煤油,水换热器工艺试算
煤油冷却器课程设计计算部分
课程设计任务书1、设计题目：处理量为56000吨/年煤油冷却器的设计2、操作条件：（1）煤油：入口温度140℃；出口温度40℃；（2）冷却介质：采用循环水，入口温度30℃，出口温度40℃；（3）允许压降：不大于105Pa ；（4）煤油定性温度下的物性数据：（5）每年按330天计，每天24小时连续生产。
3、设计任务：（1）处理能力：5.6×104t a ⁄煤油；（2）设备型式：列管式换热器；（3）选择适宜的列管换热器并进行核算；（4）绘制带控制点的工艺流程图和设备结构图，并编写设计说明书。
c)w/(m.14.0c)/(kg.k 22.2c S.a 1015.7kg/m 8250c 0pc 4-c 3c ==⨯=λμρJ P ＝摘要本设计内容是处理量为4.3×410吨/年煤油冷却器的设计，本设计采用固定管板式换热器，循环水作为冷却剂。
本设计完成了换热器的工艺计算，包括煤油和水的基础物性数据，换热器面积估算，换热器工艺结构尺寸的计算，并分别进行核算，绘制了带控制点的工艺流程图，换热器装配图。
关键词：煤油；水；换热器；AbstractThis design content is the capacity for 43000 tons/year kerosene cooler design，the design uses the fixed tube heat exchanger，circulating water as coolant。
This design is completed the heat exchanger technical calculation，including kerosene and water based physical property data，heat exchanger area estimated，heat exchanger process structure size calculation，and respectively accounting，drawing on the belt control process flow diagram，heat exchanger assembly drawing。
化工原理课程设计--用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计
化工原理课程设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计系别：班级：学号：姓名:指导教师：日期：2015年6月26日任务书一、设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计二、设计任务：1、处理能力：45t/年煤油2、设备型号：列管式换热器3、操作条件：煤油:入口温度140℃，出口温度40℃冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃允许压降：不大于105Pa每年按330天计建厂地址：新乡三、设计要求1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制（设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。
）目录一、设计方案 (4)1.1换热器的选择 (4)1.2流动空间及流速的确定 (4)二、物性数据 (5)三、计算总传热系数： (5)3.3、估算传热面积 (5)3.3.1热流量 (5)3.3.2平均传热温差 (5)3.3.3传热面积 (5)3.3.4冷却水用量 (5)3.4、工艺结构尺寸 (6)3.4.1管径和管内流速 (6)3.4.2管程数和传热管数 (6)3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (6)3.4.4传热管排列和分程方法 (7)3.4.5壳体内径 (7)3.4.6折流板 (7)3.4.7接管 (7)3.5换热器核算 (8)3.5.1热流量核算 (8)3.5.2换热器内流体的流动阻力 (10)四、设计结果设计一览表 (12)五、设计自我评价 (12)六、参考文献 (13)七、主要符号说明 (13)八、主体设备条件图及生产工艺流程图（附图） (13)一、设计方案1.1 换热器类型的选择列管式换热器有以下几种：1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。
当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
热交换器计算示例-精
《热交换器计算示例》2.6 管壳式热交换器[例2.2] 试对固定管板的管壳式煤油冷却器进行传热计算、结构计算和阻力计算。
在该热交换器中，要求将14 t/h的T-1煤油由140 ℃冷却到40 ℃，冷却水的进、出口水温为30 ℃和40 ℃，煤油的工作表压力为0.1 MPa，水的工作表压力为0.3 MPa。
