煤油冷卻器課程設計說明書

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文檔簡介

1、　　目錄　　摘要 ……………………………………………………………………1　　第一章概述 …………………………………………………………………3　　§1.1化工原理課程設計的目的、要求 ………………………………3

2、　　§1.2列管式換熱器及其分類 …………………………………………4 　　§1.3換熱器的設計要求 ……………………………………………5　　§1.4符號說明 …………………………………………………………5　　第二章確定設計方案 ……………………………………

3、…………………7　　§2.1設計任務 …………………………………………………………7　　§2.2列管式換熱器形式的選擇 ………………………………………7 　　§2.3管殼程的選擇 ……………………………………………………7　　§

4、;2.4流體流速的選擇 …………………………………………………8　　§2.5流體出口溫度的選擇 ……………………………………………8　　第三章列管式換熱器的結構 ………………………………………………9　　§3.1 管程結構 …………………………………………………………9

5、　　§3.2 殼程結構 …………………………………………………………10　　第四章列管式換熱器的設計計算…………………………………………11　　§4.1 第一次假設計算步驟 ……………………………………………11　　§4.2 經(jīng)濟核算 ………………………………

6、…………………………16　　§4.3 第二次假設計算步驟 ……………………………………………20　　§4.4 二次經(jīng)濟核算 ……………………………………………………23　　第五章列管式換熱器結構部件的選取及校核 …………………………25

7、67;5.1 筒體壁厚的確定及強度校 ………………………………………25　　§5.2 換熱器結構的基本參數(shù) …………………………………………26　　§5.3 其他部件的選擇 …………………………………………………27　　第六章總結 …………………………………………………………………29<

8、;/p>　　§6.1 設計評價 …………………………………………………………29　　§6.2 心得體會 …………………………………………………………30　　參考文獻 ……………………………………………………………………31　　摘要</b&g

9、t;　　換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設備，在生產中占有重要地位。本次課程設計的任務是設計年處理量為3.5×105噸煤油的煤油冷卻器，采用列管式換熱器。設計過程包括方案的確定、換熱器結構的選擇、主要換熱設計計算、以及通過計算機輔助進行的經(jīng)濟核算。并采用計算機輔助設計繪制了列管式換熱器的裝配圖。　　關鍵詞：列管式換熱器，經(jīng)

10、濟核算　　Abstract　　Heat exchanger is a kind of facility that commonly used in the terms of chemical industry,petroleum,dynamic,food industry and many other industr

11、ial sectors.The assignment of our course design is to design the kerosene cooling apparatus whose annual capacity is 3.5×105 ton,and the tubular heat exchanger is adopted according to the demand.The process includin

12、g the determination of the scheme,the selection of the structure,the major calculation of the heat exchanger,and the economic calculation wit　　Keywords:Tubular heat exchanger,economic calculation<

13、/p>　　第一章概述　　§1.1化工原理課程設計的目的、要求　　課程設計是化工原理課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學生體察工程實際問題復雜性的初步嘗試。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礎知識，進行融會貫通的獨立思

14、考，在規(guī)定的時間內完成指定的化工設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。通過課程設計，要求學生了解工程設計的基本內容，掌握化工設計的主要程序和方法，培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還可以使學生樹立正確的設計思路，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度負責的科學作風。　　課程設計是學生展示創(chuàng)新能力的有益實踐。在設計中需要學生做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查閱資料、進行過程和

15、設備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設計。所以，課程設計是培養(yǎng)學生獨立工作能力、增強學生創(chuàng)新意識的環(huán)節(jié)。　　通過課程設計，應該提高以下幾方面的能力：　?。?）熟悉查閱文獻資料、搜索有關數(shù)據(jù)、正確選用公式。當缺乏必要數(shù)據(jù)時，尚需通過實驗測定或到生產現(xiàn)場實際查定。

16、　?。?）在兼顧技術上先進性、可行性，經(jīng)濟上合理性的前提下，綜合分析設計任務要求，確定化工工藝流程，進行設備選型，并提出保證過程正常、安全運行所需要的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。　　（3）準確而迅速地進行過程計算及主要設備的工藝設計計算。　?。?）用精煉的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設計思想和計算結果。<

17、;/p>　　§1.2列管式換熱器及其分類 　　列管式換熱器是目前化工及酒精生產上應用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結管處進入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進入，從殼體上的另一接管處流出，這

