河西学院
Hexi University
化工原理课程设计
题目: 煤油冷却器的设计
学院: 化学化工学院
专业: 化学工程与工艺
学号:
姓名: 朱振宇
指导教师: 王兴鹏
2016年11月20日
设计任务书
一、设计题目
煤油冷却器的设计
二、设计任务及操作条件
1.设计任务
生产能力（进料量） 23000 吨/年
操作周期 7200 小时/年
2.操作条件
煤油入口温度 120℃，出口温度 40℃
冷却介质自来水，入口温度 20℃，出口温度 40℃
允许压降≦105Pa
冷却水温度 20℃
饱和水蒸汽压力 (表压)
3.设备型式列管式换热器
4.厂址自选（压力：1atm ）
三、设计内容
1.设计方案的选择及流程说明
2.换热器的工艺计算
3.换热器的主要尺寸设计
4.辅助设备选型
5.设计结果汇总
6.绘制换热器总装配图：主视图、俯视图、剖面图、两个局部放大图
7.设计评述
目录
1 概述 ................................................. 错误!未定义书签。
换热器的分类 0
流动空间的选择原则 (1)
2 设计方案简介 (2)
选择换热器的类型 (2)
流体空间及流速的确定 (2)
3 工艺流程草图及说明 (2)
4 厂址的选择 (2)
5 列管式换热器的工艺计算 (3)
确定物性参数 (3)
计算总传热系数 (3)
热流量 (3)
平均传热温差 (3)
冷却水用量 (3)
总传热系数K (3)
计算传热面积 (4)
工艺结构尺寸 (4)
管径和管内流速 (4)
管程数和传热管数 (4)
平均传热温差校正及壳程数 (4)
传热管排列和分程方程方法 (4)
壳体内径 (5)
折流板 (5)
接管 (5)
换热器核算 (5)
热量核算： (5)
管程对流传热系数 (6)
传热系数K (6)
传热面积S (6)
换热器内流体的流动阻力 (6)
6 设计结果一览表 (7)
7 设计评述 ............................................. 错误!未定义书签。
8 主要符号说明 (8)
参考资料 (9)
致谢词 (11)
煤油冷却器的设计
朱振宇
摘要：本文主要介绍了如何设计一台换热性能优良的管壳式换热器,涉及内容较多,包括初始条件确立、换热管尺寸、壳体类型、换热器的选型等信息来确定。通过换热器核算来校正换热器的尺寸、壳体类型等，分析了流体的流动和换热机理等。
关键词：煤油冷却器、设计、管壳式、换热管、折流板
1 概述
换热器的分类
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
换热器的类型多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，在所以的换热器中占着主导的地位。
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和壳体连为一体，管子则固定在管板上，在外壳上焊有膨胀节，当两流体的温度差较大时，管体和管束热膨胀不同，补偿圈发生缓慢的弹性形变来来补偿因温差引起的热膨胀。
特点：结构简单、在相同的壳体直径内，排管最多、比较紧凑；造价低廉、壳程清洗和检修困难（壳程宜用于不易结垢和清洗的流体）。
适用：比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
②浮头换热器
浮头式换热器的两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可相对于壳体做某些移动，该端称之为浮头。此类换热器的管束膨胀不受壳体的约束，所以壳体与管束之间不会由于膨胀量的不同而产生热应力。
特点：结构复杂、笨重，造价比较高，材料消耗量大，浮头的端盖在操作中无法检查，安装时要密封，管束和管壳的间隙较大。
适用：管壳壁间温差较大，易于腐蚀和易于结垢的场合。
③ U型换热器
U型管式换热器每根管子均弯成U型，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。
特点：结构简单、质量轻、管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。
适用：高温高压的场合
流动空间的选择原则
①尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。
②管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
③应减小管子和壳体因受热不同而产生的热效应。
④对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露，应注意密封。
⑤应尽量避免使用贵金属，以降低成本。
宜于通入管内空间的流体：
①不清洁的流体：管内流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间便于清洗。
②体积小的流体：管内空间的流动截面往往比管外空间的截面小，流体易于获得必要的理想流速，而且也便于做成程流动。
③有压力的流体：管子承压能力强，简化了壳体密封的要求。
④腐蚀性强的流体：只有管子及管箱才需要耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的所有零件均可用普通材料制造，造价可以降低。
