化工原理课程设计换热器.docx

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1、成果银川能源学院化工原理课程设计说明书题目，42134吨/年乙莘冷却列管式换热器的设计学生姓名李凯学号1410140038.指导老师刘荣杰院系石油化工学院专业班级能源化学工程（本）1402班设计时间2015年6月10日化学工程教研室制书目摘要1abstract11设计任务书21.1.设计题目21.2 工艺原始数据及操作条件21.3 设计内容21.4 设过时间22课程设计概述32.1 设计目的32.2 2换热器设备的在生产中作用及应用32.3 工艺流程32.4 .列管式换热器的特点31.4 .1应用特点31.5 .2设备的结构特点42. 5设计方案的确定41. 5.1换热器类型的选择42. 5.

2、2换热器内流体通入空间的选择43. 5.3潦速的选择53换热过程工艺计算54. 1基本物性参数53. 2计算总传热系数61. 2.1计算热负荷和冷却水流量63. 2.2计算两流体的平均传热温差63. 2.3初算传热面枳73. 3工艺结构尺寸的计算81. 3.1管径和管内流速83. 3.2管程数和传热管数84. 3.3传热管的排列833.4克体内径95. 3.5折流板96. 3.6接管104换热器主要传热参数的校核107. 1热流量核算1041.1.管程流体流速104. 1.2课程流速流体104. 2换热器内流体的流淌阻力124.1 1管程流淌网力125课程设计说明及汇总136主要零部件1461

3、封头146.2法兰156.3管板156.4垫片156. 5管子在管板上的固定151. 5.1胀接法156. 5.2焊接法157课程设计心得体会158致谢16参考文献16换热器是化工、石油以及其它很多工业部门的通用设备,在生产制造中占有及其重要的地位。所以，在本次课程设计中我们设计列管式换热器。设计内容包括设计任务45、课程设计概述、换热工艺计算等。设计过程主要通过设计任务书和国标准则，计算两流体的定性湿度，查找资料确定物性参数，计算总传热系数、工艺结构尺寸和确定主要的零部件。设计结果为单壳程和四管程的固定管板式换热器。优点结构简洁、紧凑，制造成本低；管内不易积垢，即使产生污垢也便于清洗。关催词

4、：换热器：设计计算：固定管板式换热器abstractHeatexchangerischemica1.,oi1.andmanyoherindusiria1.sectorsofgenera1.equipment,anditsimportantpositionintheproductionandmanufacturing.So.inthiscoursewedesigninthedesignofshe1.1.andtubeheatexchanger.Designcontentinc1.udesthedesignp1.andescriptionsoftheoverview,curricu1.umdesi

5、gn,sotheheatexchangep11cssca1.cu1.ation,etc.Main1.ythroughthedesignp1.andescriptionsofthedesignprocessandgbstandards,ca1.cu1.atedtwof1.uidtemperature,andtofindthedatatodeterminephysica1.parameters,ca1.cu1.atethetota1.heattransfercoefficient,processstructuresizeand1.oJetenninethemainconponen1.s.Thesh

6、e1.1.sideof(hedesignresu1.tsforsing1.efixedtubep1.ateheatexchangerandfoursides.Theadvantagesofsimp1.estructure,compact,1.owmanufacturingcost;Tubeisnoteasytofou1.ing,evencausefou1.inga1.sofaci1.itatec1.ean.Keywords:heatexchangerDesignca1.cu1.ation;Pixedtube-shee1.1设计任务书1.1设计题目处理实力为5320Kgh的乙笨冷却：1.2工艺原

7、始数据及操作条件(1)管程进口温度为136C,出口温度为60C；允许压力降：不大FK)下a：(2)壳程进口温度为30C,出口温度50C：允许压力降：不大于105MPu：15001500、500500100100353511,0530光程0.5-1.50.21.50.52153. 2计算总传热系数3. 2.1计算热负荷和冷却水流量热负荷：Q1=q.iC1,i1.1=53202.0006X(136-60)10,3600=224690W冷却水流量：W.QCjtj=224690/4.17410s(50-30)=9689.5kg/h3. 2.2计算两流体的平均传热温差按单壳程多管程进行计算.对逆流传热温

8、度差进行校正得逆流传热温差为:Ate=M-At?=唐二理=53.17。C11.1.86InIn一t1.3050-30138-30理二竺=3.850-30=0.189由P和R查图一可得温度校正系数QV=O914i三温!，一fN-N一a呵.I卷用修正系数B-a)0.8,故可行.所以修正后的传热温度差为：Atn=(Pztt=0.9153.17=48.4C3. 2.3初算传热面积K值大致范图为200-800W/(m2K)假设K=300W/(m2K),则估算的传热面枳为QT224690_2Ati.=-=13.u11J1 西tm3004&4换热管实际面积按1.IOA估，则A实=1.1.OX15.5=17m

