化工設計
說明書設計題目煤油冷卻器的設計
設計人專業班級
學號指導老師
二 〇 〇 九年六月八日
前言化工原理課程設計是化工原理教學的乙個重要環節，是綜合應用本門課程和有關先修課程所學知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程式和方法，並在查閱技術資料、選用公式和資料、用簡潔文字和圖表表達設計結果、製圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練，在設計過程中能夠培養學生樹立正確的設計思想和實事求是、嚴肅負責的工作作風。
化工原理課程設計是化工原理課程教學的乙個實踐環節，是使學生得到化工設計的初步訓練，為畢業設計奠定基礎。圍繞以某一典型單元裝置(如板式塔、填料塔、乾燥器、蒸發器、冷卻器等)的設計為中心，訓練學生非定型裝置的設計和定型裝置的選型能力。設計時數為3周，其基本內容為：
(1)設計方案簡介：對給定或選定的工藝流程、主要裝置的型式進行簡要的論述。
(2)主要裝置的工藝設計計算(含計算機輔助計算)：物料衡算，能量衡量，工藝引數的選定，裝置的結構設計和工藝尺寸的設計計算。
(3)輔助裝置的選型：典型輔助裝置主要工藝尺寸的計算，裝置的規格、型號的選定。
(4)工藝流程圖：以單線圖的形式繪製，標出主體裝置與輔助裝置的物料方向，物流量、能流量，主要測量點。
(5)主要裝置的工藝條件圖：圖面應包括裝置的主要工藝尺寸，技術特性表和接管表。
(6)設計說明書的編寫。設計說明書的內容應包括：設計任務書，目錄，設計方案簡介，工藝計算及主要裝置設計，輔助裝置的計算和選型，設計結果彙總，設計評述，參考文獻。
整個設計由論述，計算和圖表三個部分組成，論述應該條理清晰，觀點明確；計算要求方法正確，誤差小於設計要求，計算公式和所有資料必需註明出處；圖表應能簡要表達計算的結果。
在化工、石油、動力、製冷、食品等行業中廣泛使用各種換熱器，且是上述這些行業的通用裝置，占有十分重要的地位。隨著我國工業的不斷發展，對能源利用、開發和節約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計製造結構改進以及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。
完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：
（1） 合理地實現所規定的工藝條件；
（2） 結構安全可靠；
（3） 便於製造、安裝、操作和維修；
（4） 經濟上合理。
隨著換熱器在工業生產中的地位和作用不同，換熱器的型別也多種多樣，不同型別的換熱器各有優缺點，效能各異。在換熱器設計中，首先應根據工藝要求選擇適用的型別，然後計算換熱所需傳熱面積，並確定換熱器的結構尺寸。
1． 處理能力：10萬噸/年煤油
2． 裝置形式：列管式換熱器
3． 操作條件
（1） 煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃
（2） 冷卻介質：自來水，入口溫度30℃，出口溫度40℃
（3） 允許壓強降：不大於100kpa
（4） 煤油定性溫度下的物性資料：密度825kg/m3，黏度7.15×比熱容2.22kj/(kg.℃)，導熱係數0.14w/(m.℃)
（5） 每年按330天計，每天24小時連續執行
3.1 傳熱計算
3.2 管、殼程流體阻力計算
3.3管板厚度計算
3.4 u形膨脹節計算
3.5 管束振動
3.6 管殼式換熱器零部件結構
參考文獻
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一、設計目的
課程設計是化工原理課程教學中綜合性和實際性較強的教學環節，是理論聯絡實際的橋梁，是使學生體察工程實際問題複雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設計，要求學生能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規定的時間內完成指定的化工設計任務，從而得到化工設計的主要程式和方法，培養學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還可以培養學生樹立正確的設計思想，培養實事求是，嚴肅認真，高度負責的工作作風。