18、稱為殼程。　　列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結構來分，主要有以下幾種：　　1．固定管板式換熱器：　　這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產生了很大的溫差應力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。</p&

19、gt;　　為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔?，就應考慮其他結構。　　浮頭式換熱器

20、　　換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫差應力。其缺點為結構復雜，造價高。　　U型管式換熱器<

21、;/b>　　U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結構簡單，質量輕，適用于高溫高壓條件。　　填料函式換熱器

22、　　這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結構比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外漏的可能，殼程中不應處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質。　　§1.3換熱器的設計要求 　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成

23、了系列。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(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 　?。?）結構安全可靠； 　?。?）便于制造、安裝、操作和維修； 　?。?）經(jīng)濟上合理。 　　§1

24、.4 符號說明　　英語字母：希臘字母：　　A——流通面積，m2 α——對流傳熱系數(shù)，W/(m2 ?℃)　　b——厚度，m

25、 δ——相鄰板間間距，m　　cp ——定壓比熱容，kJ/(kg?℃) Δ——有限差值　　d ——管徑，m λ——導熱系數(shù)，W/(m2 ?℃)　　D——換熱器殼徑，m λ——摩擦系數(shù)<

26、;p>　　f——摩擦因數(shù) μ——黏度，Pa·s　　f——溫差校正系數(shù) ρ——密度，㎏／m3　　F——系數(shù) ψ——校正系數(shù)　　g——重力加速度，m/s2&l

27、t;/p>　　h——擋板間距，m　　K——總傳熱系數(shù)，W/(m2 ?℃)　　L——長度，m　　n——指數(shù) 下標　　n——

28、管數(shù) c——冷流體　　n——程數(shù) e——當量　　N——程數(shù) h——熱流體　　Nu——努塞爾特數(shù) i——管內<

29、;p>　　P——壓強，Pa m——平均　　P——因數(shù) o——管外　　Pr——普蘭特數(shù) s——污垢　　q——熱通量，W/m2

30、 s——飽和　　Q——傳熱速率，W w——壁面　　r——半徑，m ——溫度差　　r——汽化熱，kJ/kg　　R——熱阻，m2 ?℃/W

31、　　R——因數(shù)　　Re——雷諾數(shù)　　S——傳熱面積，m2　　t——冷流體溫度，℃　　t——管心距，m　　T——熱流體

32、溫度，℃　　u——流速，m/s　　W——質量流量，㎏/s　　第二章確定設計方案　　§2.1 設計任務　　年處理3.5×105噸煤油的

33、煤油冷卻器　　煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃　　冷卻介質：自來水。入口溫度30℃，出口溫度由經(jīng)濟核算優(yōu)化　　允許壓強降：不大于105 Pa　　每年按330天計算，每天24h連續(xù)運行　　設備最大承受壓力P=2.5MPa<

34、;/p>　　煤油tf 下的物性：ρ=825kg/m3 ，μ=7.15×10-4Pa?s，cp=2.22kJ/kg ?℃， λ=0.14W/m?℃　　§2.2 列管式換熱器形式的選擇 　　由于煤油和自來水兩流體定性溫差大于50℃且不超過70 ℃，根據(jù)各類型列管式換熱器

35、的優(yōu)缺點，故選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。　　§2.3 管殼程的選擇　　宜于通入管內空間的流體　　不清潔的流體。因為在管內空間得到較高的流速并不困難，而流速高，懸浮物不易沉積，且管內空間也便于清洗。　　流量小的流體。因為管內空間的流動截面往往比管外空間截面小，

36、流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做成多程流動。　　有壓力的流體。因為管子承受能力強，而且還簡化了殼體密封的要求。　　腐蝕性強的流體。因為只有管子及管箱才需用耐腐蝕性材料。而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所有造價可以降低。此外，在管內空間裝設保護用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。　　與外界

37、溫差大的流體。因為可以減少熱量的逸散。　　宜于通入管間空間的流體　　當兩流體溫度相差較大時，α值大的流體走管間，這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對伸長，故溫差應力可以降低。　　若兩流體傳熱性能相差較大，α值小的流體走管間。此時可以用翅片管來平衡傳熱面兩側的給熱條件，使之相互接近。&l

