化工原理課程設(shè)計(jì)換熱器冷卻水循環(huán)器的設(shè)計(jì)(共26頁(yè))

1、PAGE PAGE 27化工(hugng)原理課程設(shè)計(jì) 循環(huán)水冷卻器的設(shè)計(jì)(shj)學(xué) 院 ：化學(xué)(huxu)與化學(xué)工程學(xué)院班 級(jí) ：化工103姓 名 ：李靜輝學(xué) 號(hào) ：2010012003 目錄(ml) HYPERLINK l _top 設(shè)計(jì)(shj)目錄 1 HYPERLINK l _設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)書(shū) 一 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 4二 概述 5 HYPERLINK l _二 計(jì)算物性參數(shù) 三 物性參數(shù)的確定 7 HYPERLINK l _三 設(shè)計(jì)方案的確立 四 設(shè)計(jì)方案的確定 8 HYPERLINK l _ 固定管板式換熱器 1選擇換熱器的類型 8 HYPERLINK l _ 2.流程安排: 2流

2、程安排 8 HYPERLINK l _四估算傳熱面積 五 估算傳熱面積 9 HYPERLINK l _1.換熱器的熱負(fù)荷： 1換熱器的熱負(fù)荷 9 HYPERLINK l _2.平均傳熱溫差（對(duì)流傳熱）： 2平均傳熱溫差 9 HYPERLINK l _3.傳熱面積： 3傳熱面積 9 HYPERLINK l _3.傳熱面積： 4冷卻水用量 10 HYPERLINK l _五. 工程結(jié)構(gòu)尺寸 六 工程結(jié)構(gòu)尺寸 10 HYPERLINK l _管徑和管程流速： 1管徑和管內(nèi)的流速 10 HYPERLINK l _2.管程數(shù)和傳熱管數(shù) 2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 10 HYPERLINK l _3.平均傳熱溫差

3、校正及殼程數(shù) 3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 10 HYPERLINK l _4.傳熱管排列和分程方法 4傳熱管排列和分程方法 11 HYPERLINK l _5.殼體內(nèi)徑 5管體內(nèi)徑 11 HYPERLINK l _6.折流板 6折流板 12 HYPERLINK l _7.附件：選取拉桿直徑(zhjng)為12mm，拉桿數(shù)量為4根，殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 7其它(qt)附件 12 HYPERLINK l _8.接管(jigun) 8接管 12 HYPERLINK l _六. 換熱器的核算 七 換熱器的核算 12 HYPERLINK l _1.傳熱能力核算 1傳熱能力的核算 12 （1）殼程傳熱

4、膜系數(shù) 12 （2）管程傳熱膜系數(shù) 13 （3） 污垢熱阻和管壁熱阻 14 （4）總傳熱系數(shù)K 14 （5）傳熱面積裕度 15 HYPERLINK l _2換熱器內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)阻力 2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 15 校核 = 1 * GB3 管程流體的阻力 15 = 2 * GB3 殼程流體的阻力 16 HYPERLINK l _七.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 八 換熱器的主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 17 HYPERLINK l _八.設(shè)備參數(shù)計(jì)算 九 設(shè)備參數(shù)的計(jì)算 18 HYPERLINK l _1. 殼體壁厚 1殼體壁厚 18 HYPERLINK l _ 2. 接管法蘭 2接管法蘭 1

5、8 HYPERLINK l _ 3.設(shè)備法蘭 3設(shè)備法蘭 18 HYPERLINK l _ 4.封頭管箱 4封頭管箱 18 HYPERLINK l _ 5.設(shè)備法蘭墊片（橡膠石棉板） 5設(shè)備法蘭用墊片 19 HYPERLINK l _ 6.管法蘭用墊片 6管法蘭用墊片 19 HYPERLINK l _ 7. 管板 7 管板 19 HYPERLINK l _ 8. 支墊（鞍式支座(zh zu)） 8 支墊 19 HYPERLINK l _9.設(shè)備(shbi)參數(shù)總表 9設(shè)備(shbi)參數(shù)總表 20 HYPERLINK l _九.參考文獻(xiàn) 十 參考文獻(xiàn) 21 HYPERLINK l _十. 學(xué)習(xí)

