1、食物工程原理課設任書設計題目年處置量104 噸煤油冷卻器的設計一、操作條件1. 煤油：入口溫度 出口溫度 2. 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口 ，出口溫度 3. 許諾壓力降：不大于 30kPa4. 年動工天數(shù)：300 天；天天 持續(xù)生產(chǎn)5. 定性溫度下煤油的物性數(shù)據(jù)：密度m，黏度=10-4Pa，比熱（ ）-1， 熱導率=（ ）二、設計任務理 量：3t/2. 設備形式：列管式換熱器3. 選擇事宜的列管換熱器并進行核算4. 繪制工藝流程圖和設備結構圖5. 輸送機械的設計：循環(huán)水泵三、設計要求利用統(tǒng)一課程設計格式（詳見許昌學院課程設計編寫要求）。要緊項目及編排順序為： 設計說明書封面 (用統(tǒng)一模 )任務書；摘

2、要；目錄；設計方 案簡介；工藝進程計算及設備工藝尺寸的計算；輔助設備的計算及選型； 附錄：工藝流程圖及設備結構圖；參考文獻設計評述；指導教師：孫國富 徐靜莉完成日期：2012 年 17 日 月 摘要本設計是進行煤油冷卻器的設計，要緊進行了換熱器的選型和水泵的型號選擇。 設計的前半部份是換熱器的選型，依照給定的條件估算換熱面積，進行換熱器的選擇，校核傳熱系數(shù)，計算出實際的換熱面積，最后進行壓力降的計算。設計的后半部份 是關于水泵的選擇，依照換熱器和給定的條件計算出最大流量和壓頭確信水泵的型號。 關鍵詞：浮頭式換熱器 傳熱系數(shù) 水泵目錄1 引言 . 4熱換器的類型 . 4熱換器的選擇 . 4浮頭式

3、熱換器特點 . 62 正文 . 6確信設計方案 . 6選擇換熱器的類 . 6確信流體通入的空 . 6確信物性數(shù)據(jù) . 7確信定性溫 . 7確信物性數(shù) . 7估算傳熱面積 . 7計算傳熱熱負荷 Q . 7計算平均傳熱溫 . 7初選總傳熱面 . 8初選管 . 8初選換熱器型 . 9熱換器的核算 . 9傳熱系數(shù)的校核 . 10管程的對流傳熱系 . 殼程的對流傳熱系 . 確信污垢熱 . 計算總傳熱系數(shù) K . 11計算熱傳熱面 . 熱換器壓力降的核算 . 12管程阻力損 . 殼程阻力損 . 水泵的選擇 . 13流量的計 . 選擇水泵的型 . 3 設計小結 . 15要緊結構尺寸和計算結果 . 15設計評

4、述 . 16參考文 . 17年處置量104 噸油冷卻器的設計1 言熱換器類型熱換器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應用最為普遍，在化工中熱換器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。熱換器的類型很多，性能各異，依照冷、熱流體換熱方式的不同可將換熱器分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器和間壁式換熱器三種。以上三種換熱器中以間壁式換熱器應用最為普遍，型式也最為多樣。按熱換器傳熱面形狀和結構的特點，間壁式換熱器又可分為管壁式換熱器、板式換熱器和特殊型式換熱 器三類。管式換熱器通過管子壁面進行傳熱，按傳熱管的結構可分為管殼式熱換器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、翅片管式換熱器等

5、幾種 板式換熱器通過板面進行傳熱，按傳熱板的結構可分為平板式換熱器、螺旋式換熱器、熱板式換熱器及板翅式換熱器等幾種；而特殊型式換熱器是指依照工藝特殊要求而設計的，具有特殊結構的換熱器。如回旋式換熱器、熱管換熱器、同流式換熱器 等。其中管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，是一種通用的標準熱換設備。它因結構簡單、牢固耐用、造價低廉、用材普遍、清洗方便、適應性強等有點而在換熱設備中占據(jù)主導地位。依照其結構特點又可分為固定管板式換熱器、浮 頭式換熱器、U 形管換熱器。熱換器選擇熱換器的種類很多，選擇時應依照操作溫度、壓力、熱換器的熱負荷、管程與殼程的溫度差、熱換器的侵蝕性能及其他特性、檢修與清洗要求等因素

6、綜 合考慮。4在列管式換熱器設計中，哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程，需要合 理安排。選擇原那么：傳熱成效好、結構簡單、檢修與清洗方便。一樣情形下，用加熱劑或冷卻劑的流體是由實際情形決定的。但有些時候需要設計者自行選擇。在選用加熱劑或冷卻劑時，除第一應知足所能達到的加 熱或冷卻溫度外，還應考慮到其來源方便、價錢低廉、利用平安。在換熱器的設計中，被處置物料的進出口溫度為工藝要求所規(guī)定，加熱劑或冷卻劑的進出口溫度一樣有來源而定，但它的出口溫度應由設計者依照經(jīng)濟 核算來確信。提高流體在換熱器中的流速，將增大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加，所需傳熱