38、t;/p>　　由于循環(huán)冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，本次設計應使循環(huán)水走管程，油品走殼程。　　§2.4 流體流速的選擇　　提高流體在換熱器中的流速將增大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增加，所需傳熱面積減少，設備費用降低。但是流速增加，流動阻力將相應加大，使操作費用增加。

39、所以適宜的流速應通過經(jīng)濟核算確定。　　此外，流速還應使換熱器管長或管程適當。因為一方面管子太長，不易清洗，且一般管長都有一定標準。另一方面管程增加，將導致管程流體阻力加大，增加動力費用，同時平均溫差較單程管時減小，降低傳熱效果。　　因此，選用φ25×2.5的碳鋼管，管內流速取ui=1.5m/s。 　　&

40、#167;2.5 流體出口溫度的選擇　　在換熱器設計中，被處理物料的進出口溫度為工藝要求所確定，加熱劑或冷卻劑的進口溫度一般由來源而定，但它的出口溫度應由設計者根據(jù)經(jīng)濟核算來確定。最適宜的冷水出口溫度應根據(jù)操作費用與設備費用的最少來確定。一般來說，設計時所采取的冷卻水兩端溫差不應低于5℃。當冷卻水采用河水時，出口溫度一般不宜超過50℃，以防止管壁結垢增多。

41、;　　因此，初選自來水出口溫度40℃。　　第三章列管式換熱器的結構　　§3.1 管程結構　　管子在管板上的固定　　管子與管板連接方法有兩種：脹接與焊接。在高溫高壓時也常采用脹焊結合的方

42、法　　脹接是利用脹管器使管端發(fā)生塑性變形，管板孔產生彈性變形。取出脹管器后管板孔彈性收縮，管板與管子之間就會產生一定的擠緊壓力，從而達到密封和牢固連接的目的。　　對于高溫高壓流體，多采用焊接法。焊接法比脹管法有更大的優(yōu)越性：管板孔加工要求低，加工簡便；焊接強度高，在高溫高壓下仍能保持連接的緊密性等。　　當流體壓力

43、高、滲透性強，或一側有腐蝕性介質時，要求管子與管板的連接處絕對不漏，可用脹焊結合的方法。　　本次設計管子在管板上的固定采用焊接。　　2、管子的排列　　固定管板式多采用正三角形排列：正三角形排列結構緊湊。浮頭式則以正方形錯列排列居多；正方型排列便于機械清洗。對于多管程換熱器，常

44、采用組合排列方式。每程內都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。　　本次設計選用φ25×2.5的碳鋼管，管子排列為正三角形排列，管心距為32mm　　3、管板　　管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來管板與管子的連

45、接可用脹接和焊接。　　固定管板常采用不可拆連接。兩端管板直接焊在外殼上并兼作法蘭，拆下頂蓋可檢修脹口或清洗管內。浮頭式，U型管式等為使殼體便于清洗，常將管板夾在殼體法蘭和頂蓋法蘭之間構成可拆連接。　　本次設計采用不可拆連接。查得管板厚度為66mm。　　4、封頭和管箱</

46、p>　　封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。　?。?）封頭當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭和螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，一邊卸下封頭，檢查和清洗管子。　?。?）管箱殼徑較大的換熱器大多采用管箱結構。管箱具有一個可拆蓋板，因此在檢修或清洗管子時無須卸下管箱。&

47、lt;p>　?。?）分程隔板當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器，對于多管程換熱器，在管箱內應設分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質流速，增強傳熱。　　§3.2 殼程結構　　1、殼體<p&

48、gt;　　列管式換熱器的殼體基本上呈圓筒形，殼壁上焊有接管。直徑小于400mm通常直接采用鋼管制成；大于400mm時用鋼板卷焊而成。　　在殼程進口接管處常裝有防沖板或稱緩沖板，以防止進口流體直接撞擊管束上面的管排，因為流體的撞擊會侵蝕管子，并引起振動。　　采用導流體裝置不僅能起防沖板作用，而且還可改善兩端的流體分布，提高傳熱效率。導流體不僅用于進口，還可

49、用于出口。大型換熱器在高流速下工作時，導流筒更顯示出其優(yōu)越性。換熱器殼體的內徑應等于或略大于管板直徑。殼體內徑計算式：D=t(nc-1)+2bˊ　　式中 D——殼體內經(jīng)　　t——管中心距，m，脹管法取t=(1.3―1.5)do,焊接法t=1.25do,do為傳熱管外徑　　nc——橫過管束中心線的管數(shù) </

