化工原理課程設計-模板

1、重慶交通大學?；栈ぴ碚n程設計報告年級專業(yè)學院設 計 者設計單位完成日期自動生成目錄分隔符概述一、換熱器設計任務書1.1 設計題目列管式換熱器的工藝設計1.1.1 設計課題工程背景1.1.2 設計目的通過對煤油產品冷卻的列管式換熱器設計，達到讓學生了解該換熱器的結構特點，并能根據工藝要求選擇適當的類型，同時還能根據傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。1.1.3 設計內容（ 1）完成列管式換熱器的工藝設計計算（ 2）完成輔助設備的工藝計算及選型（ 3）用 CAD 繪制工藝流程圖及換熱器工藝條件圖各一張（ 4）編寫設計說明書1.2 設計任務及操作條件1.

2、2.1 處理能力(1.6，2.0，2.4，2.6) 104 噸/年煤油1.2.2 設備型式列管式換熱器1.2.3 操作條件煤油：入口溫度：待定（140、120、100），出口溫度：待定 冷卻介質：自來水，入口溫度：待定，出口溫度：待定0允許壓強降：不大于105Pa每年按 330 天計，每天 24 小時連續(xù)運行處理能力熱物料（ ）冷卻水（ ）學號姓名備注104 噸 /年入口溫度出口溫度入口溫度出口溫度1曉燕2.013035254610300102馬妞2.412040285010300103李榕榕2.611035304610300104張金煥1.613040

3、255010300105夏小鳳2.012030204210300106朱春霞2.411040305010300107周興103001082.6140302042王平石10300109鐘1.6120352546卿103001102.0110302042陳國光103001112.4140352446鄧梓陽10300112譚2.6130402650俊103001131.6110352546張泳攀103001142.0140402450陳春伍103001162.4130302042馬學士10300117李2.6120402850峻103001181.6110302042佘興金103001192.013

4、0352546劉仕琪103001202.4120302042閆宇10300121粱2.6110352446云10300122劉1.6140402850攀10300123趙2.0120352546明103001252.4110402450張君陶103001272.6140302042廖泗103001291.6130403050劉逸洋103001312.0110302042張文陽103002012.4140352546歐恒秀103002022.6130302042楊歡103002031.6120352446楊曉麗10300205龍2.0140402650鳳10300206段2.4130352546

5、梅103002072.6120403050文永林103002081.6110302042趙峰祥103002102.0130402850馮永斌10300211楊2.4120302042鵬103002122.6110352446黃和彬10300214黃1.6140302042俊103002152.0120352046任廣有103002162.4110402450朱建偉103002172.6140352546周書洋103002181.6130403050杜金鵬103002192.0110302042張啟東10300220陳2.4140402650慶10300221李2.6130302042星1030

6、02231.6120352446楊敏超103002252.0110302042譚言剛103002262.4130352546向毅103002272.6120403050趙國銀10300228龍1.6110352546君2.014040285010300229喻專2力力1.2.4 設計項目設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結構尺寸設計。主要輔助設備選型。繪制換熱器總裝配圖。1.3 設計說明書的內容1.3.1 說明書結構（ 1）目錄；（ 2）設計題目及原始數據 (任務書 )；（ 3）論

7、述換熱器總體結構 (換熱器型式、主要結構 )的選擇；（ 4）換熱器加熱過程有關計算 (物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等 )；（ 5）設計結果概要 (主要設備尺寸、衡算結果等 )；（6）主體設備設計計算及說明；（ 7）主要零件的強度計算（選做）；（ 8）附屬設備的選擇（選做）；（ 9）參考文獻；（ 10）后記及其它。1.3.2 設計圖要求用 594841 圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一俯視圖，一剖面圖，兩個局部放大圖。1.3.3 設計思考題（ 1）設計列管式換熱器時，通常都應選用標準型號的換熱器，為什么？（ 2）為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？（ 3）在列管式換熱器中，

8、殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數的計算方法有何不同？（ 4）說明列管式換熱器的選型計算步驟？（ 5）在換熱過程中，冷卻劑的進出口溫度是按什么原則確定的？（ 6）說明常用換熱管的標準規(guī)格（批管徑和管長）。（ 7）列管式換熱器中，兩流體的流動方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點？1.3.4 部分設計問題指導（1）列管式換熱器基本型式的選擇（ 2）冷卻劑的進出口溫度的確定原則（ 3）流體流向的選擇（ 4）流體流速的選擇（ 5）管子的規(guī)格及排列方法（ 6）管程數和殼程數的確定（ 7）擋板的型式二、換熱器介紹2.1 管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標準換熱設備，它具有結構簡單，堅固

