1、齐齐哈尔大学化工原理课程设计齐 齐 哈 尔 大 学化 工 原 理 课 程 设 计题 目 轻柴油冷却器工艺设计 学 院 食品与生物工程学院 专业班级 食工 141 学生姓名 韩明月 指导教师 赵国君 成 绩 2016 年 11 月 24 日齐齐哈尔大学化工原理课程设计摘 要本设计说明的是关于换热器的设计，在设计过程中主要进行了有关工艺的计算，选型及结构的设计。根据所给的任务书，可以获取设计所需的基础数据和定性温度下有关的物性参数，由热量可以计算出原油的出口温度，计算并查图得出温度校正系数及换热器的壳程，然后可以确定冷热流体的平均温度差。由经验值选择一个适宜的 K 值，进而可以估算总传热面积。根据
2、相关公式，可以对一部分工艺尺寸进行计算。在标准设计下，根据标准选取一个合适的型号。接下来的工作有:核算壳程和管程的压力降，需要满足任务书中的条件；然后进行总热系数的校核。然后就要进行具体的结构设计。具体有:管板，折流板，壳体，接管，封头，法兰，支座等。根据具体的情况和有关标准进行合理的选择和设计。最后的工作就是画图，利用AutoCAD 进行绘图，与实物按照一定比例缩小。关键词：换热器；物性参数；换热面积；传热系数；压力降；折流板；封头齐齐哈尔大学化工原理课程设计IAbstractThis design is the design of the heat exchanger, in the de
3、sign process mainly has carried on the related process calculation, selection and structure design. According to the specification, given access of the basic data for design and qualitative temperature related physical parameters, the heat can calculate the outlet temperature of crude oil, calculate
4、 and check figure draw temperature correction factor and the shell side of heat exchanger, and the average temperature difference of cold and hot fluid can be determined. By the experience value to select a suitable value of K, which can estimate the total heat transfer area. According to the formul
5、a, the size of the part of the process can be calculated. Under the standard design, according to the standard to select a suitable model. The following work are: accounting shell side and tube side pressure drop, need to meet the conditions in the specification; Then the total heat transfer coeffic
6、ient of the check. And then be a concrete structure design. Specific include: tube plate, baffle plate, shell, take over, head, flange, bearings, etc. According to the specific situation and relevant standards of reasonable selection and design. The final job is to draw, use AutoCAD drawing, and phy
7、sical according to certain proportion.Keywords: heat exchanger； physical parameters； the heat transfer area； heat transfer coefficient； pressure drop； flange head 齐齐哈尔大学化工原理课程设计II目 录摘要 IAbstractII第 1 章 绪论 .1第 2 章 设计目的及要求 .22.1 目的 .22.2 要求 .2第 3 章 设计方案简介 .33.1 试算并初选设备规格 .33.2 计算管程、壳程压强降 .3第 4 章 工艺计算
8、.54.1 流体走法确定 .54.2 计算和初选换热器的规格 .54.3 换热器核算 .94.4 核算压强降 .11第 5 章 辅助设计 .145.1 壳体壁厚 .145.2 法兰的确定及垫片的确定 .145.3 支座的确定 .165.4 筒体的确定 .165.5 拉杆及定距管的确定 .165.6 分程隔板的确定 .165.7 管板尺寸的确定 .165.8 折流板的确定 .17第 6 章 计算结果汇总 .18设计总结 .19齐齐哈尔大学化工原理课程设计III参考文献 .21附录 .22致谢 .23齐齐哈尔大学化工原理课程设计第 1 章 绪论化工生产离不开化工设备，化工设备是化工生产必不可少的物
9、质技术基础，是生产力的主要因素，是化工产品质量保证体系的重要组成部分。然而在化工设备中化工容器占据着举足轻重的地位，由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，化工容器一般有筒体、封头、支座、法兰及各种容器开孔接管所组成，通常为压力容器，因为压力容器是化工设备的主体，对其化工生产过程极其重要，国家对其每一步都有具的标准对其进行规范，如：中国压力容器安全技术监察规程、GB1501998钢制压力容器、GB1511999管壳式换热器等。在其中能根据不通的操作环境选出不同的材料，查出计其允许的工作压力，工作温度等。换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产过程中，进行着各