50、p>　　bˊ——管束中心線上最外層管的中心至殼體內壁的距離，一般取bˊ=(1—1.5)do nc可由下式計算：　　管子按正三角形排列時， 　　管子按正方形排列時， 　　式中n——換熱器總管數(shù)。　　2、折流擋板<

51、/b>　　折流擋板的主要作用是引導殼程流體反復的改變方向做錯流流動，以加大殼程流體流速和湍動程度，致使殼程對流傳熱系數(shù)提高。另外，折流擋板還起了支撐管子的作用，防止管束振動和彎曲。折流板的形式有圓缺形，環(huán)盤形和孔流形。　　折流板的間隔，在允許的壓力范圍內希望盡可能小。一般推薦的折流板的間隔最小值為殼內徑的1/5或者不小于50mm，最大值決定于支持管

52、所必要的最大間隔。　　本次設計折流擋板間距為300mm　　3、緩沖板　　在殼程進口接管處常裝有防沖擋板，或稱緩沖板。它可防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。還有的在管束兩端放置導流筒，這不僅起防沖板的作用，還可改善兩端流體的分布

53、，提高傳熱效率。　　4、其他主要附件　　⑴旁通擋板如果殼體和管束間間隙過大，則流體不通過管束而通過這個間隙旁通，故往往采用旁通擋板。　?、萍俟?為減少管程分程所引起的中間穿流的影響，可設置假管。　　⑶拉桿和定距管為了使折流板

54、能牢靠的保持在一定位置上，通常采用拉桿和定距管。　　第四章列管式換熱器的設計計算　　§4.1 第一次假設計算步驟　　確定物性參數(shù)　　根據(jù)已知條件，煤油的定性溫度為=90℃，　　查表

55、得：ρo=525kg/m3,，μo=7.15×10-4Pa·s，cpo=2.22kJ/Kg·℃,λo=0.14W/m·℃　　根據(jù)假設，水的出口溫度為40℃，則水的定性溫度為=35℃，　　查表得：ρi=993.95kg/m3,μi=0.727×10-3Pa·s,cpi=4.174kJ/kg

56、3;℃,λi=0.626W/m·K,Pr=4.865　　選擇φ25×2.5的碳鋼管，則d0=0.025m,di=0.02m,de=0.0225　　2、計算熱負荷Q　　煤油的質量流量qmo==12.2755kg/s

57、　則熱負荷Q==12.2755×2.22×103×100=2.7252×106W　　3、計算平均溫度差　　ΔTm逆===39.0865℃　　，　　其中=10

58、，=0.09091　　解得=0.8299　　故=0.8299×39.0865=32.4379℃　　4、由經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定K估，并計算A估　　取K估=400W/(m2·K)　　則

59、==210.0321m2　　5、確定管程數(shù)NP　　根據(jù)能量衡算計算qmi：　　==65.2899kg/s　　根據(jù)假設的冷卻水流速ui=1.5m/s,以及所選取的管子尺寸φ25×2.5，計算管子數(shù)：&l

60、t;p>　　=139.3925　　==19.1847　　取l=6000mm　　則，故選擇四管程。　　管子總根數(shù)=1

61、39.3925×4=557.6　　查表得換熱管φ25×2.5mm的固定管板式換熱器基本參數(shù)：　　管程數(shù)NP=4，管長l=6000mm，換熱面積256.6m2，公稱直徑DN=0.9m　　計算對流傳熱系數(shù)αo、αi　　αo的計算</

62、b>　　流通截面積：　　殼程流速：　　因為采用正三角形排列，則　　殼程對流傳熱系數(shù)：　　，其中，殼程流體被加熱

63、，取　　解得　　αi的計算　　流通面積：　　管程流速：　　管

64、程對流傳熱系數(shù)：　　7、總傳熱系數(shù)K計　　查表得污垢熱阻，　　由于壁溫導熱系數(shù)接近于對流傳熱系數(shù)較大的一側，即碳鋼在定性溫度35℃時的導熱系數(shù)，查得　　=&

65、lt;/b>　　=411W/(m2·K)　　與估算的總傳熱系數(shù)相差不大，計算有效。　　面積裕量　　面積裕量==25.5%，符合要求。　　壓強降驗算</b

