考试序列号 3
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。
学生学院环境科学与工程学院
专业班级环境工程（4）班 __
学号。学生姓名。
指导教师。****
2024年 1 月 4 日-2024年 1月14日。
目录。一、设计任务书（粘贴） 4
二、确定设计方案 5
2.1 选择换热器的类型 5
2.2 流动方向及流速的确定 5
2.3 安装方式 5
三、设计条件及主要物性数据 5
3.1 设计条件（以三线表表示） 5
3.2 确定主要物性数据 6
3.2.1 定性温度的确定 6
3.2.2 流体有关物性数据 6
四、传热过程工艺计算 6
4.1 估算传热面积 6
4.1.1 热流量 6
4.1.2 平均传热温差 6
4.1.2 平均传热温差 6
4.1.3 传热面积 6
4.1.4 冷却水用量 7
4.2 主体构件的工艺结构尺寸 7
4.2.1 管径和管内的流速 7
4.2.2 管程数和传热管数 7
4.2.3平均传热温差的校正及壳程数 7
4.2.4 传热管的排列和分程方法 7
4.2.5 壳体内径 8
4.2.6 折流板 8
4.3 换热器主要传热参数 9
4.3.1 热量核算 9
4.3.2 壁温核算 9
4.3.3 核算k值 9
4.3.4 换热器内流体流动阻力（压降） 11
1）管程流动阻力 11
2）壳程流动阻力 11
五、主要构件的设计计算及选型 12
5.1 壳体 12
5.1.1 壳体直径 12
5.1.2 壳体壁厚 12
5.2 管板 12
5.2.1 管板参数 12
5.2.2管板与壳体的连接 13
5.2.3 管子在管板上的固定方式 13
5.3 拉杆 13
5.4 分程隔板 14
5.5 折流板 14
5.5.1 折流板类型 14
5.5.2 折流板尺寸 14
5.6 封头及管箱 15
5.6.1 封头 15
5.6.2 封头法兰及管箱法兰 16
六、附属件的计算及选型 16
6.1 接管及其法兰 16
6.2 拉杆定距管 16
6.3 支座设计 16
6.3.1 支座的设计选型 16
6.3.2 尺寸确定 16
6.4 膨胀节 17
七、设计计算结果汇总表 17
八、设计总结 18
参考文献 21
一、列管式换热器设计任务书。
一)设计题目煤油冷却器的设计。
二)设计任务及操作条件。
1)设备型式：列管式换热器。
2)生产能力：600+0.1×n吨/天 ，煤油处理量
说明： n为学号尾数后两位 , 一天=24小时。
3)操作条件：
1 煤油入口温度140℃，出口40℃；
2 煤油入口温度140℃，出口40℃；
3 允许压降：≤
4 煤油定性温度下的物性数据：
ρ=825kg/m(3)
=0.14w/(m.℃)
5 每年按300天计，每天按24小时计。
6 建厂地址家乡地区。
三）设计要求。
选择适宜的列管式换热器并进行核算。
二、确定设计方案。
2.1 选择换热器的类型。
我们设计的是煤油冷却器，冷却器是许多工业生产中常用的设备。列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器有固定管板式、浮头式、u形管式和填料函式等类型。
列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 ，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、**低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。
2.2 流动方向及流速的确定。
因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。
管程流速初设为1m/s
2.3 安装方式。
采用列管式换热器焊接卧式安装方式。
三、设计条件及主要物性数据。
3.1 设计条件（以三线表表示）
3.2 确定主要物性数据。
3.2.1 定性温度的确定。
被冷却物质为煤油，入口温度为140℃,出口温度为。
冷却介质为自来水，入口温度为，出口温度为。
煤油的定性温度：
水的定性温度：
两流体的温差：
由于两流体温差大于50℃，故选用带补偿圈的固定管板式列管换热器。
3.2.2 流体有关物性数据。
两流体在定性温度下的物性数据。
四、传热过程工艺计算。
4.1 估算传热面积。
4.1.1 热流量。
4.1.2 平均传热温差。
计算两流体的平均温度差，并确定壳程数。
逆流温差 4.1.3 传热面积。
