片的确定.176.3 支座的确定.186.4 筒体的确定.1
2、96.6 拉杆及定距管的确定.196.7 分程隔板的确定.206.8 管板尺寸的确定.206.9 折流板的确定.206.10 接管尺寸的确定.206.11 浮头主要尺寸的确定.216.12 滑板结构.217 计算结果汇总计算结果汇总.237.1 计算结果.237.1 计算结果.248 致谢致谢.269 附录附录.2810 参考文献参考文献.301 1 设计任务书设计任务书1.11.1 设计题目设计题目煤油冷却器的设计1.21.2 设计任务及操作条件设计任务及操作条件1、 设计任务处理能力（煤油流量） 6000 kgh设备型式 列管式换热器 2、 操作条件煤油 入口温度 140,出口温度 40
3、冷却介质河水 入口温度 30,出口温度 40 管程、壳程的压强降 不大于 16kPa 换热器的热损失 忽略 3、 厂 址 齐齐哈尔地区 1.31.3 设计已知条件设计已知条件1、定性温度下两流体的物性参数（1）煤油定性温度 tm=90 密度 h=825kg/m3；比热容 Cph=2.22kJ/(kg.) 导热系数 h=0.140W/(m) 粘度 h=0.000715Pa.s(2) 河水定性温度 tm=35.0 密度 c=994kg/m3比热容 Cpc=4.08kJ/(kg.) 导热系数 c=0.626W/(m) 粘度 c=0.000725Pa.s2、管内外两侧污垢热阻分别是 Rsi=6.878
4、810-4( m2)/W Rso=1.719710-4 (m2)/W3、管壁导热系数 w=48.85 W/(m)1.41.4 设计内容设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计（1）冷却器结构尺寸的确定（2）传热面积、两侧流体压降校核（3）接管尺寸的确定4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、换热器装配图(1 号图纸)7、设计评述8、参考资料2 2 设计目的及要求设计目的及要求2.12.1 目的目的1. 熟悉查阅文献资料，搜集有关数据，正确选用公式。2. 在兼顾技术先进性，可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出
5、保证过程正常，安全更有所需要的检测和测量参数，同时还要考虑环境保护的有效措施。3. 准确而迅速的进行过程计算和主要设备的工艺设计计算。4. 用精炼的语言，简洁的文字，清晰地图表来表达自己的设计思想及计算结果。5. 通过化工原理设计可以巩固 CAD 制图和从课外的学习中培养自学的能力，以及学习的方向通过化工原理设计，可以复习已经学过的换热器的内容，可以更好的了解换热器。6. 通过化工原理设计，可以复习已经学过的换热器的内容，可以更好的了解换热器。2.22.2 要求要求1. 通过化工原理设计，要求能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间完成指定的化工设计任务，从而
6、得到化工设计的初步训练。2. 通过化工原理设计，要求能了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。3. 通过化工原理的课程设计，能树立正确的设计思想，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。4. 学生要了解自己所设计的内容，在设计中要用到 CAD 的知识，所以要对 CAD 有一定的了解。5. 在制作图纸的（利用 CAD）过程中，要考虑和利用到工程制图的标准。这要求工程制图要有一定的功底和认识。3 3 概述及简介概述及简介化工原理课程设计使我们向红芬理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对换热器原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计
7、中所设计的各方面要注意问题都有所了解。换热器是用于物料之间进行热量传递的过程设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺要求。在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热器的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本以获得好的经济效益。因而，在大型化工及石油化工生产过程中，换热器得到越来越广泛的应用。在工厂建设投资中，换热器所占比例也有明显提高，成为最重要的单元设备之一。换热器种类繁多，形势多样。列管式换热器在化工生产中主要作为加热（冷却）器、冷凝器、蒸发器和再沸器使用。列管式换热器有固定管板式、浮头式换热器、U 形管式换热器、填料函式换热器四种类型
8、。此次设计的换热器是根据任务说明书中的数据计算得到的，应选用浮头式换热器。浮头式换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管内和管间，管束可以再壳体内自由伸缩，不会产生温差反应，单位体积较大的传热面积，传热效果也好，使用安全。浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能。根据化工原理并结合实际操作的需要应该选用该种换热器。4 4 设计方案简介设计方案简介从设计任务书可知，此次须设计一台浮头式换热器，欲用河水将6500kg/h 的煤油从 145冷却到 35，故选用浮头式换热器可减少管束与壳体的温差应力。首先进行工艺计算，决定水
9、走管程，煤油走壳程，原因如下：本题为两流体均不发生相变的传热过程，根据两流体的情况，引用的对流传热系数比较大，且易结垢，故选用水走管程，煤油走壳程。其次进行辅助设备选型。最后，准备工作就绪后，画出工艺图。4.14.1 试算并初选设备规格试算并初选设备规格4.1.1 确定流体在换热器中的流体途径。4.1.2 根据传热量计算热负荷 Q。4.1.3 确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形式；计算定性温度并确定在定性温度下的流体特征。4.1.4 计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于 0.8的原则，决定壳程数。4.1.5 依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数 K
10、值。4.1.6 依据总热速率方程 Q=，初步算出传热面积 S，并mtKS确定换热器的基本尺寸（如 D、L、N 及管子在板上的排列等） ，或按系列标准选择设备规格。4.24.2 计算管程、壳程压强降计算管程、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压强降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数和折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强直至满足要求为止。5 5 工艺计算工艺计算5.15.1 流体走法确定流体走法确定两流体均不发生相变的过程，因河水的对流产热系数一般较大，且易沉积结垢，故选择河水走换热器的管程，没有走换热器的壳程。5.25.2 计算和初选换热器的规格计算和初选换热器的规格5.2.1 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为 T=(145+35)/2=90。管程流体的定性温度为 t=(25+35)/2=30。煤油在 90下的有关物性数据：定性温度 Tm=90密度 h=825kg/m3；比热容 Cph=2.22kJ/(kg)导热系数 h=0.140W/(m) 粘度