⑤与外界温差大的流体：可以减少热量的散逸。
宜通于管间的流体：
①两流体温差相差较大：可减少管壁于壳壁间的温度差，因而可减少了管束与壳体间的相对伸长。
②两流体给热性能相差较大
③饱和蒸汽：易于排出冷凝液
④粘度大的流体：管间的流动截面和方向都在不断的变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内大
⑤泄露后危险性大的流体可减少泄露机会 2 设计方案简介 选择换热器的类型
两流体温度变化情况：热流体进口温度120℃ ,出口温度40 ℃；冷流体（循环水）进口温度20℃，出口温度40℃.由于该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。
流体空间及流速的确定
根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速应大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管城流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为m/s 0.1 i u ，用 2.5mm ×φ25的碳钢管（换热管标准：GB8163)。 3 工艺流程草图及说明
图1 工艺流程图
说明：由于循环冷却水较易结垢，为便了水垢的清洗，应使循环水走管程，煤油走壳程。如图：煤油先到达原油储罐，再经原油泵抽上来，经粗管道进入换热器壳程，冷却水经细管道进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，煤油从120℃冷却至40℃后再由粗管道流进产品储罐经产品泵流出；循环冷却水则从20℃加热至40℃后，再由细管道流出。 4 厂址的选择
珠海
5 列管式换热器的工艺计算 确定物性参数
定性温度：可取流体进口温度的平均温度值。 壳程油的定性温度为 管程流体的定性温度为
定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 根据油在80℃下的有关物性数据如下： 密度：30m kg 781=ρ
定压比热容：)℃KJ/(kg.28.20=p C 导热系数：)℃0.141W/(m.0=λ 粘度：.s 0.000664Pa 0=μ
循环冷却水在30℃下的物性数据： 密度：kg/m37.995=i ρ
定压比热容：)℃KJ/(kg.174.4=pi c 导热系数：)℃0.618W/(m .i =λ 粘度：Pa.s 0008007.0=i μ 计算总传热系数 热流量
o m =（23000×310）/7200=h
平均传热温差 冷却水用量 总传热系数K 管程传热系数 壳程传热系数
假设壳程的传热系数()℃4002o ?=m w α
污垢热阻
管壁的导热系数()℃m .45W/=λ 计算传热面积
考虑15%的面积裕度：2'15.18m =13.2×21.15=S ×1.15=S 工艺结构尺寸 管径和管内流速
选用φ25×传热管（碳钢），取管内流速s m 0.5u i = 管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
()137.125
.002.0785.036007.9956.71444
n 2
2≈???=
=
u
d v
i s π
（根） 按单程管计算，所需的传热管长度为
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=,则该换热管程数为
传热管总根数52=4×13=N (根） 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。查同一直线，可得0.83t =??
平均传热温差℃92.3528.4383.0t 'm =?=?=??t t ? 传热管排列和分程方程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距025.1d t =,则 横过管束中心线的管数
958.85219.119.1≈===N n c （根)
壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η=，则壳体内径为 圆整可取D =300mm 折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为mm h 7530025.0=?= 故可取mm h 75=
取折流板间距D B 3.0=，则
mm B 903003.0=?=,可取B 为mm 100。 折流板数()块折流板间距传热管长441-100
4500
1-b ===
N
折流板圆缺面水平装配。 接管
壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为s m u 0.1=，则接管内径为
()m u
v
d 038.00
.114.378136004.319444=???==
π
取标准管径为mm 345?φ
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=s 则接管内径为
取标准管径为mm 450?φ 换热器核算 热量核算：
壳程对流传热系数：对圆缺形折流板，可采用克恩公式
14
.03
155
.000Pr Re 0.36???
