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1、化工原理课程设计说明书设计题目：煤油冷凝器的设计专业：高分子材料与工程指导老师：赵海鹏设计者：韩明扬学号： 1024121222015年 1 月设计任务书设计题目 ：煤油冷却器的设计设计任务处理能力： 27000 吨 /年煤油操作条件 煤油：入口温度150，出口温度 40 冷却介质：自来水，入口温度20，出口温度 50 允许压强降：不大于100 kPa 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行设计内容设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。换热器的工艺计算：物料与热量衡算，传热面积，主要设备尺寸计算换热器的主要结构尺寸设计。主要辅助设备选型。主要设备的材料选择目录.1.2
2、1.11.2.42.1.2.2.2.3.2.4.2.5.83.1.3.2.3.3.3.4.3.5.3.6.3.7.124.1.4.2.165.1.5.2.18.19. . . . . .20绪论换热器是化工，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
3、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。1一 .列管式换热器及设计方案简介1.1 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。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
4、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-放气嘴图固定管板式换热器的示意图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，
5、并且因为管子要有一定的弯曲半径，其管板利用率较低。1.2 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。估算出总传热系数，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
6、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3二热量计算2.1 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150，出口温度 40；（2）冷却介质：自来水，入口温度 20，出口温度 50；初步选定列管式换热器2. 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 25 2.5 的碳钢管，管内流速取 ui =0.5m/s
7、 。表 2-1. 列管式换热器内的适宜流速范围流体种类流速 / （m/s）管程壳程一般液体0.530.51.5易结垢液体10.5气体530315表 2-2. 不同粘度液体的流速（以普通钢壁为例）液体粘度15001500500 100100 353511/mPas500最大流速 /0.60.751.11.51.82.4（m/s）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：1504095 T2管程流体（硬水）的定性温度为：205035 t2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。密度 / （ /m3）
8、 比 热 容 / （ kJ/kg粘度 / （ Pa?导热系数 / （ W/m?）s）?）煤油8252.227.15 10-40.14水(35 )9944.087.025 0.62610-452.4 计算总传热系数煤油的流量已知要求处理能力为 27000 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：qm127000000(33024)3410kg / h ；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：Qq m1C p0 T1T234102.2215040832722 KJ / h231.3kW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
9、计算。逆流时，我们有煤油： 150 40水： 50 20从而tm = (150 50)(40 20)49.7 In 150504020冷却水用量由以上的计算结果以及已知条件，很容易算得：q m2Q832722kg/ht 2 - t 16803.28C pi4.08 50- 20总传热系数1. 管程传热系数 ：diui i0.02 0.5 99413710Re1=i 0.000725Pr1= cp i40800.0007254.73i0.626i= 0.023i(di uii)0.8c pi)0. 4di(ii6=0.023(Re1) 0. 8(Pr 1) 0.40.023 0.626137100.8 4.730.4idi0.02=2734W/m 2?2.4.6.壳程传热系数 ：假设壳程的传热系数是：2o =290 W/m?污垢热阻：R21=0.000344m/W
