柴油冷卻器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、 化工原理課程設(shè)計(jì)——柴油冷卻器 柴油冷卻器設(shè)計(jì)說(shuō)明書 學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 班級(jí)：過(guò)控112 姓名：高金欣 學(xué)號(hào)：2011112053 日期 ： 目錄 一．設(shè)計(jì)任務(wù)書2 二．物性參數(shù)的確定 2 三. 確定設(shè)計(jì)方案2 1． 選擇換熱器的類型2 2． 流程安排2 四． 估算傳熱面積2 1. 傳熱器的熱負(fù)荷3 2. 平均傳熱溫差3 3. 傳熱面積估算3 五． 工藝結(jié)構(gòu)尺寸3 1. 管徑和管內(nèi)流速3 2. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)3

2、3. 平均傳熱溫差校正和殼程數(shù)4 4. 傳熱管排列和分程方法4 5. 殼程內(nèi)徑4 6. 折流板4 7. 其他附件5 8. 接管5 六．換熱器核算5 1.傳熱能力核算 （1）管程傳熱膜系數(shù)5 （2）污垢熱阻和管壁熱阻6 （3）殼程對(duì)流傳熱膜系數(shù)6 （4）總傳熱系數(shù)K6 （5）傳熱面積裕度7 2.換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力7 （1）管程流動(dòng)阻力7 （2）殼程流動(dòng)阻力8 七．換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表8 八．設(shè)備參考數(shù)計(jì)算9 1.殼體壁厚9 2.接管法蘭9 3.設(shè)備法蘭9 4.封頭管箱

3、9 5.設(shè)備法蘭用墊片10 6.管法蘭密封用墊片10 7.管板10 8.支座10 9.設(shè)備參數(shù)總表11 九. 參考文獻(xiàn)11 十．學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲12 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.設(shè)計(jì)任務(wù)書和設(shè)計(jì)條件 柴油36000kg/h由180℃被冷卻到130℃與油品換熱，以回收其熱能，油品進(jìn)出口溫度為60℃和110℃。兩側(cè)污垢熱阻為0.0002 m2℃/w ，初設(shè)K=270 w/ m2℃ 。 二、物性參數(shù)的確立 柴油 ：進(jìn)口溫度th1：180℃ 出口溫度th2：130℃ 定性溫度：tm柴= 油品： 進(jìn)口溫度tc1：60℃ 出口溫度tc2：110℃ 定性溫度：tm

4、油 = 密度 粘度 比熱 導(dǎo)熱系數(shù) 油品 柴油 860 715 5.2 0.64 2.2 2.48 2.2 0.133 三、設(shè)計(jì)方案的確立 1．選擇換熱器的類型 由于tm柴－tm油=155－85=70℃>50℃ ，所以選用浮頭式換熱器為宜。 2．流程安排 由于油品粘度大，為了減小損失和充分利用柴油的熱量，采用柴油走管程，油品走殼程。 四、估算傳熱面積 1．換熱器的熱負(fù)荷 Q =WhCp.h(th1-th2)=360002.48103(180-130)/3600 =1.24106 W

5、 2.平均傳熱溫差 先按逆流 180130 11060 70 70 3.傳熱面積估算 K =270W/ m2℃ S估= 因?yàn)閠m柴－tm油=155－85=70℃>50℃，所以需要考慮熱補(bǔ)償。 S實(shí)=1.265.6=78.72 m2 五．工藝結(jié)構(gòu)尺寸 1.管徑和管內(nèi)流速 選用φ252.5mm的傳熱管(碳鋼管)，設(shè)管內(nèi)流速ui＝1m/s。 2.管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程管傳熱管數(shù) (根) 按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 m 按單管程

6、設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l= 6 m ，則該換熱器管程數(shù)為 Np=L / l=18.6/6=3.1≈4（管程） 傳熱管總根數(shù) N = 454= 180 （根）。 3.平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) R＝＝1 P＝＝0.42 溫度校正系數(shù)為 =0.92 平均傳熱差校正為 △tm=△tm’ =0.9270=64.4 ℃ 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 4.傳熱管的排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按旋轉(zhuǎn)45正四邊形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流

7、體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。取管間距： t ＝1.25d=1.25x25=32 mm 。 隔板中心到離其最近一排管中心距離 S=t/2+6=32/2+6=22 mm 取各程相鄰管的管心距為44mm。 【1】 5.殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，得殼體內(nèi)徑為 Di =1.05t=1.0532=538 mm , 圓整可取Di =600mm。 6.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25600=150