[解]由已知条件，选用两台〈1－2〉型管壳式热交换器串联工作，水的结垢性强，工作压力也较高，故使其在管程流动，而煤油的温度、压力均不高，且较洁净，在壳程流动也是合适的，计算过程和结果列于表2.11中。
表2.11 例2.2计算表格3.1 螺旋板式热交换器[例3.1] 试设计一台螺旋板式热交换器，将质量流量3 000kg/h的煤油从t′1= 140℃冷却到t″1=40℃。
冷却水入口温度t′2=30 ℃，冷却水量为M2=15 m3/h。
[解]①煤油的热物性参数值煤油平均温度按卡路里温度计算，即t1m＝t″1＋F c (t′1－t″1)＝40＋0.3(140－40)＝70℃。
查得煤油在70℃时物性参数值：黏度μ1＝10.0×10－4kg/(m·s)，导热系数λ1＝0.14 W/(m·℃)，比热c p1＝2.22×103J/(kg·℃)，密度ρ1＝825 kg/m3。
②传热量QQ＝M1 c p1 (t′1－t″1)＝3 000×2.22×103×(140－40)＝666 000×103J/h③冷却水出口温度t″2由Q＝M2 c p2 (t″2－t′2)，得t″2＝QM2c p2＋t′2＝666 000×10315×994×4.18×103＋30＝40.6℃④冷却水的热物性参数值冷却水的平均温度t2m＝t′2＋t″22＝35.3℃，冷却水在该温度下的热物性参数值为：黏度μ2＝7.22×10－4kg/(m·s)，导热系数λ2＝0.627 W/(m·℃)，比热c p2＝4.18×103J/(kg·℃)，密度ρ2＝994 kg/m3。
化工原理课程设计—水冷却煤油列管式换热器
XX大学XX学院化工原理课程设计班级姓名学号指导教师 ____二零一X年X月X日化工原理课程设计任务书皖西学院生物与制药工程学院课程设计说明书题目：水冷却煤油列管式换热器的设计课程：化工原理系（部）：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：课程设计说明书目录第一章设计资料一、设计简介 (5)二、设计任务、参数和质量标准 (7)第二章工艺设计与说明一、工艺流程图 (8)二、工艺说明 (8)第三章物料衡算、能量衡算与设备选型一、物料衡算 (9)二、能量衡算 (11)三、主要设备选型 (13)第四章结论与分析结论与分析 (15)第五章设计总结设计总结 (17)参考文献 (17)第一章设计资料一、设计简介换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产应用更为广泛。
在化工厂中换热器可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。
根据操作条件设计出符合条件的换热器，设计方案的确定包括换热器形式的选择，加热剂或冷却剂的选择，流体流入换热器的空间以及流体速度的选择。
本课程设计是根据任务给出的操作目的及条件、任务，合理设计适当的换热器类型，以满足生产要求。
1、固定板式换热器（代号G）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），管程数，公称压力(×9.81×104 Pa)，公称换热面积（m2），如G800I-6-100型换热器，G表示固定板式列管换热器，壳体公称直径为800mm，管程数为1，公称压力为6×9.81×104 Pa，换热面积为100m22、浮头式列管换热器（代号F）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），传热面积（m2），承受压力（×9.81×104 Pa），管程数，如F A600-13-16-2型换热器，F代表浮头是列管换热器，B表示换热器为管径错误!未找到引用源。
化工课程设计--用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计
化工课程设计--用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计化工原理课程设计设计书专业年级 2011级应用化学小组成员指导教师日期 2014-5-27目录目录…………………………………………………第一章设计任务书 (1)第二章概述 (2)第三章结构设计与说明 (4)第四章换热器的设计计算 (5)第五章总结 (16)第六章参考文献 (18)第一章设计任务书一、设计名称用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计二、设计任务使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar(100kpa) ,冷却剂为水，水压力为3bar(300kpa)，处理量为10t/h。