6、體會(huì)與收獲 十一 學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲 21 HYPERLINK l _十一.重要符號(hào)說(shuō)明 十二 重要符號(hào)說(shuō)明 22 設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)書(shū)化工(hugng)原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)：化學(xué)工程(hu xu n chn)與工藝專業(yè)班級(jí)：化工103班姓名：李靜輝設(shè)計(jì)日期：2013-6-08至2013-6-21設(shè)計(jì)題目：循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件： 1設(shè)備處理量70T/h。 2循環(huán)水：入口溫度55，出口溫度40。 3冷卻水：入口溫度20，出口溫度30 4常壓冷卻，熱損失5%。 5兩側(cè)污垢熱阻0.00017 /。 6. 初設(shè)K=900 /設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)滿足以上條件的換熱器并寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2根據(jù)所選換熱器畫(huà)出設(shè)備

7、裝配圖。 指導(dǎo)(zhdo)教師：朱憲榮 2013年6月18日二、概述(i sh)傳熱過(guò)程是化工(hugng)生產(chǎn)過(guò)程中存在的極其普遍的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的換熱設(shè)備卻種類繁多，形式多樣。按換熱設(shè)備的傳熱方式劃分主要有直接接觸式、蓄熱式和間壁式三類。雖然直接接觸式和蓄熱式換熱設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易等特點(diǎn)，但由于在換熱過(guò)程中，有高溫流體和低溫流體相互混合或部分混合，使在應(yīng)用上受到限制。因此工業(yè)上所有的換熱設(shè)備工業(yè)上所有的換熱設(shè)備以間壁式換熱器居多。管式換熱器的類型也是多種多樣的，從其結(jié)夠上大致可分為管式換熱器和板式換熱器。管式換熱器主要包括蛇管、套管和列管式換熱器；板式換熱器主要包括板式、螺旋板

8、式、板殼式換熱器。不同類型的換熱器各有自己的優(yōu)點(diǎn)和使用條件。1、固定管板式固定管板式換熱器是用焊接的方式將連接管束的管板固定在殼體兩端。主要特點(diǎn)是制造方便，緊湊，造價(jià)較低。但由于管板和殼體間的結(jié)構(gòu)原因，使得管外側(cè)不能進(jìn)行機(jī)械清洗。另外當(dāng)管壁溫與殼體壁溫之差較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。嚴(yán)重時(shí)會(huì)毀壞換熱器。由此可知，固定管板式換熱器使用(shyng)與殼程流體清潔，不易結(jié)垢?；蛘吖芡鈧?cè)污垢能用化學(xué)處理方法去掉的場(chǎng)合，同時(shí)要求殼體壁溫與管子壁溫之差不能太大，一般情況下，該溫差不得大于50。若超過(guò)(chogu)此值，應(yīng)加溫度補(bǔ)償裝置。通常是在殼體上加一膨脹節(jié)。2、浮頭(f tu)式換熱器浮頭式換熱器

9、是用法蘭把管束一端的管板固定到殼體上，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由伸縮，并子這端管板上加一頂蓋成為“浮頭”。這類換熱器的主要特點(diǎn)是管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束可以在殼體內(nèi)自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。但這種換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)高，制造安裝要求高。由以上特點(diǎn)可以看出浮頭式換熱器的應(yīng)用范圍很廣，能在較高的壓力下工作，使用于殼體壁溫與管壁溫之差較大，或殼程流體易結(jié)垢的場(chǎng)合。3、U型管式換熱器這類換熱器的管束是由彎曲成U型的傳熱管組成。其特點(diǎn)是，管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比浮頭式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子較少，另外由于管束中心一帶存在間隙，且各排管子