? ??=w e d μμλ
α
当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体及雷诺数为
普兰特准数 管程对流传热系数
管程流通截面积22i 00816.02
52
02.0785.0m S =??= 管程流体流速 普兰特准数 传热系数K 查有关文献知
管外侧污垢热阻：w m R s ℃000172.020?= 管内侧污垢热阻：w m R si ℃000344.02?=
管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为45w/(m.k)=λ。 传热面积S
该换热器的实际传热面积p S 该换热器的面积裕度为
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 换热器内流体的流动阻力 管程流动阻力
由5.6086Re = 传热管相对粗糙度0.00520
0.01
=，查莫狄038.0=i λ 管程流动阻力
管程流动阻力在允许的范围之内。 管壳流动阻力 壳程阻力
流体流过折流板的阻力
取折流板间距m B 1.0= m D 0.3=
综上所述，该换热器管程与壳程的压力降均小于允许压强100kPa 均符合要求，故所设计的换热器符合条件。
6 设计结果一览表
2
设
计结果一览图
7 设计评述
本次化工原理课程设计，加深了我对化工原理课本知识的理解，同时使我学会了很多实用的东西，提高了我动手的能力和灵活运用知识的能力，让我受益匪浅。在这次化工原理课程设计中，我的理论运用于实践的能力得到了很到的提升，主要有以下的几个方面：
⑴初步掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据（已发表的文献）的能力。
⑵树立了既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作过程中的方便性，劳动条件和环保性的正确设计思想，在这种思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。
⑶培养了迅速准确的进行工程计算的能力，首先必须根据产量和基本的物性数据计算出理论值，在根据国家标准来核算，从而选用合适的配件高效率的完成规定的生产任务。
⑷学会用简洁的文字和清晰的图表来表述自己设计思想的能力。在画图中基本是根据基本数据来查阅资料逐一确定的，工作繁杂。
从设计结果可看出，若要保持传热系数，温度越大、换热管数越多、折流板数越多、壳径越大、这主要是因为煤油的出口温度升高，总的传热温差下降，所以换热面积增大，才能保证Q和K。因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应的增大，通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要。由于本课程设计属于我的初次设计，而且时间上比较仓促，可查阅的文献有限，本次设计还有很多不完善的地方。
8 主要符号说明
英文字母
B—折流板间距 H—面积裕度，
C —系数，无量纲 希腊字母
d __管径，m α—对流传热系数；
D —换热器外壳内径，m Δ—有限差值；
?—摩擦系数； λ—导热系数，W/(m.℃);
F —系数； μ—粘度，; h —圆缺高度，m; ρ—密度,3m kg ; K —总传热系数，℃?m w ； ?—校正系数； L —管长，m;
m —管程； 下标 n —指数； c —冷流体； 管数； h —热流体； 程数； i —管内； N —管数； m —平均； 程数； o —管外；
B N —折流板数； s —污垢。 u N —努赛尔特准数；
P —压力，Pa; 因数；
r P —普兰特准数； q —热通量，2m w ；
Q —传热速率，W; r —半径，m; R —热阻，w m ℃2?； Re —雷诺准数； S —传热面积，2m ； t —冷流体温度，℃； u —流速，m/s; W —质量流量，kg/s; r —转数； 参考资料
[1]夏清, 贾绍义. 化工原理第二版[M ]. 天津: 天津大学出版社, 2015.
[2]马江权, 冷一欣. 化工原理课程设[M]. 北京: 中国石化出版社, 2011.
[3]潘红良. 过程设备机械基础[M]. 上海: 华东理工大学出版社, 2013.
[4]刘巍. 冷换设备工艺计算手册[M]. 北京: 中国石化出版社, 2003.?
[5]匡国柱, 史启才. 化工单元过程及设备课程设计[M]. 北京: 化工工业出版社, 2010.?