三、设计任务1 合理的参数选择和结构设计2 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算四、设计说明书内容1 传热面积2 管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核3 壳体直径4 结构设计包括流体壁厚5 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管五、设计进度1 设计动员，下达设计任务书 0.5天2 搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1.5天3 设计计算（包括电算，编写说明书草稿） 5-6天4 绘图 3-4天5 整理，抄写说明书 2天第二章概述化工生产中,无论是化学过程还是物理过程,几乎都需要热量的引入和导出.例如在绝大多数化学反应过程和物理过程都是在一定温度下进行的,为了使物系达到并保持指定的温度,就要预先对物料进行加热或冷却,并在很多过程进行时,也要及时取走过程放出的热量或补充过程吸收的热量.工业上用于传热过程的基本设备称为换热器.在化工生产中,最常见的是两流体间的热交换.而且多是间壁式换热,两流体不接触,不混合.冷热两流体在传热是被固体壁面(传热面)所隔开,两流体分别在壁画两侧流动.典型的换热器有套管式换热器和列管式换热器. 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
煤油换热器课程设计
煤油换热器设计任务书一、设计题目：煤油换热器设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：生产能力（进料量） 2.6928×104 吨／年操作周期7920 小时／年2、操作条件煤油：入口温度100℃出口温度40℃冷却介质：自来水入口温度30℃出口温度50℃允许压强降：不大于5×105Pa3、设备型式列管式换热器4、厂址信阳三、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）冷凝器和再沸器结构尺寸的确定（2）传热面积、两侧流体压降校核（3）接管尺寸的确定4、换热器机械设计计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及换热器装配图7、设计评述三、参考资料目录一、前言 (1)二、设计任务 (4)三、设计条件 (4)四、设计方案 (4)1.流径的选择 (4)2.材质的选择 (5)3.管程结构的选择 (5)4.选择换热器的类型 (6)5.流动空间及流速的确定 (6)6.确定物性参数 (6)五、工艺计算 (6)1.估算换热面积 (6)2.管径和管内流速 (8)3.管程和传热管数 (8)4.平均传热温差校正及壳程数 (8)5.传热管的排列和分程方法 (8)6.壳体内径 (8)7.折流板 (9)8.接管 (9)9.换热器核算 (9)六、工艺计算一览表 (12)七、换热器机械设计 (13)1.换热器壁厚设计与液压试验 (13)2.封头 (14)3.管板 (14)4.容器法兰 (14)5.接管尺寸 (14)6.接管法兰 (15)7.管子拉脱力的计算 (15)8.计算是否安装膨胀节 (16)9.折流板 (16)10.拉杆 (17)11.离心泵的选取 (17)12.结构设计一览表 (17)八、设计总结 (18)九、参考文献 (18)十、主要符号说明 (19)十一、附图一、前言换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
(完整word版)煤油换热器的设计讲解
错了，0.023
6.2 壳程对流换热系数
换热器中心附近管排中流体通截面积为
h—折流挡板间距，
t—管中心距，对 的管子，
由正三角形排列，得：
因为 在 范围内，故可由下式计算 。
液体被冷却
6.3 污垢热阻
经查表得：
6.4 总换热系数
管子材料选用Q345R低碳合金钢，取其导热系数
选用该换热器时，要求过程的总传热系数为 ，在传热任务所规定流动条件下，计算出 ，所选择的换热器的安全系数为：
图2浮头式换热器剖视图
Fig.2The cutaway view ofFloating head heat exchanger
8
浮头式换热器的工艺设计主要包括以下内容：
①根据具体换热任务和有关要求确定设计的设备类型，查找资料确定流动液体的物性参数；
②初步计算过程工艺参数，确定换热器的规格和结构尺寸；
[14]王元文,陈连. 管壳式换热器的优化设计[J]. 贵州化工,2005,01:27-28+31.
[15]王元文. 管壳式换热器的优化设计[J]. 广东化工,2005,03:43-44.
[16]张海峰,唐平. 一种浮头式管板换热器的设计[J]. 科技信息,2011,18:362-363.
[17]康丽媛. 折流杆换热器的设计[J]. 科技传播,2012,12:132+138.
3 设计方案简介
3.1 换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（煤油）进口温度为160℃，出口温度45℃；冷流体（循环水）进口温度为20℃，出口温度为40℃。
壳程煤油的定性温度：
管程流体的定性温度：
两流体温差：
因为 ，所以选用浮头式换热器。
u型管换热器设计说明书(1)
圆整为 24mm