66、>　　管程壓強降　　其中，對于φ25mm×2.5mm的管子，F(xiàn)t=1.4，管程數(shù)Np=4，殼程數(shù)Ns=1　　摩擦因數(shù)　　故

67、　?。?）殼程壓強降　　其中，F(xiàn)s——殼程壓強降的結垢校正系數(shù)，對液體可取1.15　　又，　　其中，F(xiàn)——管子排列方法對壓強降的校正系數(shù)，對管子三角形排列可取0.5　　fo

68、——殼程流體的摩擦因數(shù)，當Re>500時，　　nc——橫過管束中心線的管數(shù)，　　h——折流擋板間距，m，值為0.3m　　D——換熱器殼體內徑，m，值為0.9m　　NB——折流板數(shù)，<

69、;b>　　故 　　允許壓強降均小于105 Pa，符合設計要求。　　§4.2 經(jīng)濟核算　　換熱器優(yōu)化設計的目標函數(shù)表示為　　其中，J—換熱器的總費用，元/a；

70、　　a,b—分別為換熱器的回歸系數(shù)，查得a=334,b=0.73；　　—分別為換熱器的壓力和材質系數(shù)，查得=1.12,=9.5；　　A—換熱器的傳熱面積，㎡;　　—換熱器的年折舊維修率，，；　　—工作時間，h/a；　　—單位質量換

71、熱介質的費用，元/kg，5×10-5；　　—換熱介質的質量流量，kg/s；　　—按單位傳熱面積計的管程功率損失，kW/㎡；　　Ci —管程的單位動力費用，元/(kW·h)，0.5；　　Eo——按單位傳熱面積計的殼程功率損失，kW/㎡；

72、;　　Co—殼程的單位動力費用，元/(kW·h),0.5。　　將目標函數(shù)分作三部分計算：　　第一部分：　　有 ===　　故==

73、;　　第二部分：　　有 WU=　　故==　　第三部分：

74、有EI=，又有　　=,由前面計算有,　　故；　　，又有　　其中 <p&

75、gt;　　x1=1.816,x2=0.193,c1=0.351,c2=0.55,do=0.025,de=0.0202,t=0.032,Zo=0.95　　故　　=2.1462×10-18　　Ei==1.193565×10-2<p

76、>　　=5.7894×10-4　　則　　=（1.193565×10-2+5.7894×10-4）×0.5×330×24×　　=<p&

77、gt;　　故　　=++　　將假設溫度下對應求得的參數(shù)作為常量對冷卻水的出口溫度建立函數(shù)，進行迭代，校核最初假設溫度在誤差允許范圍內是否為最優(yōu)。　　首先，由確定確定溫度的取值范圍，根據(jù)溫度的經(jīng)驗取值，在35℃-45℃之間由確定目標函數(shù)的迭代

78、范圍。　　運行程序如下：　　#include <stdio.h>　　#include <math.h>　　void main ()　　{ double a,b,c,d,

79、e,p,r,t;　　int i;　　for(i=0;i<=100;i++)　　{t=35+0.1*i;　　p=(t-30)/110;　　r=100/(t-30);

80、　　a=sqrt(r*r+1)/(r-1)*log((1-p)/(1-p*r));　　b=2-p-p*r+p*sqrt(r*r+1);　　c=2-p-p*r-p*sqrt(r*r+1);　　d=log(b/c);　　e=a/d;<

81、/b>　　if(e<0.8)break;　　}　　t-=0.1;　　printf("t=%f\n",t);

82、;　　}　　運行結果如下：　　即根據(jù)確定目標函數(shù)的迭代范圍為35℃-41.2℃.　　帶入假定溫度40℃得此溫度下的年總費用為J=131273.4458元。　　再編輯程序迭代選擇溫度，即通過迭代，校核使得目標函數(shù)年總

83、費用最小。　　運行程序如下：　　#include <stdio.h>　　#include <math.h>　　void main ()　　{ double a,b,mi

84、n=131273.4458,j,t;　　int i;　　for(i=0;i<=62;i++)　　{t=35+i*0.1;　　b=log(14-0.1*t)/(130-t);　　j=395

85、946.8103*b+407741.3317*pow(b,0.73)+930758.4/(t-30);　　if(j<min){a=t;min=j;}　　}　　printf("\nt=%f\n",a);<