9、23. 3工艺结构尺寸的计算3. 3.1管径和管内流速选用25X2.5的传热管（碳钢钢管）,管内径di=O.025-0.0025X2=0.02m,取管内流速ui=0.8611s;3. 3.2管程数和传热管数依据传热内径和流速确定单程传热管数di=0.02mdo=0.025mV9689.5/（3600992.2）,141n=；=；W10根0.785-d,*-u10,7850.020.86按单管程计算，所需的传热管长度为1 _A_17_7m-dnn,-3.140.02510按单管程设计，传热管过长，故采纳多管程，取传热管长1.=6m,则该换热器管程数为：Np=24（管程）1 6热管总根数Nr=N1

10、.XN,4X10=40（根）3.3.3传热管的排列表4正三角形排列时的曾效六角形的层数对角线上的管数不计弓形部分时管子的根数弓形部分管数换热器内总管数在弓形的第一排在弓形的其次排在弓形的第三排在弓形的总管数13772519193737371961615119191613127127六角形的层数对角线上的管数不计弓形部分时管子的根数弓形部分管数换热器内总管数在弓形的第一排在弓形的其次排在弓形的第三排在弓形的总管数7151693181878172174242419192715303011021331636367II233977424391225469848517132754792666131129

11、6311059072115317211161028231633817127Ib1.913图二采纳组合排列法，即每程内均按正三角形排列0如右图二所示：管心管t=1.25do,则t=1.250.025=0.032m.3.3.4壳体内径采纳多管程结构，取管板利用率=0.8,壳体内径为=237三D=1.051.F=1.0532壳程直径可选取的直径有15927340050()60080()mm故圆整可取D=273e,3. 3.5折流板采纳弓形折流板,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:h=0.25273=68.25mm,故可取h=6811m,B的范困在(0.2DD),取0.6D：

12、取折潦板间距B=163.8e,固定管板换热潺B有(150300600)mm,取值为30Omm.折流板数NB=V三-=翳T=19块3.3.6接管由表三知：管程流体进出口接管：取接管内水流速为u,=1.5ms,则接管内径为MX9689.5/(3600X992.5O=V3.14X1.5=0.05而圆整后可取管内径为50M：壳程流体进出口接管：取接管内乙茶潦速u;=1.0m/s,则接管内径为di=4X5320/(3600797.8)C0.048m3.141.O圆整后可取壳内径为48mu4换热器主要传热参数的校核4.1热流量核算4.1.1管程流体流速A1=0.785zx-.=0.785x0.02:x=3

13、.Hx10,19689.53fi1.I13600992.2x(3.14IO-3)雷话数R.=9922iiw=21.26,0.0005632pij_t,174xIO3xO.(XI0632.=0,631i=4.3a=O.()23X幺XRePr*=385U(j-C)(f,4.1.2课程流速流体当量直径:O.0322-0.785X0.025,11d,3.140.025=0.02JWnc=1.19N=1.19407.5%=-/=。.。7S3600PA3600X797.80.0264=(-nc)X=(0.273-7.50.025)0.3=0.026#雷诺数R%=AMA=007x002=3603.0.000

14、31普朗特数Pr=SiA1.=2.0006x103X0.00Q31=5o0,1148=0.36-RePzrn1.05=338叭-C)d。传热工的核算：徐=(勺+心?+1.+-)*,d,d1an其中月”=1.72X10“方/叫心。=1.72101(?2*C)W=t0.025+(72IQ*)X(1.)+-1.+(1.7210i),3859X0.020.02338K=272F/U-C)带入数据得出K.=272W(-C)a传热而积：=17z2Q224690Kor272X48.4mA=11d1.N=3.140.025640=18.8屋0188-17XIO核兑结果表明，换热器的面积裕度为10.6%,所以，

15、符合要求。4. 2换热器内流体的流淌阻力5. 2.1管程流淌阻力p,=(p1+p2)F,N,N,.其中：Np=4Ns=IFt=1.4P1=0.038992”腑=4182pa0.022AnQ992.20.8621nnnr2=3X=11OOra总压强降：P,=(4182+1100)1.41X4=29572.2Pa500时，f=5.0Re=5.03603-022h=0.77潦体通过折流板缺口的压力降=N(3.5制喈P；=0,50.777,5(19+1)方：-=112.97h2蜴=i935-2J978x2*123.9pa2I0.273J2总压强降：ZM=(112.9+123.9)1.151=273.3

16、oTa符合设计要求。5课程设计说明及汇总传热星，kw换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：换热器型式：固定管板式换热器面积(Itf)：18.8工艺参数名称管程克程物料名称水乙苯操作温度，c30/50136/60流量,kg/h9689.55320流体密度，kgm992.2797.8流速，m/s0.860.07表5换热I1.主要结构尺寸224.69续表5总传热系数，wm,-C272对流传热系数，*m,-C21972146污垢系数，in*k/w1.7210,1.72104阻力降，Pa29572.2273.3程数41运用材料碳钢碳钢管子规格252.5管数4管长mmI6000管间距，mm32排列方式正三角