7、面積減少，設備費用降低。可是流速增加，流體阻力將增大，操作費用增加。因此， 選擇適宜的流速十分重要，適宜的流速應通過經(jīng)濟核算來確信。流向有逆流、并流、錯流和折流四種類型。在流體進出口溫度相同的情形下，逆流的平均溫度差大于其他流向的平均溫度差，因此，假設無其他工藝要 求，一樣采納逆流操作。在進行熱換器設計時，熱換器各類零部件的材料應依照操作壓力、溫度和流體的侵蝕性和對材料的制造工藝和性能等的要求來選取。最后還要考慮材料 的經(jīng)濟合理性浮頭式換器特點本設計采納浮頭式設計，其結構特點是兩頭管板之一不與殼體固定連接 ,能夠在殼體內(nèi)沿軸向自由伸 該端稱為浮頭。當殼體與管制因溫度不同而引發(fā)燒膨脹時，管制連同

8、浮頭可在殼體內(nèi)自由伸縮，可完全排除熱應力。此種換熱器的優(yōu)勢是換熱管與殼體與殼體可不能產(chǎn)生溫差應；管制能夠從殼體抽出 ,便于清洗。缺點是結構復雜 ,需要大量金屬材料造價高；浮頭蓋與浮動管板之間假設密封不嚴，發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。但因其利用于殼體與管制溫差較大 或殼程流體容易結垢的場合及優(yōu)良的性能,以此工業(yè)中普遍應用。2 文確信設方案.選擇換器的類該換熱器用循環(huán)冷卻水，依照給定條件，結合兩流體的溫差，估量該換熱 器管壁溫度和殼體溫度之差較大，初步確信譽浮頭式換熱器確信流通入的空間因水易結垢應走易清洗的一側(cè)，且為增加散熱需使熱流體走殼程，又因兩 流體溫差較大，應選浮頭式換熱器p p 確信物數(shù)

9、據(jù)確信定溫度熱流體（煤油） 156 2103 冷流體（循環(huán)水 確信物數(shù)據(jù)28 402 表 水煤油的物性數(shù)5流體類別溫度/密度 m)黏度/Pa比熱容 /kJ熱導率s( 水煤油 1010估算傳面積計算傳熱負荷 按煤油所需的熱量計算 C (T ) (15650) h ph h1 計算平傳熱溫差當熱換器中兩流體無相變時，應盡可能從結構上采納逆流或接近逆流的流向以 取得較大的傳熱溫差，來強化傳熱1。因此選為逆流熱流體（煤油） 15650冷流體（循環(huán)水） 402/ 8.833h 2/ 8.833h T 116 兩流體的對數(shù)平均傳熱溫差1 m 116 2 1 56.54 116ln 2 ln 221選熱換器

10、為單殼程、偶管程1，T 156 50R h2 8.833 T 40 T 40 (2-4) T 156 28h1 由 R 得溫差校正系數(shù)tR 1 2/ ln / ln( ) P R 2 10.094 8.833 8.833 ln / ln( 1 2)因 2，可行t兩流體的平均溫差2226 mt 0.92 m初選總熱面積初選 () -1按煤油所需的熱量計算W =3t/=sQ ) 3 h (15650) W 7.63 5那么估算總傳熱面積 38.91 m初選管選用 鋼傳熱管c c c c 初選換熱器型號依照傳熱面積初選熱換氣型號表 浮式換熱器要緊性能參數(shù)項目 外殼直徑 D/mm 公稱壓強參數(shù)項目 管

11、子尺寸 管長 L/m參數(shù)公稱面積管數(shù) 管程數(shù) Np 管子排列形式正方形管中心距 管程流通截面積/熱換器核算按上列數(shù)據(jù)核算殼程、管程的流速及雷諾數(shù)管程 7.63 5循環(huán)水的質(zhì)量流量 W C ) 28) pc c c15.233 管內(nèi)水的流速u iW c i雷諾數(shù)Re i ii 994.3 25193殼程流通截面積 D ) z 3當管子按正方形排列 1.19 n 1.19 取 n =18,折流擋板間距 =那么 (0.6 0.15 0.0225m o2(2-10)(2-11)o o o o o o W 煤油流 0.175 ms o當量直徑 4( 2 o 2 ) 4(0.032 0.025 2 ) 0