86、b>　　}　　運行結果如下：　　即優(yōu)化后溫度為41.2℃，冷卻水的出口溫度再次假定為41.2℃.進行第二次校核計算。　　§4.3 第二次假設計算步驟　　計算步驟同§4.1

87、　　1、確定物性參數(shù)　　假設自來水出口溫度為41.2℃　　則水的定性溫度為　　查表得：ρi=993.74kg/m3,μi=0.71812×10-3Pa·s,

88、cpi=4.174kJ/kg·℃,　　λi=0.62696W/m·K,Pr=4.7984　　2、計算平均溫度差　　==58.295kg/s　　ΔTm逆===38.769℃&

89、lt;b>　　=0.80272　　=0.80272×38.769=32.121℃　　3、計算A估　　==212.104m2　　4、確定管程數(shù)NP</p&g

90、t;　　根據(jù)假設的冷卻水流速ui=1.5m/s,以及所選取的管子尺寸φ25×2.5，計算管子數(shù)：　　=124.549　　==21.694m　　取l=6000mm<

91、/p>　　則，故選擇四管程。　　管子總根數(shù)=124.549×4=498.196　　查表仍選擇：管程數(shù)NP=4，管長l=6000mm，換熱面積256.6m2，公稱直徑DN=0.9m　　5、計算對流傳熱系數(shù)αi<

92、p>　　殼程對流傳熱系數(shù)：αo=630.25W/(m2·K)　　αi的計算：　　管程對流傳熱系數(shù)：　　6、總傳熱系數(shù)K計

93、查表得污垢熱阻，　　由于壁溫導熱系數(shù)接近于對流傳熱系數(shù)較大的一側，即碳鋼在定性溫度35℃時的導熱系數(shù)，查得　　=　　=411.506W/(m2·K)　　7、面積裕量

94、　　面積裕量==20.173%　　壓強降驗算　?。?）管程壓強降　　其中，對于φ25mm×2.5mm的管子，F(xiàn)t=1.4，管程數(shù)Np=4，殼程數(shù)Ns=1<p

95、>　　摩擦因數(shù)　　故　?。?）殼程壓強降　　其中，F(xiàn)s——殼程壓強降的結垢校正系數(shù)，對液體可取1.15　　又，&

96、lt;/p>　　其中，F(xiàn)——管子排列方法對壓強降的校正系數(shù)，對管子三角形排列可取0.5　　fo——殼程流體的摩擦因數(shù)，當Re>500時，　　nc——橫過管束中心線的管數(shù)，　　h——折流擋板間距，m，值為0.3m　　D——換熱器殼體內徑，m

97、，值為0.9m　　NB——折流板數(shù)，　　故 　　允許壓強降均小于105 Pa，符合設計要求。　　§4.4 二次經(jīng)濟核算

98、第一部分：　　Rdw=㎡·℃/W　　故=　　第二部分：　　==&l

99、t;p>　　第三部分：　　有EI=，又有　　由前面計算有,　　故；　　，&l

100、t;/p>　　中各值均不改變，故　　=5.7894×10-4　　Ei==1.1923×10-2　　則=（1.1923×10-2+5.7894×10-4）×0.5×330×24&#

101、215;　　=　　故　　=++　　則在41.2℃溫度下的年總費用計算得113135.35　　將所得各參數(shù)帶入改進后編

102、輯程序，再次優(yōu)化。　　#include <stdio.h>　　#include <math.h>　　void main ()　　{ double a,b,c,e,f,min=113135.35,j,t,shu,she,dia;

103、　　int i;　　for(i=0;i<=62;i++)　　{t=35+i*0.1;　　b=log(14-0.1*t)/(130-t);　　c=40979.434*b;

104、;　　e=418420*pow(b,0.73);　　f=930758.4/(t-30);　　j=c+e+f;　　if(j<min){a=t;min=j;dia=c;shu=f;she=e;}　　}</b&

105、gt;　　printf("\nt=%f,min=%f,shu=%f,she=%f,dia=%f\n",a,min,shu,she,dia);　　}　　運行結果如下：　　到此可以

106、確定，最優(yōu)溫度為41.2℃，在此溫度下的年總費用J=113135.346023元　　列管式換熱器結構部件的選取及校核　　§5.1 筒體壁厚的確定及強度校核　　筒體材料為1Cr18Ni9Ti　　㎜，&l