10、回彎曲率不同，長(zhǎng)度不同，故物料分布不夠均勻，影響傳熱效果。U型管式換熱器適用于殼程流體易結(jié)垢，或是殼體壁溫與管壁溫之差較大的場(chǎng)合，但要求(yoqi)管程流體應(yīng)較為清潔，不易結(jié)垢。4、填料函式換熱器這類換熱器具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，制造方便，易于檢修清洗 。對(duì)于一些腐蝕嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換管束的場(chǎng)合常采用這種換熱器。但這種換熱器密封性能差，故殼程不宜處理易燃、易爆或有毒的氣體。同時(shí)要求殼程流體的壓力不宜過(guò)高。目前所適用的填料函式換熱器的直徑(zhjng)一般在7000mm一下，很少采用大直徑的填料函式換熱器三、計(jì)算(j sun)物性參數(shù)1、確定物性參數(shù)

11、對(duì)于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故：（1）循環(huán)水的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，查取有關(guān)物性參數(shù)如下： 密度：h = 989.1 kg / m3 定壓比熱容：Cph=4.714 KJ/(kg) 導(dǎo)熱系數(shù)：h=0.6443 w/(m) 粘度：h=0.573410-3 Pas（2）冷卻水的定性(dng xng)溫度為： 根據(jù)(gnj)定性溫度，查取有關(guān)(yugun)物性參數(shù)如下： 密度：c= 997.0 kg / m3定壓比熱容：Cpc=4.179 KJ/(kg) 導(dǎo)熱系數(shù)：c=0.6083 w/(m) 粘度：c=0.893710-3 Pas四、設(shè)計(jì)方案的確立1. 選擇換熱

12、器類型熱流體循環(huán)水的進(jìn)口溫度為55，出口溫度為40。冷流體冷卻水的進(jìn)口溫度為20，出口溫度為30。由以上數(shù)據(jù)可知?dú)んw壁溫與管子壁溫之差小于50，且冷卻過(guò)程為常壓冷卻，因此可以選用固定管板式換熱器。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，由于這種結(jié)構(gòu)使殼側(cè)清洗困難，所以殼程易用于不易結(jié)垢和清潔的流體。固定(gdng)管板式換熱器2. 流程(lichng)安排: 由于是常溫冷卻，并且循環(huán)水相對(duì)比較潔凈，所以選擇(xunz)循環(huán)水走管間,冷卻水走管內(nèi)，既有利于冷卻水冷卻效率，也可借助于外界溫度加速循環(huán)水冷卻。五、估算傳熱面積1、

13、熱負(fù)荷 2、平均傳熱溫差選用逆流操作：循環(huán)水： 冷卻水： 因?yàn)?yn wi) ；故 3、傳熱(chun r)面積因?yàn)?yn wi)初設(shè)K=900 /,則估算的傳熱面積為:根據(jù)前述提供的經(jīng)驗(yàn)范圍，取實(shí)際傳熱面積為估算值的1.15倍，則實(shí)際傳熱面積為：4、冷卻水用量六、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、管徑和管內(nèi)流速選用25mm2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速ui=1.3m/s.2、管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：按單程管計(jì)算，所需的傳熱管總長(zhǎng)度為按單程管設(shè)計(jì)(shj)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱(chun r)管長(zhǎng)，則該換熱管管(un un)程數(shù)為：傳熱管總根數(shù)：682=13

14、6（根）。3、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù): 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖表得：則平均傳熱溫差：由于，且殼程流體流量較大，故取單殼程 4、傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,則隔板中心到離其最近一排管中心距離為：各程相鄰(xin ln)管的管心距為222=44（mm）。通過(guò)(tnggu)管束中心線的管數(shù)為取整nc=14（根）5、殼體內(nèi)徑(ni jn)采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為：故可取。6、折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為折流板間距h： 故折