9、耐用，造價低廉，用材廣泛，清洗方便，適應性強等優(yōu)點，應用最為廣泛。管殼式換熱器根據結構特點分為以下幾種：固定管板式換熱器固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，這類換熱器結構簡單，價格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于 50且殼方流體較清潔及不易結垢的物料。帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應力，這種補償方法適用于兩流體溫差小于 70且殼方流體壓強不高于 600Kpa 的情況。浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料

10、的換熱，應用極為普遍，但結構復雜，造價高。填料涵式換熱器填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，與浮頭式換熱器相比，結構簡單，造價低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。2.2 蛇管式換熱器蛇管式換熱器是管式換熱器中結構最簡單，操作最方便的一種換熱設備，通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。2.3 套管式換熱器套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內管用 U型時管順次連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點是結構簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據需要增減，適當地選擇管內、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動，有利于傳熱。此換熱器適用

11、于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。2.4 換熱器材質的選擇在進行換熱器設計時，換熱器各種零、部件的材料，應根據設備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經濟合理性。一般為了滿足設備的操作壓力和操作溫度，即從設備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結構有著密切關系。一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。（1）碳鋼價格低，強度較高，對堿性介質的化學腐蝕比較穩(wěn)定，

12、很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應用是合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為 10 號和 20 號碳鋼。（2）不銹鋼奧氏體系不銹鋼以 1Crl8Ni9Ti 為代表，它是標準的 18-8 奧氏體不銹鋼， 有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。正三角形排列結構緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結構更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。（2）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。管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將

13、管子擴脹，產生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力不超過4 MPa ，設計溫度不超過 350的場合。（ 3）封頭和管箱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或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。管箱 換熱器管內流體進出口的空間稱為管箱 ,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結構。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結構應便于裝拆。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

14、管束分為順次串接的若干組，各組管子數目大致相等。這樣可提高介質流速， 增強傳熱。管程多者可達 16 程，常用的有 2、4、6 程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。2.5 管板式換熱器的優(yōu)點(1) 換熱效率高 ,熱損失小在最好的工況條件下 , 換熱系數可以達到 6000W/ m2K, 在一般的工況條件下 , 換熱系數也可以在 30004000 W/ m2K 左右 ,是管殼式換熱器的3 5 倍。設備本身不存在旁路 ,所有通過設備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流 ,進行充分的換熱。完成同一項換熱過程,板式換熱器的換熱面積僅為管

15、殼式的 1/31/4。(2) 占地面積小重量輕除設備本身體積外 , 不需要預留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為 0. 60. 8mm 。同樣的換熱效果 , 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3) 污垢系數低流體在板片間劇烈翻騰形成湍流,優(yōu)秀的板片設計避免了死區(qū)的存在, 使得雜質不易在通道中沉積堵塞 ,保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當檢修、清洗時 ,僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進行沖刷清洗。(5) 產品適用面廣設備最高耐溫可達180,耐壓 2.0MPa,特別適應各種工藝過程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元

16、設備食品消毒等方面 , 在低品位熱能回收方面 , 具有明顯的經濟效益。各類材料的換熱板片也可適應工況對腐蝕性的要求。當然板式換熱器也存在一定的缺點,比如工作壓力和工作溫度不是很高, 限制了其在較為復雜工況中的使用。同時由于板片通道較小 ,也不適宜用于雜質較多 ,顆粒較大的介質。2.6 列管式換熱器的結構介質流經傳熱管內的通道部分稱為管程。換熱管布置和排列間距常用換熱管規(guī)格有192mm、252mm(1Crl8Ni9Ti) 、252.5mm(碳鋼 10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換

17、熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。（A）（B）（C）（D）（E）圖 1-4 換熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列（ B）正方形錯列(C) 三角形直列（D）三角形錯列（ E）同心圓排列正三角形排列結構緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結構更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。（2）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。管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產生顯著的塑性變形，靠管子與管

18、板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力不超過 4 MPa ，設計溫度不超過 350的場合。（ 3）封頭和管箱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或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。管箱 換熱器管內流體進出口的空間稱為管箱 ,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結構。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結構應便于裝拆。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，各組管子數目

19、大致相等。這樣可提高介質流速，增強傳熱。管程多者可達 16 程，常用的有 2、4、6 程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。2.7 管板式換熱器的類型及工作原理板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式;按照密封墊可以分為粘結式和搭扣式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求 ,在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結式還是搭扣式密封墊而有所不同 , 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕, 并且設備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器 , 可以達到 250 、2. 5MPa 。因此同樣是板式換熱器 , 因其形式的多樣性 ,可以應用于較為廣泛的領域 ,在大多數熱交換工藝過程都可以使用。雖然板式換熱器有多種形式 , 但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力