致谢
在这次课程设计中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。
答辩记录与综合成绩评定表
x x x x x大学 化工原理课程设计题目煤油冷却器的设计 教学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 20XX年6月8日 目录
第一章绪论 (1) 第二章方案设计说明 (1) 2.1换热器的选型 (1) 2.1.1 换热器的分类 (1) 2.1.2 间壁式换热器 (1) 2.1.3 管壳式换热器 (1) 2.1.4 换热器的选型 (2) 2.2材质的选择 (2) 2.3换热器其他结构设计 (2) 2.3.1 管程机构 (2) 2.3.2 壳程结构 (2) 第三章管壳式换热器的设计计算 (3) 3.1确定设计方案 (3) 3.1.1 选择换热器类型 (3) 3.3.2 流动空间及流苏确定 (3) 3.2 确定物性参数 (3) 3.3 计算总传热系数 (4) 3.3.1 热流量 (4) 3.3.2 平均传热温差 (4) 3.3.3 冷却水用量 (4) 3.3.4 总传热系数 (4) 3.4 计算传热面积 (5) 3.5 工艺结构尺寸 (5) 3.5.1 管径和管内流速 (5) 3.5.2 管程数和传热管数 (5) 3.5.3 平均传热温差校正及壳程 (6) 3.5.4 传热管排列和分程方法 (6) 3.5.5 壳体内径 (6) 3.5.6 折流板 (7) 3.5.7 接管 (7) 3.6 换热器核算 (7)
3.6.1 热量核算 (7) 3.6.2 换热器内流体的流动阻力 (9) 第四章计算结果一览表 (11) 课程设计心得与体会 (12) 参文文献 (14) 附录（1）油冷却器的设计任务书 (15) 附录（2）符号说明 (16)
第一章绪论 工程设计是工程建设的灵魂，又是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带，它决定了工业现代化水平。设计是一项政策性很强的工作，它涉及政治、经济、技术、环保、法规等诸多方面，而且还会涉及多专业、多学科的交叉、综合和相互协调，是集体性的劳动。先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是工程设计人员应坚持的设计方向和追求的目标。而化工原理课程设计，是将所学的化工原理理论知识联系实际生产的重要环节。一方面，它要求综合运用物理，化学，化工原理，工程制图的理论知识，确定生产工艺流程和计算设备的尺寸；另一方面，又要求根据设计对象的具体特征，凭借设计者的经验（或借鉴前人的经验），灵活运用设计的诀窍，对所选设备，工艺过程以及各种参数进行合理的筛选，校正和优化，达到经济合理的生产要求。 第二章设计方案说明 2.1换热器的选型 2.1.1换热器的分类 换热器是化工，炼油工业中普遍应用的工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传给低温流体。根据传热方式可分为混合式换热器，蓄热式换热器，和间壁式换热器，其中间壁式换热器是工业中应用最为广泛的一类。其主要特点为：冷热流体被一固体间壁隔开，通过壁面进行转热。考虑到间壁式换热器设计技术比较成熟，而且国家在该类换热器的设计，制造，检验和验收等方面已有较为完善的设设计资料和系列化标准，因此选择间壁式换热器。 2.1.2间壁式换热器 按照传热面的形状和结构特点，间壁式换热器又可细分为管式换热器，如套管式，螺旋管式，管壳式，热管式；板面式换热器，如板式，螺旋式，板壳式等；扩展面式换热器，如板翅式，管翅式，强化的传热管等。在管式换热器中，管壳式换热器是应用最广泛的一种，该类换热器结构相对简单，造价不高，壳选用多种结构材料，管内清洗方便，处理量大，在高温条件下也能应用。考虑其诸上优点，以及生产任务均符合管式换热器的要求，选择管壳式换热器。 2.1.3 管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。它因结构简单、耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点而在换热设备中占据主导地位。管壳式换热器根据其结构特点分为：固定管板式换热器，浮头式换热器，U形管式换热器。以下主要介绍固定管板式换热器。 固定管板式换热器，管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体连接，与其他形式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体
《化工过程设备设计Ⅰ（一）》 说明书 设计题目：换热器的设计 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计日期： 设计单位：青海大学化工学院化学工程系
目录 前言 (4) 任务书 (5) 目的与要求 (6) 一、工艺设计方案 (8) 二、确定物性数据 (9) 三、估算传热面积 (9) 四、工艺结构尺寸 (10) 五、换热器核算 (12) 六、设计结果概要一览表 (17) 七、参考文献 (19)
前言 化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周，其基本内容为： (1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 (2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。 (3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。 (4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。 (5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 (6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参考文献。 整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。 设计者： 2015年月日
课程设计任务书
一、摘要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。 衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。 二、关键字 煤油，换热器，列管式换热器，固定管板式
目录 一、概述 (1) 二、工艺流程草图及设计标准 (1) 2.1工艺流程草图 (1) 2.2设计标准 (2) 三、换热器设计计算 (2) 3.1确定设计方案 (2) 3.1.1选择换热器的类型 (2) 3.1.2流体溜径流速的选择 (2) 3.2确定物性的参数 (3) 3.3估算传热面积 (3) 3.3.1热流量 (3) 3.3.2平均传热温差 (3) 3.3.3传热面积 (3) 3.3.4冷却水用量 (4) 3.4工艺结构尺寸 (4) 3.4.1管径和管内流速 (4) 3.4.2管程数和传热管数 (4) 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (4) 3.4.4传热管排列和分程方法 (5) 3.4.5壳体内径 (5) 3.4.6折流板 (5)