8、 mm ，故可取h=150 mm。 取折流板間距B=0.4Di，則B=0.4600=240 mm。 取板間距H＝150mm，則： 折流板數(shù) NB=－1=－1≈24 塊 折流板圓缺面水平裝配。 7.其他附件 選取拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為4根，殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 8．接管 （1）殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速u1=1.6m/s, =102mm 圓整后取管內(nèi)直徑為100mm. (2) 管程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速u2=1.6m/s, 圓整后取管內(nèi)直徑為100mm 六．換熱器核算 1.傳熱能力核算

9、（1）管程傳熱膜系數(shù) 4 . 0 8 . 0 Pr Re 23 . 0 i i d l a = 【2】 其中： ①管程流體流通面積 Si ===0.01413 m2 ②管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為 ui＝ =＝0.989m/s Re＝＝＝22097 ③普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr＝ ==11.9 因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù) a i為 a i = i i 0.023220970.811.90.4=960.9W/(m2℃) (2) 污垢熱阻和管壁熱阻

10、 污垢熱阻Rdi=Rdo=0.0002 m2℃/w 碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)λ＝50W/m℃ (3) 殼程對(duì)流體傳熱膜系數(shù) 對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式。 其中： 【2】 ① 黏度校正為=1.05 ② 當(dāng)量直徑為 ③ 殼程流通截面積為 ④ 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 Reo＝＝＝1857.6 ⑤ 普朗特準(zhǔn)數(shù) Pr＝ ==96.1 ⑥ 因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)為 =479.2 W/(m2℃) （4）總傳熱系數(shù)K ＝＋0.0002＋＋

11、 ＋=0.003841 解得：＝260.3 W/ (m2℃) (5)傳熱面積裕度 Qi＝Si△tm得： Si＝Qi/(△tm)＝＝73.9 m2 該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp Sp==3.140.056108=84.8 m2 該換熱器的面積裕度為 ==14.7% 2.換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 （1）管程流動(dòng)阻力 取Ns=1 Np=4 Fs=1.5 由=22097,傳熱管相對(duì)粗糙度，查圖得，流速ui=0.989m/s, ,所以 ，

12、 總阻力=（4196+1049）141.5=Pa 管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。 （2）殼程流動(dòng)阻力 正方形錯(cuò)列 F=0.5 ，F(xiàn)s 對(duì)液體可取為1.15；Ns=1 NB=24 μ0=0.416m/s ?0=51857.6-0.228=0.8987 故△P1=0.50.898715.24(24+1)0.4162860/2=12739.8Pa 流體經(jīng)過(guò)折流板缺口的阻力損失： △P2=NB(3.5-2B/D)μ2ρ/2 B

13、=0.24 D=0.60 △P2=24(3.5-20.24/0.6)0.4162860/2=4822Pa 總阻力損失： △P總=12739.8+4822=17561.8Pa 殼程流動(dòng)阻力在允許范圍內(nèi) 。 七．換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 參數(shù) 管程 殼程 流量，kg/h 36000 40581.8 物 性 操作溫度，℃ 180/130 60/110 定性溫度，℃ 155 85 流體密度，kg/m3 715 860 定壓比熱容，kj/(kg.k) 2.48 2.2

14、 黏度，pa.s 傳熱系數(shù)，W/（m2℃） 0.133 0.119 普朗特?cái)?shù) 11.9 96.1 設(shè)備結(jié) 構(gòu)參數(shù) 形式 浮頭式 臺(tái)數(shù) 1 殼體內(nèi)徑，mm 600 殼程數(shù) 1 管徑，mm 管心距，mm 32 管長(zhǎng)，mm 6000 管子排列 正方形旋轉(zhuǎn)45 管數(shù)目，根 180 折流板數(shù) 24 傳熱面積， 84.8 折流板間距，mm 240 管程數(shù) 4 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速，m/s 0.989 0.416 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2℃） 960.9 479.2 污垢熱阻，m2℃/

15、W 0.0002 0.0002 阻力降，Pa 熱負(fù)荷，kw 1240 傳熱溫差，℃ 64.4 傳熱系數(shù)，W/（m2℃） 260.3 裕度 14.7 八、設(shè)備參考數(shù)計(jì)算 1.殼體壁厚 由Po＝1.6 MPa， Di＝600mm，對(duì)殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù)＝0.9,腐蝕裕度C=1mm， []t=112MPa +C＝+1=5.8mm 圓整后取8mm 2. 接管法蘭【3】 Dg 管子 平焊法蘭 螺栓 焊縫 dH S D D1 D2 f b d 重量（kg） 數(shù)量 直徑 K

16、H 100 108 4 215 180 158 3 26 18 4.8 8 M16 5 6 3.設(shè)備法蘭 【3】 Dg 管子 平焊法蘭 螺栓 焊縫 dH S D D1 D2 f b d 重量（kg） 數(shù)量 直徑 K H 600 630 9 840 770 720 5 50 41 80.3 20 M36 10 11 4.封頭管箱【3】 封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭 公稱直徑Dg 曲面高度h1 直邊高度h2 內(nèi)表面積F 容積v（m3） 600 150 40 0.46

