DOC《淮阴工学院》

淮阴工学院课程设计说明书 作者:学号: 系:生命科学与化学工程学院 专业:生物工程 题目:煤油冷却器的设计 指导者: (姓名)专业技术职务) 20xx年05月淮安换热器设计任务 班级 姓名 学号 指导教师

一、设计题目 煤油冷却器的设计

二、设计任务及操作条件

1、处理能力 19.

8*104 t/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 ℃,出口温度

40 ℃. (2)冷却介质:循环水,入口温度

27 ℃,出口温度40℃. (3)允许压降:不大于0.4MPa. (4)煤油定性温度下的物性数据: ρc=825Kg/m3 μc=7.15*10-4Pa.S cpc=2.22KJ/(Kg. ℃) λ=0.14W/(m. ℃) (5)每年按330天计,每天24小时连续运行.

4、建厂地址 江苏淮安

三、完成设备图一张.(A3,CAD) 目录 1设计说明…4 (1)引言

4 (2)设计任务…6 (3)确定设计方案…6 (4)确定物性数据…6 (5)计算总传热系数…7 (6)计算传热面积…8 (7)工艺结构尺寸…8 (8)换热器核算…10 (9)换热器主要结构尺寸和计算结果…12 2设计小结…14 3参考文献…15

4 CAD工程制图 引言 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称换热器.在换热器中至少要有两种流体,一种流体温度较高,放出热量;

另一种流体则温度较低,吸收热量.在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器,但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别. 列管式换热器的应用已有很悠久的历史.现在,它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业中大量使用,尤其在化工、石油、能源、等部门所使用的换热设备中,列管式换热器仍处于主导地位,且它们是上叙这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位.虽着我国工业的不断发展,对能源利,并开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强.换热器的设计,制造,结构改进及传热机理的研究十分活跃,一些新的高效换热器相继问世. 1.1 目的要求

1、化工原理课程设计涉及本门课程的主要内容,通过课程设计学生不仅巩固和深化了有关化工过程及设备方面的知识,而且可用它们去分析和解决化工设备在操作、安装、检修等方面的实际问题,以增强学生理论联系实际的观点.

2、通过化工原理课程设计使学生建立工程观点和经济观点,使学生具有辨证的科学思维方法.

3、通过查阅技术资料、选用公式、搜集数据、讨论工艺参数与结构尺寸间的相互影响等,培养学生分析问题和解决问题的能力.

4、提高学生文字表达能力及掌握撰写技术文件的能力. 1.2 列管式换热器的类型 1.2.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器的两端和壳体连为一体,管子则固定于管板上,它的结构简单;

在相同的壳体直径内,排管最多,比较紧凑;

由于这种结构使壳侧清洗困难,所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体.当管束和壳体之间的温差太大而产生不头脑感的热膨胀时,常会使管子与管板的接口脱开,从而发生介质的泄露.为此常在外壳上焊一膨胀节,但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力,且在多程换热器中,这种方法不能照顾到管子的相对移动.由次可见,这种换热器比较适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合. 1.2.2 浮头式换热器 浮头式换热器针对固定板式换热器的缺陷做了结构上的改进.两端管板只有一端与壳体完全固定,另一端则相对于壳体作某些移动,该端称之为浮头.次类换热器的管束膨胀不受壳体的约束,所以壳体与管束之间不会由于膨胀量的不同而产生热应力.而且在清洗和检修时,紧需将管束从壳体中抽出即可,所以能适用于管壳壁间温差教大,或易于腐蚀和易于结垢的场合.但该类换热器结构复杂、笨重,造价约为固定管板式高20%左右,材料消耗量大,而且由于浮头的端盖在操作中无法检查,所以在制造和安装时要特别注意其密封,以免发生内漏,管束和壳体的间隙较大,在设计时要避免短路.至于壳程的压力也受滑动接触面的密封限制. 1.2.3 U型管换热器 U型管换热器仅有一个管板,管子两端菌固定于同一管板上.这类换热器的特点是:管束可以自由伸缩,不会因管壳之间的温差而产生热应力,热补偿性能好;

管程为双管程,流程较长,流速较高,传热性能较好;

承受压力强;

管束可以从壳体内抽出,便于检修和清洗,且结构简单,造价便宜.但管内清洗不便,管束中间部分管子难以更换,又因为最内层管子弯曲半径不能太小,在管板中心部分布管不紧凑,所以管子数不能太多,且管束中心部分存在间隙,使壳程流体易于短路而影响壳程换管.此外,为了弥补弯管后管壁的减薄,直管部分必须用壁较厚的管子.这就影响了它的使用场合,仅宜用于管壳壁温差较大,或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢,高温、高压、腐蚀性强的情形. 1.2.4 填料涵式换热器 此类换热器的管板也仅有一端与壳体固定,另一端采用填料函密封.它的管束也可以自由膨胀,所以管壳之间不会产生热应力,且管诚和壳程都能清洗,结构较浮头式简单,造价较低,加工制造方便,材料消耗较少.但由于填料密封处易于泄露,故壳程压力不能过高,也不宜用于易挥发、宜燃、易爆、有毒的场合. 1.3 列管式换热器设计内容 列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计.其中以热力设计最为重要.不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计,而且对于己生产出来的,甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用要求对,均需进行这方面的作. 热力设计指的是根据使用单位提出的起本要求,合理地选择运行参数,并根据传热学的知识进行传热计算. 流动设计主要是计算压降,其目的就是为换热器的辅助设备――例如泵的选择做准备.当然,热力设计和流动设计两者是密切关联的,特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数. 结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸,例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸,等等. 在某些情况下还需对换热器的主要零部件――特别是受压部件做应人计算,并校核其强度.对于在高温高压下工作的换热器.更不能忽视这方面的工作.这是保证安全生产的前提.在做强度计算时,应尽量采用国产的标准材料和部件,根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算,此处从略) 列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容: ①根据换热任务和有关要求确定设计方案;

②初步确定换热器的结构和尺寸;

③核算换热器的传热面积和流体阻力;

④确定换热器的工艺结构.

2、 设计任务 某生产过程中.需将25000 kJ/h的油从140℃冷却至40℃,压力为0.3MPa;

冷却介质采用循环水,循环冷却水的压力为0.4MPa,循环水入口温度27℃,出口温度为40℃.试设计一台列管式换热器,完成该生产任务. 确定设计方案 3.1选择换热器类型 两流体温度变化情况:热流体进口温度140℃,出口温度40℃;

冷流体(循环水)进口温度27℃,出口温度40℃.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,估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大,因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器. 3.2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的碳钢管,管内流速取ui=0.5m/s.

4、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. 壳程混和气体的定性温度为 T= ℃ 管程流体的定性温度为 t℃ 根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据.对混合气体来说,最可靠的无形数据是实测值.若不具备此条件,则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据,然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据. 煤油在90℃下的有关物性数据如下(来自生产中的实测值): 密度 定压比热容 =2.22kJ/(kg・℃) 导热系数 =0.140W/(m・℃) 粘度 =0.000715Pa・s 循环水在33.5℃ 下的物性数据: 密度 =995K/m3 定压比热容 =4.08kJ/(kg・℃) 导热系数 =0........