煤油冷却器的设计 一前言 1列管式换热器的种类 固定管板式换热器 管板式换热器浮头式换热器 填料涵式换热器 U型管换热器 2换热器的特点 列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种： 固定管板式换热器：固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。 浮头式换热器：浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。 填料涵式换热器：填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。 U型管换热器：U型管换热器的管子两端固定在同一管板上，管子两端可以自由伸缩，与其他管子机壳体无关。这种换热器结构比较简单，重量轻，适用于高温高压场合，但管清洗比较困难且管板利用率较差。 几种换热器的结构
3换热器的发展趋势 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，
提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷、空分及制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。 二设计任务及操作条件 1设计任务 生产能力（进料量） 80000 吨／年 2操作条件 1、煤油：入口温度：140℃ 出口温度：40℃ 2、冷却介质：自来水 入口温度：30℃出口温度：40℃，水压力为0.3MPa 3、允许压降：不大于105Pa 4、每年按330天计算，每天24小时运行 三设计方案 1换热器的类型 浮头式换热器如右图所示，两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热（或受冷）时，管子连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体抽出，便于清洗和检修，故浮头式换热器应用比较普
南京工业大学《材料工程原理B》课程设计 设计题目: 煤油冷却器的设计 专业：高分子材料科学与工程 班级：高材0801 学号: 1102080104 姓名: 夏亚云 指导教师: 周勇敏 日期： 2０10/12/30 设计成绩:
目录 一.任务书 (3) １.1．设计题目 1．2.设计任务及操作条件 1.3.设计要求 二.设计方案简介 (3) ２.1．换热器概述 2.２列管式换热器 2．3.设计方案的拟定 2.4.工艺流程简图 三．热量设计 (5) 3．1.初选换热器的类型 3.2.管程安排(流动空间的选择)及流速确定 ３.3.确定物性数据 3．4．计算总传热系数 ３.5.计算传热面积 四.工艺结构设计…………………………………………………………………………………………..-８- 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4．3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.传热管排列和分程方法 4.5．壳程内径及换热管选型汇总 4.6.折流板 4.7.接管 五．换热器核算…………………………………………………………………………………………．-13－ 5.１.热量核算 5.2.压力降核算 六.辅助设备的计算和选择……………………………………………………………………………１７ 6.1.水泵的选择 6.2.油泵的选择 七.设计结果表汇 (20) 八.参考文献． (20) 九.心得体会………………………………………………………………………………….…………… 2１附图：（主体设备设计图,工艺流程简图）
§一．化工原理课程设计任务书 1.1设计题目 煤油冷却换热器设计 1.2设计任务及操作条件 １、处理能力 15.8×１04t/y 2、设备型式列管式换热器 ３、操作条件 （１）煤油: 入口温度１4０℃，出口温度４０℃ (２)冷却介质：工业硬水,入口温度２0℃,出口温度4０℃ (3）油侧与水侧允许压强降：不大于１05 Pa （４）每年按３３０天计，每天24小时连续运行 (5)煤油定性温度下的物性参数: 1．3设计要求 选择合适的列管式换热器并进行核算 1．４绘制换热器装配图 (见Ａ４纸另附） §二．设计方案简介 2.1换热器概述 换热器是化工,炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂,换热器的费用约占总费用的１０％~20%，在炼油厂约占总费用3５％~40%。换热器在其他部门,如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
河西学院 Hexi University 化工原理课程设计 题目 :煤油冷却器设计 学院 :化学化工学院 专业 :化学工程与工艺 学号 : 姓名 :张冠雄 指导教师 :王兴鹏 2016 年 11 月 21 日
化工原理课程设计任务书一、设计题目 煤油冷却器的设计 二、设计任务及操作条件 1.设计任务 生产能力（进料量）25000吨 / 年 操作周期7200小时 / 年 2. 操作条件 煤油入口温度120 ℃，出口温度40 ℃ 冷却介质自来水，入口温度20 ℃，出口温度40 ℃ 允许压降≦ 105Pa 冷却水温度20℃ 饱和水蒸汽压力( 表压 ) 3. 设备型式列管式换热器 4.厂址上海（压力： 1atm ） 三、设计内容 1.设计方案的选择及流程说明 2.换热器的工艺计算 3.换热器的主要尺寸设计 4.辅助设备选型 5.设计结果汇总 6.绘制换热器总装配图：主视图、俯视图、剖面图、两个局部放大图 7.设计评述
目录 1 概述 .................................................. 化工原理课程设计的目的、要求...........................列管式换热器及其分类................................... 换热器的设计要求....................................... 符号说明 ............................................... 2 确定设计方案 .......................................... 设计任务 ............................................... 列管式换热器形式的选择................................. 管壳程的选择 ........................................... 流体流速的选择......................................... 3 列管式换热器的结构.................................... 管程结构 ............................................... 壳程结构 .............................................. 4 列管式换热器的设计计算................................ 计算步骤 ............................................... 计算传热系数 ........................................... 计算传热面积 ........................................... 5 工艺结构尺寸的计算.................................... 管径和管内流速......................................... 管程数和传热管数....................................... 平均传热温差校正系数................................... 传热管排列和分程方法................................... 壳体内径 ............................................... 折流板 ................................................. 接管 ................................................... 6 换热器核算 ............................................ 热量核算 ............................................... 面积核算 ...............................................错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。错误 ! 未指定书签。