17、4 0.396 5.設(shè)備法蘭墊片（橡膠石棉板） 公稱直徑Dg 墊片內(nèi)徑d 公稱壓力F(m2) 墊片外徑D 600 615 16 655 6.管法蘭用墊片 法蘭公稱壓力Mpa 介質(zhì)溫度 密封面型式 墊片名稱 材料 油品 ≤1.6 ≤200 光滑式 耐油橡膠石棉墊片 耐油橡膠石棉板 7. 管板 管板厚度35mm，長(zhǎng)度300mm，材料為16MnR。 8. 支墊（鞍式支座） 公稱直徑Dg 每個(gè)支座允許負(fù)荷t b1 L B l K1 b m 重量（kg） 600 36.8 180

18、550 120 260 420 90 220 26.3 9.設(shè)備參數(shù)總表 序號(hào) 圖號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 名稱 數(shù)量 材料 單重（kg） 總量（kg） 1 LNQ-001-3 前瑞管箱 1 組合件 84.5 2 HG20592 法蘭PL100-1.0 RF 2 Q235-B 2.62 5.24 3 GB8163-87 接管Φ108X5 L=160 2 Q235-B 4 LNQ-001-2 折流板 29 Q235-A 7.5 217.5 5 筒體DN127X4.5 1 Q235-B 278 6

19、LNQ-001-2 拉桿 4 Q235-B 4.2 16.8 7 GB/T6170 螺母M16 8 4級(jí) 0.04 0.32 8 LNQ-001-3 法蘭 1 20II 87 9 墊片Φ642/Φ600 S=3 4 石棉橡膠板 0.3 10 JB/T4701-2000 法蘭-FM600-1.0 1 Q235-B 40.8 11 筒體DN600X8 L=140 1 Q235-B 16.8 12 JB/T 4746-2002 封頭EHA 600X5 1 Q235-B 17 13 GB/T

20、14976 換熱管Φ25X2.5，L=6000 156 0Cr18Ni9 3.4 530.4 14 JB/T4712-92 支座 500-S 2 Q235-A/Q235-B 26.3 15 JB/4701-2000 法蘭-FM500-1.0 1 Q235-B 29.5 16 SYJ11-65 墊片 2 橡膠板 0.15 0.3 17 LNQ-001-3 防松吊耳 2 Q235-B 0.08 0.16 18 LNQ-001-2 管板 1 16MnR 65 19 GB/T6170 螺母 M20 128

21、6級(jí) 0.064 8.2 20 JB/T4707 螺栓M20x150-A 62 6.8級(jí) 0.33 20.46 21 SYJ11-65 墊片 1 橡膠板 0.3 九、 參考文獻(xiàn) 【1】楊長(zhǎng)龍，《化工原理課程設(shè)計(jì)》 哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010 【2】 夏清，陳常貴，《化工原理》上，天津大學(xué)出版社，2010 【3】《材料與零部件（上）》. 上海人民出版社. 1973.8 十、學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲 兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我們小組設(shè)計(jì)的是柴油冷卻器，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但我們卻從中學(xué)到了很多知識(shí)。加深和鞏固了上學(xué)期所學(xué)的化工原理這 雖然剛開始會(huì)

22、感到無(wú)從下手，很多所學(xué)的知識(shí)也有些生疏。但通過(guò)老師的細(xì)心講解，我們大家共同合作，一起討論研究，通過(guò)一周的翻閱資料,查找公式,設(shè)計(jì)計(jì)算,使我對(duì)換熱器有了進(jìn)一步的了解,對(duì)傳熱的具體過(guò)程有了深刻的認(rèn)識(shí).尤其是從最初的無(wú)從下手到現(xiàn)在的可根據(jù)傳熱的不同而選擇不同的換熱器.另外,我對(duì)于換熱器的用途也有了更多的認(rèn)識(shí).。最后我們順利的完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。 在老師的細(xì)心講解和指導(dǎo)下獨(dú)立完成了本次課程設(shè)計(jì)，通過(guò)這次的鍛煉,為我今后的學(xué)習(xí)工作做了良好的開端.這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我今后的生活產(chǎn)生巨大的影響也會(huì)終生難忘的. 通過(guò)這初次的課程設(shè)計(jì)使我們深刻的了解了化工原理這門課的主要內(nèi)容以及對(duì)將來(lái)工作的深遠(yuǎn)影響。 在此，感謝學(xué)院為我們提供了一個(gè)鍛煉自我，學(xué)習(xí)與歷練的機(jī)會(huì)，感謝老師耐心，認(rèn)真的輔導(dǎo)，使我們的設(shè)計(jì)得以順利完成。 14