15、流板間距可取。折流板數(shù)NB為7、其它附件因?yàn)闅んw直徑為600mm，查表可知拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量不得少于4個(gè)，課程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板。8、接管殼程流體(lit)進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流體(lit)u1=2m/s,則接管(jigun)內(nèi)徑為：d1=4Vu1=41000003.142996.93600=0.133 m管程流體進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流體u2=2m/s，則接管內(nèi)徑為：d2=4Vu2=4700003.142989.13600=0.112 m所以取標(biāo)準(zhǔn)管：殼程接管規(guī)格：127mm4.5mm；管程接管規(guī)格：146mm4.5mm。七、換熱器核算1、傳熱能力核算（1）殼程流體傳熱膜系數(shù) 用

16、克恩法計(jì)算，依據(jù)當(dāng)量直徑為：殼程流體截面積為：殼程流體流速為：雷諾數(shù)為普蘭特準(zhǔn)數(shù)為黏度(nind)校正 綜上可得：（2）管內(nèi)傳熱(chun r)膜系數(shù)管程流體(lit)流通截面積為管程流體流速為雷諾數(shù)為普蘭特?cái)?shù)為綜上可得（3）污垢(wgu)熱阻和管壁熱阻Rsi=0.00017(m2)/w；Rs0=0.00017(m2)/w，因碳鋼在該條件下的導(dǎo)熱(dor)系數(shù)為50),故(m2)/w（4）總傳熱系數(shù) 由上述(shngsh)結(jié)果可知，因?yàn)?.151.241.25,所以此換熱器合適。（5）傳熱面積裕度所需要的換熱面積為：該換熱器實(shí)際傳熱(chun r)面積為：則該換熱器的面積(min j)裕度為：

17、因?yàn)?yn wi)15%17.7%25%，所以該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。由于，故不需要考慮溫度補(bǔ)償。2、換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 = 1 * GB3 管程流體阻力Ft=1.4，Ns=1，Np=2當(dāng)Re=28938時(shí)，由柏拉修斯公式得： 則： 故：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。 = 2 * GB3 殼程流體阻力Fs=1.15, Ns=1。流體流經(jīng)管束的阻力(zl)損失為： 式中: F=0.5;NB=29，uo=0.747m/s ; 故 流體流過(guò)折流板缺口阻力(zl)損失： 式中：B=0.2m,Di=0.5m故 總阻力(zl)損失為：殼程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。八、換熱器主要(zhyo)結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算

18、結(jié)果表計(jì)算結(jié)果表管程殼程質(zhì)量流速Kg/h99641.170000溫度進(jìn)/出20/3055/40物性定性溫度2547.5密度Kg/m3997.0989.1比熱容KJ/Kg4.1794.174粘度mPaS0.89370.5734導(dǎo)熱系數(shù)W/m0.60830.6443普蘭特?cái)?shù)6.143.715設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型號(hào)固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑mm600殼程數(shù)1管徑mm252.5管心距mm32管長(zhǎng)mm6000管子排列方式正三角形管根數(shù)（根）136折流擋板數(shù)29傳熱面積57.46折流板距mm200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速m/s1.2970.747傳熱膜系數(shù)W/.53614504.0污垢熱阻 /W0

19、.000170.00017阻力損失/kw0.00240.057熱負(fù)荷Kw1156.5傳熱溫差21.2傳熱系數(shù)W/m2 1119.5裕度/%17.7九、設(shè)備(shbi)參數(shù)的計(jì)算1. 殼體壁厚其中(qzhng)：鋼板在不考慮(kol)加工裕量時(shí)的厚度，mm； 計(jì)算(j sun)厚度，mm； 鋼板負(fù)偏差，mm； 腐蝕裕量，mm； 圓整值。式中 ，為設(shè)計(jì)厚度，可用下式計(jì)算其中：設(shè)計(jì)壓力，取 殼體內(nèi)徑，mm 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力， 焊縫系數(shù)依據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（華東理工大學(xué)出版社）表14-3，鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力可得，依表14-4焊縫系數(shù)可得，依表14-6腐蝕裕量的依化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（