课程设计 课程名称化工原理课程设计题目名称煤油冷却器的设计
专业班级08级食品科学与工程（2）班学生姓名纪平平 学号50806022006 指导教师赵大庆 二O一O年十二月三十日
目录 1 《化工原理》课程设计任务书.......................................................................................................... - 1 - 1.1 设计题目..................................................................................................................................... - 1 - 1.2 原始数据及操作条件................................................................................................................. - 1 - 1.3 设计要求..................................................................................................................................... - 1 - 2 《化工原理》课程设计说明书.......................................................................................................... - 2 - 2.1 前言............................................................................................................................................. - 2 - 2.2 工艺流程图及说明..................................................................................................................... - 3 - 3 生产条件的确定.................................................................................................................................. - 4 - 4 换热器的设计计算.............................................................................................................................. - 4 - 4.1 选择换热器类型......................................................................................................................... - 4 - 4.2 流动空间及流速的确定............................................................................................................. - 4 - 4.3 确定物性数据............................................................................................................................. - 4 - 4.4 计算总传热系数......................................................................................................................... - 5 - 4.4.1 热流量............................................................................................................................ - 5 - 4.4.2 平均传热温差................................................................................................................ - 5 - 4.4.3 冷却水用量.................................................................................................................... - 6 - 4.4.4 总传热系数.................................................................................................................... - 6 - 4.5 计算传热面积............................................................................................................................. - 7 - 4.6 工艺结构尺寸............................................................................................................................. - 7 - 4.6.1 管径和管内流速............................................................................................................ - 7 - 4.6.2 管程数和传热管数........................................................................................................ - 7 - 4.6.3 平均传热温差校正及壳程数 ........................................................................................ - 7 - 4.6.4 传热管排列和分程方法................................................................................................ - 8 - 4.6.5 壳体内径........................................................................................................................ - 8 - 4.6.6 折流板............................................................................................................................ - 8 - 4.6.7 接管................................................................................................................................ - 9 - 4.7 换热器核算................................................................................................................................. - 9 - 4.7.1热量核算......................................................................................................................... - 9 - 4.7.2 换热器内流体的流动阻力...........................................................................................- 11 - 5 设计结果汇总表................................................................................................................................ - 13 - 6 设计评述............................................................................................................................................ - 14 - 7 心得体会.............................................................................................................................................. - 15 - 8 参考文献............................................................................................................................................ - 16 -
河西学院 HexiUniversity 化工原理课程设计题目:煤油冷却器设计 学院:化学化工学院 专业:化学工程与工艺 学号: 姓名:张冠雄 指导教师:王兴鹏 2016年11月21日
化工原理课程设计任务书一、设计题目 煤油冷却器的设计 二、设计任务及操作条件 1.设计任务 生产能力（进料量）25000吨/年 操作周期7200小时/年 2.操作条件 煤油入口温度120℃，出口温度40℃ 冷却介质自来水，入口温度20℃，出口温度40℃ 允许压降≦105Pa 冷却水温度20℃ 饱和水蒸汽压力0.25Mpa(表压) 3.设备型式列管式换热器 4.厂址上海（压力：1atm） 三、设计内容 1.设计方案的选择及流程说明 2.换热器的工艺计算 3.换热器的主要尺寸设计 4.辅助设备选型 5.设计结果汇总 6.绘制换热器总装配图：主视图、俯视图、剖面图、两个局部放大图 7.设计评述
目录
附图
煤油冷却器设计 作者：张冠雄 摘要：换热器在许多行业中有非常重要的地位，尤其是在化工、石油、等行业中。本次课程设计的任务是设计年处理25000吨煤油的煤油冷却器，采用列管式换热器。设计过程包括方案确定、换热器结构选择、主要换热设计计算并绘制列管式换热器的装配图。通过热量核算，压力降的核算以及面积裕度的求解，该换热器能够完成设计任务。 关键词：列管式换热器折流板法兰管板煤油水 1概述 1.1化工原理课程设计的目的、要求 课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初步尝试，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的初步训练通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，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。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思路，培养实事求是、严肃认真、高度负责的科学作风。 课程设计是学生展示创新能力的有益实践。在设计中需要学生作出决策，即自己确定方案、选择流程、查阅资料、进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析和比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力、增强学生创新意识的环节。 通过课程设计，应该提高以下几个方面的能力： 熟悉查阅文献资料、搜索有关数据、正确选用公式。当缺乏必要数据时，尚需通过实验测定或到生产现场实际查定。 在兼顾技术上先进性、可靠性、经济上合理性的前提下，综合分析设计任务的要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常。安全运行所需要的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。 准确而迅速地进行过程设计计算及主要设备的工艺设计计算。 用精练的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。1.2列管式换热器及其分类 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
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！） 食品工程原理课程设计任务书 设计题目：年处理量8.4 X04吨煤油冷却器的设计
一、操作条件 1.煤油：入口温度156C 出口温度50C 2.冷却介质：循环水入口28C，出口温度40C 3.允许压力降：不大于30kPa 4.年开工天数： 300天；每天24h连续生产 5.定性温度下煤油的物性数据： 3 4 I 密度=825kg ? m-，黏度=7.15 M0- Pa ? s,比热=2.22kJ ?( kg ;C)-, 热导率=0.14W (m- C) 二、设计任务 1.处理量：84X|03t年 2.设备形式：列管式换热器 3.选择事宜的列管换热器并进行核算 4.绘制工艺流程图和设备结构图 5.输送机械的设计：循环水泵 三、设计要求 使用统一课程设计格式(详见许昌学院课程设计编写要求)。 主要项目及编排顺序为： ①设计说明书封面(使用统一模板)；②任务书；③摘要；④目录；⑤设计方 案简介；⑥工艺过程计算及设备工艺尺寸的计算；⑦辅助设备的计算及选型；⑧附录：工艺流程图及设备结构图；⑨参考文献⑩设计评述； 指导教师：孙国富徐静莉 完成日期：2012年12月17日?12月28