107、t;p>　　取C1=0.8㎜，C2=1㎜，由厚度規(guī)格圓整到14㎜，即㎜。則厚度圓整值=1.79㎜.　　故有效厚度㎜　　水壓試驗 　　氣壓試驗 　　所

108、以確定筒體厚度滿足強度要求。　　§5.2 換熱器結構的基本參數(shù)　　換熱管具體排列如下圖所示：　　§5.3其他部件的選擇　　接管　　由冷熱流體進出接管的直徑得</p&g

109、t;　　對于循環(huán)冷卻水，經(jīng)圓整采用的熱軋無縫鋼管。則實際冷卻水的流速　　對于熱煤油，經(jīng)圓整采用的　　熱軋無縫鋼管。則實際煤油流速　?。ㄔ谡`差允許范圍內可取，換熱計算中仍采用原數(shù)據(jù)計算）　　封頭

110、　　管箱采用標準橢圓封頭與筒體短節(jié)焊接的組合體，及分程擋板　　分程擋板厚度10mm,分程形式如下所示（隔板兩側管心距c=44mm)：　　其中標準橢圓封頭EHA的內徑，厚度，查標準有直邊高度h=40mm.筒體短節(jié)取其長度L=700mm(保證焊縫距離）　　由校核其厚度滿足要求。

111、;　　筒體短節(jié)的長度L=700mm，厚度取14mm.　　如圖示封頭形式：　　h1=b=225㎜,h=40㎜,a=450㎜,H=265㎜,Di=900㎜,　　14㎜.<b

112、>　　3.法蘭　　管板厚度h=66mm,兼做法蘭，其尺寸要求與容器法蘭對應。　　容器法蘭由JB/T 4703-2000選擇為長頸對焊法蘭，且密封面為榫槽密封面。各尺寸及標準如下：　　其中　　D=1095mm,

113、D1=1040mm,D2=998mm,D3=988mm,D4=985mm,60,H=145mm,h=42mm,a=21mm,a1=18mm,20mm.32mm,R=15mm,d=30mm.配套螺栓螺母規(guī)格為M27，數(shù)量32.　　其他根據(jù)容器要求按照標準選取膨脹節(jié)及支座等部件。　　第六章總結

114、　　§6.1設計評價　　本次課程設計是根據(jù)生產年處理冷卻3.5×105噸煤油設計換熱器將煤油冷卻。通過計算試差校核最終確定選用固定管板式式列管換熱器，采用一殼程四管程的換熱方式。共用換熱管554根，采用正三角形排列方式，換熱面積為256.6m2；筒體內徑900mm.經(jīng)過壓力容器要求及安全、溫度要求確定管板厚度，法蘭和其

115、他部件及焊接形式。　　此次化工原理課程設計過程歷時三個星期，在設計過程中不斷優(yōu)化，往復計算，過程比較繁瑣。　　確定冷熱流體的管殼程分布→假定冷卻水出口溫度（保證），得出相應定性溫度下各物性值→計算熱負荷Q→確定總傳熱系數(shù)：假定流速及總傳熱系數(shù)計算換熱面積進行優(yōu)化校正，計算實際傳熱系數(shù)及換熱面積，進行換熱器管殼程的選型→校核傳熱系數(shù)及傳熱面積，使得面積裕量

116、為10%-25%→經(jīng)濟核算：通過假定溫度下的參數(shù)計算及經(jīng)濟計算通過程序優(yōu)化算得最優(yōu)溫度及最少費用→由容器要求進行部件的選擇及尺寸的確定。　　這次課程設計涉及多門課程的知識運用，由化工原理延伸開來，運用機械、制圖、編程、數(shù)學等多學科交合最終確定換熱器的各參數(shù)。一部分數(shù)據(jù)采取經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及迭代估計計算使得結果存在一定的誤差，但盡量使得結果達到最優(yōu)。設計過程中對計算機運用能力的要求及大量資料的查閱，使得