（4）.管板直径
根据容器法兰相关参数需要，取管板直径 D=473mm
考虑到金属的热膨胀尺寸，可由微小负偏差，但不允许有正偏
差。
（5）.管板连接设计
由之前热力计算部分以确定布管方式选用正方形排布，布管限定
t 189 MPa
焊接接头系数取 0.85
8
0.5 400
0.623mm
2 189 0.85 0.5 0.5
又封头厚度因与筒体厚度相同以减少焊接所产生的应力，最终取封
头厚度为 8mm
2. 管箱短节设计：
管箱深
（1）管箱短节厚度设计：
度 300mm
管箱短节厚度与筒体厚度相同， 8mm
11
由 NB/T47020—47027-2012 查得长颈对焊法兰如下图所示： 其中：
D=565m m
L=26mm 螺栓 M24 C=26mm
（2）由上述数据可得 （3）预紧状态下的法兰力矩按下式计算：
12
（4）由机械设计手册查得 M20 的小径为 由此可得实际使用的螺栓总面积
（5）操作状态的法兰力矩计算： 作用于法兰内径截面上内压引起的轴向力 由下式计算：
，允许正偏差为，负偏差为 0，
即管孔为
（4） 折流板的固定
拉杆直
折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管板固定，其固 径
定形式由一下几种：
12mm
a. 采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固定，
拉杆长
每块折流板与拉杆焊接固定。
度
b. 拉杆一段用螺纹拧入管板，每块折流板之间用定距
8000mm
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1.100
取整为 0.0375
238 mm,拉杆数量取为 232
6
nd 0 l 2 * 0.042 2 * 0.03
n m
*
2.826 -6.419
2
q v
4
2
*
d
i
0.001
7、 折流挡板 采用弓形挡板,切去的圆缺高度为25%D 即h= 折流板间距 B=
换热管长 折流板间距 4 q v2 u -1
0.1 0.36 0.000
0.000
污垢校正系数Fs= 串联的壳程数Ns= ⑴、管束阻力损失Δ P1'=Ffo'b(NB+1)(ρ 1uo2/2) 式中： 管子正三角形排列， 折流板数 NB = b=1.1sqrt(n)= 壳程流通面积 S'=B(D-bdo)= 壳程流速 雷诺数 uo'=qv/S'= Re'=do·uo'·ρ 1/μ 1= fo=5Reo = Δ p1'= ⑵、缺口阻力损失 Δ P2'= ⑶、 壳程压力降∑Δ Po=
-0.228
1.15 1
F= 10.00 1.000
0.5
-0.010 1.18811E-05 6.498 1.37589E-06 Pa 或 m/s 0.317
m2 >500 1.3759E-09
NB*(3.5-2B/D)*(ρ 1uo2/2) #DIV/0! #DIV/0! kPa
#DIV/0! <10kPa
#REF! w/(m2℃) m2 m2
A实/A'= 说明设计的换热器的面积裕度在10～25%范围内,设计合理。 Ⅱ、壁温计算 热流体平均温度 Tm=0.4T1+0.6T2= 冷流体平均温度 tm=0.4t2+0.6t1= 换热管壁温 热流体传热系数a1= 冷流体传热系数a2= 换热管壁温 不需设置温差补偿器。 Ⅲ、压力降的核算 1、 管程压力降 ∑Δ Pi=(Δ P1+Δ P2)Ft·Ns·Np ⑴、直管阻力损失 Ft= Δ P1= tw =
4
d
2 0
)
S=BD(1-d0/t)= qv1/S= de*u*ρ 1/μ 1= Cp1*μ 1/λ 1= = #DIV/0!
0.000 #DIV/0! #DIV/0! 11.893 0.960 w/（m2℃）
㎡ m/s
壳程中邻二甲苯被冷却，取(μ /μ w) 壳内传热膜系数a0= ⑶ 污垢热阻和管壁热阻
P
t2 t1 T1 t1
0.091
R
T1 T 2 t 2 t1
10 Ψ △t*△tm逆=
*
查温度校正系数图得到 单管程 温度校正系数ψ Δ t= 雷诺数 Re=
d
i
#REF!
℃
0.96
2
* u
i 2
C p
2
27404.138
*
2 2
普朗特数 Pr= 流体被加热， n= 管内传热膜系数 ⑵ 管外传热膜系数 a0= 管子正三角形排列，传热当量直径为de= 壳程流通截面积 壳程流体流速 雷诺数 普朗特数 u= Re= Pr=
T= t= ρ 1= Cp1= λ 1= μ 1=
(75+45)/2= (30+40)/2= 800 2220 0.14 0.00075 993.4 4174 0.626 0.000725 qm1/ρ qm2/ρ
1 2
90 35 kg/m³ kJ/kg.℃ w/m.℃ Pa.s kg/m³ J/kg.℃ w/m.℃ Pa.s 0.004 0.019
25 0 0 * D
0.000 m
m (0.2D<B<D) 6.5
0.4
折流板数为 NB= 接管内径为 d1=
#REF!
m
接管内径为
d1=
4 q
u
v2
#REF!