20、華東理工大學(xué)出版社）表14-5，鋼板厚度常用規(guī)格及其負(fù)偏差得故可根據(jù)JB/708-65 選用厚度為10mm的鋼板材質(zhì).2. 接管(jigun)法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDD1D2fbd重量（kg）數(shù)量直徑KH1251334235200178310181.988M16561501594.5260225202312182.628M16563.設(shè)備(shbi)法蘭DgDDDDDbaad規(guī)格數(shù)量法蘭重量60073069065564564340151323M202835.1 4.封頭管箱 封頭：以外徑為公稱(gngchng)直徑的橢圓形封頭公稱直徑Dg曲面高度h1直邊高度h2內(nèi)表面積F（m2）容

21、積v（m3）600150400.4640.396 5.設(shè)備法蘭墊片（橡膠石棉板）公稱直徑Dg墊片內(nèi)徑d公稱壓力F(m2)墊片外徑D60061516655 6.管法蘭用墊片法蘭公稱壓力Mpa介質(zhì)溫度密封面型式墊片名稱材料冷卻水1.660光滑橡膠墊片橡膠板循環(huán)水1.660光滑橡膠墊片橡膠板 7. 管板管板厚度30，長(zhǎng)度(chngd)666，材料為16MnR。 8. 支墊（鞍式支座(zh zu)）公稱直徑Dg每個(gè)支座允許負(fù)荷tb1LBlK1bm重量（kg）60036.81805501202604209022026.39、設(shè)備(shbi)參數(shù)總表序號(hào)圖號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱數(shù)量材料單重（kg）總量（kg）1LNQ

22、-001-3前瑞管箱1組合件84.52HG20592法蘭PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5 L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板 29Q235-A7.5217.55筒體DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉桿4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684級(jí)0.040.328LNQ-001-3法蘭120II879墊片642/600 S=34石棉橡膠板0.310JB/T4701-2000法蘭-FM600-1.01Q235-B40.811筒體DN600X8 L=1401Q235-B16.812JB

23、/T 4746-2002封頭EHA 600X51Q235-B1713GB/T14976換熱管25X2.5，L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座 500-S2Q235-A/Q235-B26.315JB/4701-2000法蘭-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65墊片2橡膠板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母 M201286級(jí)0.0648.220JB/T4707螺栓M20 x150-A626.8級(jí)0.3320.4621SYJ1

24、1-65墊片1橡膠板0.3十、參考文獻(xiàn)1 天津大學(xué)，化工原理(yunl)，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990.2 魏崇關(guān)，鄭曉梅，化工工程制圖(zh t)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1992.3 化工設(shè)備結(jié)構(gòu)(jigu)圖冊(cè)編寫組，化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊(cè)，上海，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1978.4 柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計(jì)，天津，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994.5 譚蔚主編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，天津大學(xué)出版社6 刁玉瑋，王立業(yè)編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，大連理工大學(xué)出版社，1989.7 中華人民共和國(guó)化學(xué)工業(yè)部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制管法蘭，墊片，堅(jiān)固件（1991-12）化學(xué)工業(yè)出版社.8 鋼制列管式固定管板

25、式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)1994.11.7.9 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)材料與零部件，上海人民出版社.10 譚天恩(tin n)，麥本熙，丁惠華：化工原理(上冊(cè))，第2版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1990，6.11 大連理工大學(xué)教研室編，化工(hugng)原理課程設(shè)計(jì)，1994，7.12 夏清主編化工(hugng)原理（上）天津大學(xué)出版社2005，1.13 齊齊哈爾大學(xué)化工原理教研室編，化工原理課程設(shè)計(jì).十一、學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這短短的二周里，從開(kāi)始的一無(wú)所知，到同學(xué)討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到對(duì)工業(yè)材料上的選取論證和后期的程序的編寫以及流程圖的繪制等過(guò)程的培養(yǎng)，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問(wèn)題的不易。這次課程設(shè)計(jì)給我很多專業(yè)知識(shí)以及專