117、整個設計過程進度比較緩慢。但同時確實鍛煉了我們的學習能力以及對所學知識的融合。　　整個過程的進行比較順利，我們組成員即分工又合作，最終較順利地完成了設計任務。這次專業(yè)課的課程設計給我們提供了很好的鍛煉機會，從最開始的點到后來的面，我們真正做到了知識的融合與全面統(tǒng)籌綜合考慮。全面鞏固了我們的專業(yè)課知識，并且在挫折與曲折中前進了很多，成長了很多，這是一筆豐富的知識財富!<

118、;p>　　§6.2 心得體會　　化工原理課程設計是一門綜合性較強的課程，是對化工原理、化工機械基礎、化工制圖、化工熱力學等一系列知識的綜合利用；是對計算機軟件和編程的實際運用；是對化工生產設計及流程的理解。　　俗話說，萬事開頭難。首先，關于換熱器的參考資料是必備的，一天之內，圖書館里跟本次課程設計有

119、關的資料已被洗劫一空。本以為有了“武器”在手，設計應該會得心應手才對?？墒墙?jīng)過老師初步的講解，我們對于列管式換熱器的設計還是懵懵懂懂，不知道應該從何下手。第一周的任務就是要通過經(jīng)濟核算確定最佳出口溫度。由于我們并沒有意識到最佳出口溫度要通過編程來確定，所以第一周的時間幾乎都浪費在大篇大篇的計算上，直到周末才系統(tǒng)的編出了程序，從而求出了最佳出口溫度。　　第二周的主要任務就是在最佳溫度的基礎上，確定

120、換熱器的選型以及各個部件的構造等。由于第一周進度的滯后，嚴重導致這一周時間的緊迫。且換熱器的選型也是一項復雜龐大的工作，經(jīng)過我們小組三人反復的摸索與實踐，最終終于確定了所需的換熱器的基本型號等。　　最后一周的重任就是繪制流程圖與裝配圖了。這對于我們這些AutoCAD的初學者來說，這又是難上加難啊?？墒墙?jīng)過了前兩周的艱辛努力，我們相信所有的困難都會迎刃而解的。在繪制裝配圖的過程中，我們這才意識到了

121、之前工作的漏洞。在選擇換熱器的過程中忽略了許多細節(jié)問題，包括法蘭、螺栓螺母的選擇等。記錄也做的不是很完善，導致最后在繪制裝配圖表格時質量、材料等還需要重新查找。在圖紙大體完成后，還有許多零碎的細節(jié)問題需要我們一一完善，把很多的問題都拖到了最后。　　回憶起這三周的課程設計，時而緊張嚴肅，時而輕松搞笑。不管怎樣，換熱器的相關知識我們確實已經(jīng)深入的掌握了。只有真正參與到此設計過程，才能減少陌生感與抽象

122、感，對化工生產流程與設備也有了真真切切的了解。除此之外，本次課程設計也大大的增強了我們的團隊配合能力，不僅僅限于我們三人的小組之間，也體現(xiàn)了組與組之間的團結協(xié)作能力。我們每人都充分分配好各自的時間，認真完成各自的任務，做到分配合作的有序性，合理利用好課程設計的時間，盡量到教室完成任務，可以與大家共同討論、共同進步。當然，我們組最后順利完成了化工原理課程設計的任務，這既離不開大家的共同努力，也離不開何老師的辛勤指導，最后預祝我們組能取得圓

123、滿的成績。　　【參考文獻】　　1.《儀表常用數(shù)據(jù)手冊第二版》王森紀綱編.北京：化學工業(yè)出版社，2006.8；　　2.《化工設備機械基礎第二版》湯善甫朱思明主編.上海：華東理工大學出版社，2004,12；　　3.《化工設備設

124、計手冊上卷》朱有庭曲文海于溥義主編.北京：化學工業(yè)出版社，2005.6；　　4.《化工原理（第二版）》崔鵬魏鳳玉主編. 合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2003.9；　　5.《化工單元過程及設備課程設計第二版》匡國柱史啟才主編.北京：化學工業(yè)出版社，2008.2；　　6.《化工制圖Auto CAD實戰(zhàn)教

125、程與開發(fā)》方利國董新法編著.北京：化學工業(yè)出版社，2005.1；　　7.《換熱器》董其伍張垚等編.北京：化學工業(yè)出版社，2009,1；　　8.《常用化工單元設備設計第二版》李功樣陳蘭英崔英德編. 廣州：華南理工大學出版社2009,8；　　9.《化工原理課程設計》馬江權冷一欣主編.北京：中國石化出

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