m
⑵
壳程流体接管 取接管内流速为 接管内径为
u= d2=
1.8 4 q v1 u
m/s
0.132
m
四、传热器校核 传热面积校核 双管程
外径
do=
0.025 0.02 0.0025 3
m m m m
内径 di= 壁厚 δ = 假设管长为 L= 2、 总管数和管程数 总管数 单程流速 n= u=
A实
qv 2
2
do L
237.258 0.251
根,圆整为 m/s
0 . 785 d i n （若u≥0.5m/s，取单程，反之取双管程） 选管程流速为
管程数 m=
1
u u
'
m/s
3.980
取整数
3、 管子排列方式 管子与管板采用焊接，管子采用正三角形排列 管心距 a= 双管程则有： 隔板两侧相邻管心距 ac= 4、 壳体内径的确定 双管程 管板利用率 η = D 1.05 a n / 多管程壳体内径
1.25do= 0.044
0.03125 m
查得：已处理的凉水塔用水的污垢热阻 do/di= do/dm=
Ri = 1.25
0.0002
#REF! 总热阻 R总=d0(do/di)+Ri(do/di)+δ /λ (do/dm)+Ro+1/ao= ⑸ 总传热系数 K= 传热面积校核 计算得到的传热面积 A'=Q/KΔ tm= 根据布管得到的传热面积 A实= 1/R总= #REF! #REF! -6.42 #REF!
80 34 #DIV/0! ########### ℃ Tm-tw= #DIV/0!
tw = △t =
#DIV/0!
壳体平均壁温与换热管平均壁温差为
1.4
Ns=
1
(λ *L/di)*(ρ *ui2/2) 管内雷诺数 Rei= 15585 ε = 钢管为粗糙管，由λ -Re关系图（教材P27）查得 λ = Δ P1= 0.000 Pa 或 ⑵、回弯阻力损失 为管束进出口局部阻力及封头内流体转向的局部阻力之和。 Δ P2= 3*(ρ *ui2/2) 管程污垢校正系数 Ft= 串联的壳程数Ns= 管程数 Np= 4 Δ P2= 0 Pa 或 ⑶、管程压力降∑Δ Pi=(Δ P1+Δ P2)Ft*Ns*Np= 0.004 2、 壳程压力降 ∑Δ Po=(Δ P1'+Δ P2')Fs·Ns
℃ ℃
查水得
ρ 2= Cp2= λ 2= μ 2=
0.728
邻二甲苯的体积流量为qv1= 水的体积流量qv2= 2、 冷却水用量 传递的热量 冷却水用量 3、 传热平均温差
Q= qm2=Байду номын сангаас△t1= △t2=
qm1*cp1*(T1-T2)= Q/(cp2*(t2-t1)) T1-t2 T2-t1 100 10
换热器设计
1、 设计参数 热介质：邻二甲苯 进口温度T1= 出口温度T2= 质量流量qml= 2、 冷介质：水 进口温度t1= 出口温度t2= 3、 管程与壳程压降 二、工艺计算 1、 物性数据 邻二甲苯定性温度 水定性温度 现查得邻二甲苯 140 40 12626.26 30 40 10 ℃ ℃ kg/h ℃ ℃ kpa 或
w/（m2℃）
℃ <50℃
Np=
4
mm kPa
kPa kPa ＜10kPa
kPa
Pa 或 <10kPa
#DIV/0! kPa
0.14
###########
0.4 ai=
0 .023 *
2
di
*R e0.8 * P rn ##########
0.001005
1 n 3
uw取壁温的黏度
pa.s
055 1 0 .36 * 1 *R e *P r *( #DIV/0! ) d e w
4( 3 2
0
d
778619.367 18.654 ℃ ℃
逆流 4、 传热面积初算 传热系数取为K= 估算传热面积为
△tm=
△tm=(△t1-△t2)/(ln(△t1/△t2)) 500 Q K tm w/(㎡℃)
A估= A实=
48.586 55.874
㎡ ㎡
实际面积取为估算的1.15倍， 三 工艺结构尺寸计算 1、 换热管：选用φ 25×2.5
m
0.8 0.000 m 圆整为
长径比 L/D= #DIV/0! 单管程 横过管束中心线管数 b 1 .1 n 管束中心线上最外层管子中心至壳体内壁的距离 e=1.5*d0= 长径比 L/D= 绘制管板布置图确定实际管子数 5、 6、 拉杆直径取为 16 由管板图可见，扣除拉杆，实际管数为 苯为易燃介质,设计压取为1.0MPa,查得管板厚度为 管子与管板连接时伸出管板3mm,有效换热管长度为 实际换热面积为 A= 管程实际流速为 ui =
3.51
kg/s
mPa.s
w kg/s
39.08650337 温度校正系数 0.82 校正后温差32.05093276
238
根
4
取为
0.032 m
0.0
m
1.000
0.042 m ㎡ m/s
m
(0.2D<B<D) 取整为 10
w/(㎡℃)
w/(㎡℃)
4
0
d
2 0
d
0.020
)
㎡℃/w