2、該裝置的作用及在生產中的應用
換熱器是實現傳熱過程的基本裝置。而此裝置是比較典型的傳熱裝置，它在工業中的應用十分廣泛。例如：
在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、蒸餾操作中蒸餾釜和冷凝器、化工廠蒸發裝置的加熱室等。
三、工藝流程示意圖
飽和水蒸氣應從換熱器殼程上方進入，冷凝水由殼程下方排出，冷卻水從換熱器下方的入口進入，上方的出口排除。
4、說明運用該裝置的理由
這種換熱器的特點是殼體和管板直接焊接，結構簡單、緊湊。在同樣的殼體直徑內，排管較多。管式換熱器具有易於製造、成本較低、處理能力達、換熱表面清洗比較方便、可供選用的結構材料廣闊、適應性強、可用於調溫調壓場合等優點，由於兩管板之間有管子相互持撐，管板得到加強，故在各種列管換熱器中他的管板最薄，其造價比較低，因此得到了廣泛應用。
5、裝置的結構特點
該結構能夠快速的降低物料的溫度，工作時熱流體走殼程，冷流體走管程，使接觸面積大大增加，加快了換熱速度。同時，對溫差稍大時可在殼體的適當部位焊上補償圈(或稱膨脹節)，通過補償圈發生彈性變形(拉伸或壓縮)來適應外殼和管束不同的膨脹程度。
6、在設計中遇到的問題的處理
在設計中，在工藝計算過程中，由於選取k0不當或其他條件選取不當，造成在校核時k0不符合要求。在重新選取k0的同時，改變了其他的條件，如：n，l等，經過二次校核達到了預期的目的。
7、設計方案的確定
（1）對於列管式換熱器，首先根據換熱流體的腐蝕性或其它特性選項定其結構材料，然後再根據所選項材料的加工效能，流體的壓強和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負荷、安裝檢修和維護清洗的要求以及經濟合理性等因素來選項定其型式。
設計所選用的列管換熱器的型別為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱裝置，在工業中應用已有悠久歷史，具有易製造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結構材料廣闊、適應性強、可用於調溫調壓場合等優點，故在大型換熱器中佔優勢。
固定管板式列管換熱器的特點是，殼體與管板直接焊接，結構簡單緊湊，在同樣的殼體直徑內排管最多。由於兩管板之間有管板的相互支撐，管板得到加強，故各種列管換熱器中它的管板最薄，造價最低且易清洗。缺點是，管外清洗困難，管壁與殼壁之間溫差大於50℃時，需在殼體上設定膨脹節，依靠膨脹節的彈性變形以降低溫差壓力，使用範圍僅限於管、殼壁的溫差不大於70℃和殼程流體壓強小於600kpa的場合，否則因膨脹節過厚，難以伸縮而失去溫差補償作用。
（2）工藝流程圖
（3）流體流經的空間：冷卻水走管程原因有以下幾個方面，冷卻水常常用江水或井水，比較髒硬度較高，受熱容易結垢，在管內便於清理，此外，管內流體易於維持高速，可避免懸浮顆粒的沉積。管程可以採用多管程來增大流速，用以提高對流傳熱系數。
被加熱的流體應走管程，以提高熱的有效利用，被冷卻的流體走殼程，以便於熱量散失。飽和蒸汽由於比較清潔應於殼程流過，易便於冷凝液的排出。綜上所述冷卻水走管程蒸汽走殼程。
（4）流體的流動方向選擇：飽和水蒸氣應從換熱器殼程上方進入，冷凝水從殼程的下方排出，這樣既便於冷凝水的排放，又利於傳熱效率的提高;冷卻水一般從換熱器的下方的入口進入,上方的出口排出,可減少冷卻水流動中的死角,以提高傳熱面積的有效利用.故採用逆流.
(5)流速的選擇:換熱器內流體的流速大小,應有經濟衡算來決定.增大器內流體的流速,可增強對流傳熱,減少汙垢在換熱管表面上沉積的可能性,即降低了汙垢的熱阻,使總傳熱系數增大,從而減少換熱器的傳熱面積和裝置的投資經費,但是流速增大,又使流體阻力增大,動力消耗也就增多,從而致使操作費用增加,若流速過大,還會使換熱器產生震動,影響壽命,因此選取合適的流速是十分重要的.
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