12、.0250.027 2(2-12) 0.175 0.027雷諾數(shù) Re 7.15 5452由以上核算看出，所選用的熱換器，管程、殼程的流速和雷諾數(shù)都是適合的。傳熱系的校核已選定的熱換器型號是不是適用，還要核算 值和傳熱面積 能確信管程的流傳熱系數(shù) 25193 i流體在圓形管道內(nèi)作強制湍流1 0.023(iidi) Re0.8iPr(2-13)流體被加熱時 n=,l 流體被冷卻時 n=2Pr p 4.174 0.623583(2-14)i0.023( 0.02 994.3)( 7.42 ) 0.4 W() 殼程的流傳熱系數(shù)關于殼體是圓筒，管制中各列的管子數(shù)量并非相同，而且多數(shù)裝有折流擋板， 使得

13、流體的流向和流速不斷的轉(zhuǎn)變，因此在 即可達到湍流。當換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積約為 25的殼體內(nèi)截面積）時，殼程流體的對流傳熱系數(shù)可用凱恩法求算，即 0.36Pr1/3()(2-15) w i so w i so 式中 是考慮熱流方向的校正系數(shù)，能夠用 表示。流體被加熱時 =，流體被冷卻 =. u。Pr p 2.22 3o0.360.140.0271/3(0.95) W)確信污熱阻查食物工程原理附表得1，自來水的 R =10()煤油 R =10W()計算總熱系數(shù) K之外表面為基準由化工原理第二冊附錄可取45 W) K o d d o ln o i i i i o0.025 0.025 0

14、.025 1 ln 0.02 0.02 340.6計算熱熱面積 5A 43.1m 實際傳熱面積 A (2-2 t s2 t s 49 43.1 13.7 49熱換器力降的核算管程阻損失因進出口阻力較小，可忽略不計 ) F N N i t (2-17)式中直管阻力損失，Pa；回彎的阻力損失，Pa；因Ft 結垢校正系數(shù)；Ns 串聯(lián)的殼程數(shù) 25193 4000 0.025Re 0.25 251930.25(2-18)l d 2i(2-19) 2 i(2-20) 1 2l 0.94 3) i (0.025 0.02 2關 2.5mm 的 F = i殼程阻損失 ) F N o 1 (2-21) n (

15、 1 o c2o(2-22)2 s c 2 s c 式中：F 管子排列方式對壓強降得校正系數(shù)f殼程流體摩擦系數(shù)Ft 殼程壓力降的垢層校正系數(shù) N 折流擋板數(shù)Bn 水平管制在垂直列上的管數(shù) c因 o h h0.175 0.025 5048f 5.0 o 50480.716(2-23)選管列為正方形 45錯列，取 2擋板數(shù)Nl B z 0.15(2-24) 0.716 18(14 825 2 2 0.2 0.175 N (3.5 ) (3.5 ) 2 2(2-25)污垢校正系數(shù) F 那么 680.1) 1905.44Pa 30KPa 流程管程和殼程流體的壓力均未超過 ，以上核算結果正確水泵的擇流量

16、的算水的體積流量 q cW15.233 3600 mh-1(2-26)揚程的算將水泵與換熱器和儲水槽看做一個系統(tǒng)。以兩個儲水槽為兩個截面，列柏盡力方程，儲水槽為廣口，那么在那個系統(tǒng)中壓強差為零，前后的流速都能夠近似 看做是零。1H fi 994.3 9.813.7 (2-27)選擇水的型號依照流量和揚程，查食物工程原理附表得 泵的型號為 IS10050125表 泵要緊性能參數(shù)流量/揚程/m轉(zhuǎn)速/(r汽蝕余效率功率/kW重外形尺寸（長1（3- ）-1量/軸功率配帶功率量/kg寬高） 4 71 42 3 計小結要緊結尺寸和計算果參數(shù)流體 質(zhì)量流量/（Kg-1)管程水殼程煤油進口溫度/ 出口溫度/2

17、84015650物性定性溫度/ 密度/(Kgm)定壓比熱容/kJ )-134103825黏度/10熱導率/W )-ii1普朗特數(shù)形式 外殼直徑/浮頭式600殼程數(shù) 公稱面積/150設備結管徑/mm管長/m253管心距/mm 管子排列3245正方形構參數(shù)管數(shù)目/根208折流板數(shù)/個14傳熱面積/m2管程數(shù) 主要計算結果 流速/（m）494折流板間距 /mm材質(zhì)管程150碳鋼殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/ (m2 污垢熱阻/(m) W-110-410-阻力/熱流量/kW傳熱溫差/傳熱系數(shù)/ (m2 )-1 裕度/設計評本設計所有參數(shù)經(jīng)反復核算，保證各參數(shù)均在設計要求之內(nèi)，準確可行。殼程流體流速 u =/s，流體雷諾數(shù) 。管程流體流 =m/s，流體雷諾數(shù)0 0 iRe 。管程流體流動為湍流，能夠較好的達到換熱的要求。每程都采納排 正方形列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采納正方形排