17、形折流挡板型式上下间距，mm300切口高度68mm壳体内径，mm273保温层厚变，nun8传热面积18.8m-面积富仃度10.5%6主要零部件6.1封头封头乂称端盖（或顶盖），按其形态可分为凸形封头、惟形封头和平板封头三类。其中凸形封头按结构形态又可分为球形、椭圆形、蝶形和无折边球形的四种封头。对于列管式换热器一般取用椭网形封头为多。椭圆形封头是由半椭球和具有肯定高度的短曲筒两部分所组成。直边的作用是避开壳体与封头间环向焊缝的边缘应力，由于椭球封头各点曲率的改变是连续的，当其承受内位时封头内的应力分布不会发生突变，所以其承受实力较大。椭圆形封头的壁厚与其长短轴的比值有关。标准椭制封头长短轴之长

18、,即长轴D,短轴i2D,D2h=2,大多数椭圆封头的壁厚是与筒体厚度相等或比筒稍厚。椭例封头直边的内径与壳体内径相同。依据本试脸可选：椭圆形封头上下两封头均选用标准椭圆形封头，依据JB/T4737-2002标准，封头为：DY=273mn,曲面高度E-1.OOmm1.如图四所示）6.2法兰法兰是压力容器用的法兰。压力容器法兰分为平焊法兰和对称法兰两类，平焊法兰又分为甲型和乙型两种.甲型平焊法兰适用于公称压强(MPa)PgO.25、0.6、1.0、1.6四个压强等级的较小范围。乙型平焊法兰适用公称压强Pg254.0两个压强等级的较小范围，其母将工作温度为350-C。本设计选用甲型平焊法兰。6.3管

19、板管板，就是在钢板上钻出和管子外径一样的孔，将管子穿入焊住固定，起这样作用的一种配件。在固定式管板强度校核计算中，当管板厚度踊定之后，不设膨胀节时，有时管板强度不够，设膨胀节后，管板厚度可能就满意要求。此时，也可设置膨胀节以减薄管板，但要从材料消耗、制造难易、平安及经济效果等综合评估而定。固定管板换热器中常用的是U型膨胀节，它具有结构紧凑简洁，补偿性好，价格便宜等优点。6.4垫片换热器垫片通过以上设计，依据GB/T539,选定耐油石棉橡胶板作为垫片。6.5管子在管板上的固定管子在管板上的固定方法主要有胀接和焊接两种。其原则是必需保证管了与管板连接坚固，连接处不会产生泄露.6.5.1胀接法此法是

20、利用胀管潜挤压伸入管板孔中的管子端部使管端发生鳖性变形，管板同时也产生弹性性形变，当取去胀管器后由丁管板孔的弹性收缩，使管板与管子间同时产生肯定的挤紧力而紧密地贴在一起，从而达到密封固紧连接的目的。采纳胀接时，管板的硬度应比管端硬度高，以保证胀接质量，这样可免除因管板孔塑性变形，而影响胀接紧密性。6.5.2焊接法由于此法具有高温高乐下仍能保持连接的紧密性，对管板孔的加工精度要求低,加工工艺较简洁，当压强不太高时，可用较薄管板等优点，因此焊接法的应用较广泛。但焊接法工艺要求管子与管孔之间应留有肯定的间隙。由于本设计要求在常温常压下工作，可采纳胀接法。7课程设计心得体会正所谓“只要功夫深，铁杵磨成

21、针”。在为期两周的课程设计中，从小组探讨到得出结果，尽管是以个人为堆位完成各自的计算，但是仍I口能感觉到团队力气的强大。遇到困难大家起探讨，避开了后面的同学因再次进入误区而停滞/前进的步伐。不得不说过程是艰辛的.但是，当计算结果出来的时候,整个心情都安逸了，感觉完成了一个宏大任务，更能发觉自己能做到一些看似不能完成的事情。耐性、细心一一本次课程设计最大的心得.个人认为，本次的课程设计为我们的毕业设计奠定了基础，会使得我们的毕业设计做的比现在更完备.更符合要求。8致谢首先，感谢老师给我这个熬炼自己的机会。在本次的课程设计中老师蜴予我耐性的指导，遇到个公式不理解，老师特殊耐性的讲解：从未发觉出老师

22、的厌倦.并且还熬炼了我的意志。让我大大增加了自己的计克实力，使得我在计算过程中更加具有耐性以及细致。为我在的今后学习道路上有了更好的基础。因为每个人的实力都有限，所以我更耍感谢我们小组中的各个成员，有的查找资料共享给大家，有的在我反豆计算出问题时帮助计算加以修正。在他们的帮助之下，我更加快速的完成此次的课程设计。最终再次感谢我的老师以及我敬爱的同学们，感谢你们！参考文献1化学工程手册编辑委员会.化学工程手册第十三篇气液传质设备.化学工业出版社，19822马晓迅.化工原理.化学工业出版社，20103付家新,王为国.化工原理课程设计.化学工业出版社，20124陈英南.夕常用化工单元设备的设计.上海：华东理工高校出版社，19965王卫东,庄志军.化工原理课程设计.北京：化学工业出版社，2015.86陈敏恒.化工原理.北京：化学工业出版社7娄爱娟，吴志泉,吴叙美.华东理工高校出版社，2002.3化工原理课程设计评价表指导老师评语:指导老师（签名）：总分成果等级