根据管内为水，管外为有机液体，k值范围为280~710 ，假设k=420故。
由于，因此需要考虑热补偿。
4.1.4 冷却水用量。
4.2 主体构件的工艺结构尺寸。
4.2.1 管径和管内的流速。
管尺寸 φ25×2.5mm（不锈钢管） 管内流速初设为1m/s
4.2.2 管程数和传热管数。
传热管数n=4v/ui=4=119.124
管长l=m取管长为6m 管程数m=2 n=nm=2120=240
4.2.3平均传热温差的校正及壳程数。
由r和p查图……得温度校正系数为，所以。
校正后的温度为。
又因，故可选用单壳程的列管式换热器。
4.2.4 传热管的排列和分程方法。
考虑到流体的流速，选用规格的管子。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列，它的优点有：管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同壳程内可排列更多的管子。
所以选择正三角形排列。
分为两程 4.2.5 壳体内径。其中。则。
按照此方法计算得到的壳内径应圆整，标准尺寸如下表：
所以取=600mm。
4.2.6 折流板。
4.3 换热器主要传热参数。
4.3.1 热量核算。
热量恒等：4.3.2 壁温核算。
由下面所求数据可以求出=50.98
4.3.3核算总传热系数k0
（1）、计算管程对流传热系数，因为。
管中水的质量流量为，则。
水的体积流量为。
所以：2)、计算壳程对流传热系数。
换热器中心附近管排中流体流通截面积为。
煤油的质量流量为，则。
煤油的体积流量为。
由于换热器为两壳程，所以煤油的流速为：
由于管为三角形排列，则有。
煤油在壳程中流动的雷诺数为。
因为在范围内，故可采用凯恩(kern)法求算，即。
由于液体被冷却取0.95，所以。
3）、确定污垢热阻。
4）、计算总传热系数（管壁热阻可忽略时，总传热系数为：）
换热器的实际面积。
该换热器k选的总传热系数为408.36，在传热任务所规定的流动条件下，计算出的=488.9，所选择的换热器的安全系数为：
则该换热器传热面积的裕度符合要求。
4.3.4流体流动阻力（压降）
1）管程流动阻力。
计算管程压强降。
前已算出：
取不锈钢管壁的粗糙度，则。
由摩擦系数图查得。
所以。对于的管子，有。
2）壳程流动阻力。
计算壳程压强降。
由于。所以。
管子为正三角形排列，则取f=0.5
折流挡板间距。
折流板数。所以
从上面计算可知，、﹤105，该换热器管程与壳程的压强降均满足题设要求的0.1mp换热器合适。
五、主要构件的设计计算及选型。
5.1 壳体。
5.1.1 壳体直径。
前面所选600mm为壳体的内径，壳体的外径是d+2=600+24=624mm
5.1.2 壳体壁厚。
选壁厚12mm
5.2 管板。
5.2.1 管板参数(如图)
5.2.2管板与壳体的连接。
根据所选换热器的型式，刚性结构，采用兼有法兰的管板直接焊在壳体上，由于公称压力<15.7mpa,壳体壁厚12mm>10mm,所以选用如下图的焊接结构。
5.2.3 管子在管板上的固定方式。
本设计管子与管板的连接采用焊接方式，为了减少管口处的流体阻力，避免立式换热器在管板上方滞留液体。(如下图)
5.3 拉杆。
拉杆和定距管
为了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用拉杆和定距管。
所选择的拉杆直径为12mm，拉杆数量为4，定距管（参考文献《化工设备手册》曲文海主编）
5.4 分程隔板。
本设计采用两管程一壳程，自来水的进出口是在同一方向，必须运用分程隔板，在管箱中安装与管子中心线平行的分程隔板。
管板上刨出沟槽以安装垫片，一保证管内各程之间的密封。(如图)
5.5 折流板。
5.5.1 折流板类型。
折流挡板的主要作用是引导壳程流体反复的改变方向做错流流动，以加大壳程流体流速和湍动速度，致使壳程对流传热系数提高。
选择水平圆缺形折流板，切去的弓形高度为外壳内径的25.0%（圆缺率的范围一般为15%~45%），即为：。下图。
5.5.2 折流板尺寸。
折流板的间距，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的1/5或者不小于50mm。折流板间距取h=150mm。
折流板的最大无支撑间距如表所示：
所以取值为6mm
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