本设计是进行煤油冷却器的设计，主要进行了换热器的选型以及水泵的型号选择。设计的前半 部分是换热器的选型，根据给定的条件估算换热面积，进行换热器的选择，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降的计算。设计的后半部分是关于水泵的选择，根据换热器以及给定的条件计算出最大流量和压头确定水泵的型号。 关键词：浮头式换热器传热系数水泵 目录 1引言 (1) 1.1热换器的类型 (1) 1.2热换器的选择 (1) 1.2浮头式热换器特点 (2) 2正文 (2) 2.1确定设计方案 (2) 2.1.1.选择换热器的类型 (2) 2.1.2确定流体通入的空间 (3) 2.2确定物性数据 (3) 2.2.1确定定性温度 (3) 2.2.2确定物性数据 (3) 2.3估算传热面积 (3) 2.3.1计算传热热负荷Q (3) 2.3.2计算平均传热温差 (3) 2.3.3初选总传热面积 (4) 2.3.4初选管径 (4) 2.3.5初选换热器型号 (5) 2.4热换器的核算 (5) 2.5传热系数的校核 (6) 2.5.1管程的对流传热系数 (6) 2.5.2壳程的对流传热系数 (6) 2.5.3确定污垢热阻 (7) 2.5.4计算总传热系数K (7) 2.5.5计算热传热面积 (7)
煤油冷却器的设计----原版
一、摘要
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。 衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。 目录 一、概述 (1) 二、工艺流程草图及设计标准 (1)
2.1工艺流程草图 (1) 2.2设计标准 (2) 三、换热器设计计算 (2) 3.1确定设计方案 (2) 3.1.1选择换热器的类型 (2) 3.1.2流体溜径流速的选择 (2) 3.2确定物性的参数 (3) 3.3估算传热面积 (3) 3.3.1热流量 (3) 3.3.2平均传热温差 (3) 3.3.3传热面积 (3) 3.3.4冷却水用量 (4) 3.4工艺结构尺寸 (4) 3.4.1管径和管内流速 (4) 3.4.2管程数和传热管数 (4) 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (4) 3.4.4传热管排列和分程方法 (5) 3.4.5壳体内径 (5) 3.4.6折流板 (5) 3.4.7接管 (5) 3.5换热器核算 (6) 3.5.1热流量核算 (6)
长沙学院 课程设计说明书 题目煤油冷却器的设计系(部) 生环系 专业(班级) 09应化2班 姓名 学号 指导教师宋勇
起止日期2012.5.28——2012.6.16 化工原理课程设计任务书 系主任___________ 指导教师____________ 学生__戴姣______ 2班 编号：2.2.7 一、设计题目名称：煤油冷却器的设计 二、设计条件： 1．煤油：入口温度：130℃，出口温度：50℃； 2．冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度28℃，出口温度40℃）3．允许压强降，不超过105Pa；
4．每年按300天计；每天24 s。参考数据见表2.1,表2.2[1]。 表2.1.列管式换热器内的适宜流速范围 流体种类流速（ms） 管程壳程一般液体0.5~3 0.5~1.5 易结垢液体>1 >0.5 气体5~30 3~15 表2.2不同粘度液体的流速（以普通钢壁为例） 液体粘度 mPa．s ＞1500 1500～ 500 500～ 100 100～35 35～1 ＜1 最大流速 （ms） 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
2.3确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。 壳程流体（煤油）的定性温度为：℃ 管程流体（硬水）的定性温度为：℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。见表2.3[1] 表2.3.物性数据 密度（㎏m3）比热容（kJkg ?℃）粘度（Pa? s） 导热系数（Wm ?℃） 煤油825 2.22 7.15× 10-4 0.14 水34℃) 993.95 4.174 7.27× 10-4 0.62 2.4计算总传热系数 (1).煤油的流量 已知要求处理能力为16.5万吨煤油每年（每年按300天计，每天24小时连续运行），则煤油的流量为：
化工原理课程设计煤油冷却器的设计
（）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的（），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用（）的规定，即：按照学校要求提交（）的印刷本和电子版本；学校有权保存（）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布的部分或全部内容。 作者签名：日期：
本设计的任务就是完成一满足生产要求的列管式换热器的设计和选型。 本设计的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。由总传热速率方程可知，要计算换热面积，得确定总传热系数和平均温差。由于总传热系数与换热器的类型、尺寸、流体流到等诸多因素有关，----而平均温差与两流体的流向、辅助物料终温的选择有关，因此管壳式换热器设计和选型需考虑许多问题。通过多次核算和比较，设计结果如下：带膨胀节的固定管板式换热器，选用φ25Χ2.5的碳钢管，换热面积为131.4 m2，且为双管程单壳程结构，传热管排列采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。管数为300，管长为6m，管间距为32mm，折流板形式采用上下结构，其间距为150mm，切口高度为25%，壳体内径为700mm，该换热器可满足生产需求。
煤油冷却器的设计原版 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
一、摘要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上 述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。 衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动 力。 目录 一、概述 (1) 二、工艺流程草图及设计标准 (1) 工艺流程草图 (1) 设计标准 (2) 三、换热器设计计算 (2) 确定设计方案 (2) 选择换热器的类型 (2) 流体溜径流速的选择 (2) 确定物性的参数 (3) 估算传热面积 (3) 热流量 (3)
平均传热温差 (3) 传热面积 (3) 冷却水用量 (4) 工艺结构尺寸 (4) 管径和管内流速 (4) 管程数和传热管数 (4) 平均传热温差校正及壳程数 (4) 传热管排列和分程方法 (5) 壳体内径 (5) 折流板 (5) 接管 (5) 换热器核算 (6) 热流量核算 (6) 壳程表面传热系数 (6) 管内表面传热系数 (7) 污垢热阻和管壁热阻 (7) 计算传热系数K C (7) 换热器的面积裕度 (8) 换热器内流体的流动阻力 (8) 管程流体阻力 (8) 壳程阻力 (8) 四、设计结果设计一览表 (10)