DOC《化工原理设计说明书》

化工原理设计说明书 设计任务 1.

1设计题目 煤油冷却器的设计 1.2设计任务及操作条件 (1)处理能力 198000t/a煤油 (2)设备型式 列管式换热器 (3)操作条件 ①煤油:入口温度140°C,出口温度40°C ②冷却介质:循环水,入口温度30°C,出口温度40°C ③允许压降:不大于105Pa ④每年按330天计,每天24小时连续运行?? ?? 2.设计内容 2.1设计方案的确定 2.2.1选择换热器的类型 两流体温度变化情况:热流体进口温度140°C,出口温度40°C;

冷流体(循环水)进口温度30°C,出口温度40°C.该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时进口温度会降低,考虑到这一因素,因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器. 2.1.2流动空间及流速的确定 ? 由于循环冷却水较易结垢,为便于水垢清洗,应使循环水走管程,油品走壳程. 选用Φ25*2.5 mm的碳钢管,管内流速取Ui=0.5m/s. 2.2确定物性数据 定性温度:可取流体进口温度的平均值. 壳程油的定性温度为 T=(140+40)/2=90(°C) 管程流体的定性温度为 t=(30+40)/2=35(°C) 根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据 煤油90°C下的有关物性数据如下: 密度?ρ.=825 kg/m3?????? 定压比热容?Cpc=2.2 2kJ/(kg・°C) 导热系数?λ.=0.1 W/(m・°C) 粘度?c=7.15*10-4 Pa・s 冷却循环水在35°C下的物性数据: 密度?ρi?? =994 kg/m3?????? 定压比热容?Cpi? =4.08 kJ/(kg・°C) 导热系数?λi?? =0.626 W/(m・°C) 粘度?i? =7.25*10-4 Pa・s 2.3 计算总传热系数 2.3.1热流量 m.=198000t/a ? Q.= m.Cp.t.=25000*2.22*(140-40)?=5.55*106 kJ/h=1541.7(kw) 2.3.2 平均传热温差 ? Δt'm=(Δt1-Δt2 )/ ln(Δt1/Δt2) =(140-40 ) -(40-30 )/ ln[(140-40 40-30 )]?=39(°C) 2.3.3 冷却水用量 ? Wi?= Q./ Cpi Δti =5.55*106 /4.08*(40-30)=136029(Kg/h) 2.3.4 总传热系数K 管程传热系数 Re=ρi d i u i /μi =(994*0.02*0.5)/0.000 725=13

670 αi =0.023(λi /d i)(ρi d i u i /μi)0.8(C iμi /λi)0.4 ?? =0.023*(0.626/0.020)( 13670) 0.8[(4.08*2.617 5)/ 0.626]0.4=2731W/(m2・°C) 壳程传热系数 假设传热系数α.=290 W/(m2・°C);

污垢热阻 Rsi =0.000344 m2・k/w Rso =0.000172 m2・k/w 管壁的导热系数λ=45 W/(m・°C) K=1/[d./(αidi)+ Rsi d./di+b d./(λdi)+ Rso+1/α.] ? =1/[0.025/(2731*0.020) +0.000344*0.025/0.020+0.0025 *0.025/(45*0.0225) +0.000172+1/290] =219.5 W/(m2・°C) 2.4 计算传热面积 ??? S'=Q/KΔtm=1541.7*103/(219.5*39)=180.1( m2) 考虑15%的面积裕度 S=1.15*S'=1.15*180.1=207.1( m2). 2.5 工艺结构尺寸 2.5.1管径和管内流速 ? 选用Φ25*2.5 mm的碳钢管,管内流速取Ui=0.5m/s. 2.5.2.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 ns=V/(π/4*di2 u) 136029/(994*3600)]/(0.785*0.022*0.5)=242.1≈243(根) ???? 按单程管计算,所需的传热管长度为 L=S/(πd.ns)=207.1/(3.14*0.025*243)≈10.9( m) 按单管程设计,传热管过长,宜采用多程管结构.现取传热管长L=6m 则该换热器管程数为 ? Np=L/l=10.9/6≈2(管程) 传热管总根数 N=243*2=486(根) 2.5.3 平均传热温差校正及壳程数 ?? 平均传热温差校正系数 R=(T1- T2)/ (t2- t1)=(140-40)/(40-30)=10 P=(t2- t1)/ (T1- t1)= (40-30)/(140-30)=0.091 按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关

图表.但R=10得点在图上难以读出,因而相应以1/R替代R,PR代替P,查同一图线,可得 ΦΔt=0.82 Δtm=ΦΔtΔt'm =0.82*39=32°C 2.5.4 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., 则?t=1.25*25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线的管数 ? nc=1.19.