U型管換熱器課程設(shè)計說明書2

1、U型管換熱器課程設(shè)計說明書設(shè)計題目U 型管換熱器設(shè)計專業(yè)班級建環(huán)1001學(xué)生姓名xxxxx學(xué) 號 XXXXXX指導(dǎo)教師 XXXXX日 期 2013.5.4中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)化 0806 班周楊美惠一、化工原理課程設(shè)計任務(wù)書（換熱器的設(shè)計）（一）設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計（二）設(shè)計任務(wù)及操作條件：1. 處理能力： 15 萬噸/年煤油2. 設(shè)備型式：列管式換熱器3. 操作條件：（1）煤油入口溫度125C，出口溫度40C;（2）冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度25C，出口溫度45C;（ 3） 允許壓強降不大于 105Pa;（4）煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度為 825kg/m3 ;粘度為:7.15X 1

2、0-4Pa.S比熱容為：2.22kJ/（kg. C）；導(dǎo)熱系數(shù)為:0.14W/ （m. C）（ 5） 每年按 330 天計，每天 24 小時連續(xù)運行。（三）設(shè)計項目1 傳熱計算2 管、殼程數(shù)的確定及管、殼程流體阻力計算3 管板厚度計算4 U 形膨脹節(jié)計算（浮頭式換熱器除外）5 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)（四）繪制換熱器裝配圖（ A2 圖紙）二、換熱器的選用換熱器的選用 （ 即選型 ） 的過程大體如下 , 具體計算可參看列管式換熱器設(shè) 計中有關(guān)內(nèi)容。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求計算換熱器的熱負荷 Q。 按所選定的流動方式，計算出平均溫度差（推動力） tm及查出溫差校 正系數(shù) 。若 0.8，可行。 (KI 0,

3、20 304 叱 0力 0J 0.8 W 131P所以修正后的傳熱溫度差為 tm=A tm =0.81x38.83=31.45( C)3.4初步選型 3.4.1傳熱面積假設(shè)K=300W/俑K),則估算面積為：A=Q/(KX m)=992.7 x 10/(300 x 31.45)=105.2(m 2)3.4.2管徑和管內(nèi)流速換熱管選用碳鋼管 巾25X 2.5 mm取管內(nèi)流速u= 1.0m/s 3.4.3管程數(shù)和傳熱管數(shù)換熱管選用普通無縫鋼管巾25X 2.5 mm,管內(nèi)徑 d=0.025-2x0.0025=0.02m，于是單程管根數(shù) n為n亠di2Ui4=37.9842676.4/9940.785

4、 0.022 1.0 3600取n=38根按單程管計算，所需的傳熱管長度為:Adn103.33.14 0.025 38=35.2m3.4.4初選換熱器類型與型號由于 Tm-tm= (125+40) /2-(45+25)/2=47.5( C)o +bd。+ dodm aidi+ Rsido diKo=1589.70.000340.0250.0200.02505008.1 0.020=3940.00017計算傳熱面積Ac：32Ac=Q/(KcXtm)=992.7 X 10/ (394X 31.45 ) =80.11 (m)該換熱器的實際傳熱面積 A:2A= d。l Nt =3.14 X 0.025

5、 X 6X( 228-17) =99.38 (m)5.1.5 該換熱器的面積裕度為：H= fC X 100%= 99.38 80.11 XAC80.11100%=24.05%為了保證換熱器的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%25%。滿 足此要求，所設(shè)計的換熱器較為合適傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成 生產(chǎn)任務(wù)。5.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力 521管程流體阻力計算公式如下： Pt=( R+APr)NSNPFs；N s=1, N p=6, Fs=1.5;l2 R二丄 。由Re=28849.2,傳熱管相對粗糙度 0.1/20=0.005 ,di2莫狄圖(下圖)得 i =0.0338，流速

6、u=1.055m/s , p =994kg/m3，故 Pi= i 丄 i =0.0338 994 1.055 =5609.18 (R);di 20.0222 2 Pr= 3 994 1.055 =1573 ( Pa)2 2 Pt = ( Pi + Pr) Fs Ns= (5609.18+1573)x 6X 1.5=64639.62(R) 105 Pa管程流體阻力在允許范圍內(nèi)41iT ” = r-d k氣t-m-2114 山轉(zhuǎn)Q 01 a.oct 山心-嗣31wos2 . OWn也QM2u.aDOClai-28摩撰系數(shù)久與雷諾數(shù)R匕汲相對粗檢崖 刃吋關(guān)廉522殼程阻力公式有： FS= ( F0+

7、AP) FsNS其中 Fs=1.15 ； NS=1 ；2 F0= Ff oNTc(Nb+1) *；又 F=0.5,f=5Reo0.228 =5X 4661.5-0.228 =0.729, Nc=1.1 N t0.5 = 1.1 X 2280.5 = 17N b=24;u 0=0.202m/s則流體流經(jīng)管束的阻力：2I I2 F0二Ff0Nc(Nb+1)晉=0.5 X 0.729 X 17X(24+1)X 825X 0.202 /2 2607.43 (Pa)流體流過折流板缺口的阻力2 R =Nb (3.5-2B/D) -u,其中 B=0.24m; D=0.6m ;故2 R=24X( 3.5-2