10、种不同的热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外，换热设备也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。因而，在大型化工及石油化工生产过程中，换热器得到越来越广泛的应用。在工厂建设投资中，换热器所占比例也有明显提高，成为最重要的单元设备之一。换热器种类繁多，形势多样。列管式换热器在化工生产中主要作为加热（冷却）器、冷凝器、蒸发器和再沸器使用。列管式换热器有固定管板式、浮头式换热器、U 形管式换热器、填料函式换热器四种类型。此次设计的换热器是根据任务说明书中的数据计算得到的，应选用固定管板式换热器。固定管板式换热器
11、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引起的热膨胀。特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。根据化工原理并结合实际操作的需要应该选用该种换热器。齐齐哈尔大学化工原理课程设计I第 2 章 设计目的及要求2.1 目的（1）熟悉查阅文献资料，搜集有关数据，正确选用公式。（2）在兼顾技术先进性，可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常，安全更有所需要的检测和测量参数，同时还要考虑环境保
12、护的有效措施。（3）准确而迅速的进行过程计算和主要设备的工艺设计计算。（4）用精炼的语言，简洁的文字，清晰的图表来表达自己的设计思想及计算结果。（5）通过化工原理设计可以巩固 CAD 制图和从课外的学习中培养自学的能力，以及学习的方向通过化工原理设计，可以复习已经学过的换热器的内容，可以更好的了解换热器。（6）通过化工原理设计，可以复习已经学过的换热器的内容，可以更好的了解换热器。2.2 要求（1）通过化工原理设计，要求能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的初步训练。（2）通过化工原理设计，要求能了解工程设计的基本内
13、容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。（3）通过化工原理的课程设计，能树立正确的设计思想，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。（4）学生要了解自己所设计的内容，在设计中要用到 CAD 的知识，所以要对CAD 有一定的了解。（5)在制作图纸的（利用 CAD）过程中，要考虑和利用到工程制图的标准。这要求工程制图要有一定的功底和认识。齐齐哈尔大学化工原理课程设计II第 3 章 设计方案简介从设计任务书可知，此次须设计一台管板式换热器，欲用河水将 5.5 万吨/年的柴油从 130冷却到 40，故选用固定管板式换热器可减少管束与壳体的温差应力。首先进行工艺计算，决定水
14、走管程，柴油走壳程，原因如下：本题为两流体均不发生相变的传热过程，根据两流体的情况，引用的对流传热系数比较大，且易结垢，故选用水走管程，柴油走壳程。其次进行辅助设备选型。最后，准备工作就绪后，画出工艺图。3.1 试算并初选设备规格（1）确定流体在换热器中的流体途径。（2）根据传热量计算热负荷 Q。（3）确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形式；计算定性温度并确定在定性温度下的流体特征。（4）计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于 0.8 的原则，决定壳程数。（5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数 K 值。（6）依据总热速率方程 Q= ，初步算出传热面积
15、 S，并确定换热器的基本尺mtKS寸（如 D、L、N 及管子在板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。3.2 计算管程、壳程压强降齐齐哈尔大学化工原理课程设计III根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压强降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数和折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强直至满足要求为止。齐齐哈尔大学化工原理课程设计IV第 4 章 工艺计算4.1 流体走法确定两流体均不发生相变的过程，因河水的对流产热系数一般较大，且易沉积结垢，故选择河水走换热器的管程，柴油走换热器的壳程。4.2 计算和初选换热器的规格4.2.1 确
16、定物性数据（1）定性温度下两流体的物性参数柴油定性温度 tm=85 密度 h=825kg/m3比热容 Cph=2.22kJ/(kg) 导热系数 h=0.14W/(m) 粘度 h=0.000715Pa.s河水定性温度 tm=35 密度 c=993.95kg/m3比热容 Cpc=4.174kJ/(kg) 导热系数 c=0.625W/(m) 粘度 c=0.00073Pa.s（2）管内外两侧污垢热阻分别是Rsi=3.410-4( m2)/WRso=1.710-4 (m2)/W（3）管壁导热系数=50 W/(m)4.2.2 计算热负荷和冷却水流量（4-1）WTcmQph5 32103.89 02.136/4102.694)( （4-2）kgtCpc/. 87./6103.8/4521c 4.2.3 计算两流体的平均温度差暂按单壳程进行计算，逆流时的平均温度差为