8、X 0.24/0.6 ) X 825X 0.2022/2 1090.69 (Fa),則總阻力：c Ps=AP+AF =2607.43+1090.69=3698.12 (Fa) 10 Pa。故殼程流體的阻力也適宜。綜上所訴，該換熱器管程與殼程的壓力降均小于允許壓降100KPa均符合要求，所以設(shè)計的換熱器符合條件。四、設(shè)計結(jié)果設(shè)計一覽表換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表。參數(shù)管程殼程流率 /（ kg/h）42676.418939.4進仙溫度C25/45125/40定性溫度/ C3582.5密度 / (kg/m3)994825物定壓比熱容/ kJ/kg K)4.182.22性粘度(Pa- s)0.0

9、007270.000715熱導(dǎo)率/ : w/ m K)0.6260.140普朗特數(shù)4.8511.34設(shè)形式固定管板式臺數(shù)1備殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1結(jié)管徑/mm巾 25X 2.5管心距/mm32構(gòu)管長/mm6000管子排列參管數(shù)目/根216折流板數(shù)/個24數(shù)傳熱面積/m2100.0折流板間距/mm240管程數(shù)6材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/( m/s)1.0550.202表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/ w/ (m2 K)5008.1589.7污垢阻力/ (w/m2 K)0.000340.00017阻力/MPa0.060.0056熱流量/kW992.7傳熱溫差/C31.45傳熱系數(shù)/ w/ (m2 K)

10、394裕度/%24.05五、輔助設(shè)備的計算和選型5.1 封頭(JB T4729 _94)標準橢圓形封頭的幾何形狀如附圖1所示。形成這種封頭的母線是由1 4橢圓線和平行于回轉(zhuǎn)軸的短直線光滑連接而成，故它由半個橢圓球和一個高度為h0的圓柱短節(jié)(稱它為封頭的直邊部分)構(gòu)成。附表1所列橢圓封頭 尺寸與質(zhì)量，摘自JB T4729 _94標準。1B)撲徑為處林直輕附圖1標準橢圓形封頭橢圓封頭尺寸與質(zhì)量(摘自JB T4729 _94)公稱程徑 mm曲面高度mm也邊島度in in內(nèi)表面艱Fnr容積V擊諄度mm質(zhì)WtG6001502?O.43S0.03?310414517621828400.4660.04010

11、38125.2壓力容器法蘭(TB470292 )壓力容器法蘭(TB470292 )的類型有甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸 對焊法蘭。用于不銹鋼容器時，法蘭端面焊有不銹鋼襯環(huán)。就法蘭的密封面 來說，又有平密封面、凹凸密封面和榫槽密封面之分。5.3 鞍式支座(JB T4712 - 92)臥式容器的支座常用鞍式支座，簡稱鞍座。它是由底板、腹板、筋板和墊板 四種板組焊而成的焊制鞍座；或其中腹板與底板由同一塊鋼板彎制的彎制 鞍座.這次設(shè)計采用重型彎制鞍座。DN500900 鞍座尺寸(JB T471292) mm4M TE1 J *J11,石冋1-_2 120OCT直徑P.V:門：h底梱nj*h：鞍庵質(zhì)

12、晴kg堵加 100 mm 高度 增加的 心 L： L*A3?bh4903 Ml：0J55016351027536022175600啼?0S3007|fl儷；4186501(5720)59015010325120770：005626157001706403504師215DN500900mm的型鞍式支座DN500900mm的型彎制鞍式支座5.4管板焊接管板的最小厚度取決于焊接工藝及管板焊接變形的要求，對于固定管板式換熱器的管板結(jié)構(gòu)見圖1 _12 ,主要尺寸見表1 _12。5.5拉桿與定距管 折流板的安裝固定是通過拉桿和定距管來實現(xiàn)的。拉桿是一根兩端皆帶有 螺紋的長桿，一端擰入管板，折流板就穿在拉桿

13、上，各板之間則以套在拉桿 上的定距管來保持板間距離，最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊 固。拉桿直徑及數(shù)量可依換熱器殼體內(nèi)直徑選定,各種尺寸換熱器的拉桿直 徑和拉桿數(shù)，可參考表1 _17選取。定距管通常采用與換熱管材料、直徑相 同的管子。表拉軒直徑與最小拉桿數(shù)丸體直控/血血拉桿直fi/mni200-25C104273,400,500.600124500,1000126120012g125012105.6折流板安裝折流板的目的，是為了加大殼程流體的湍流速度，使湍流程度加劇，提 高殼程流體的對流傳熱系數(shù)。在臥式換熱器中折流板還起到支承管束的作 用。常用折流板有弓形（或稱圓缺形）和圓盤一圓環(huán)形兩

14、種。弓形折流板結(jié) 構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，在實際中最為常用。折流板直徑 De取決于它與殼體之 間間隙的大小。間隙過大時，流體由間隙流過而根本不與換熱器接觸；間隙 過小時又會引起制造和安裝上的困難。折流板直徑De與殼體內(nèi)直徑Di間 的間隙可依表1 _13中所列數(shù)值選定。S1J5折流板直徑與殼體內(nèi)直徑可的間粟吃體內(nèi)直徑n/mm25400500600700間隙/ram2.03,03 53,54 0壷林內(nèi)宜徑dJmm800900100011001200冋陳/mm44,54,54,54,5六、設(shè)計評述本次化工課程設(shè)計是對列管式換熱器的設(shè)計，通過查閱有關(guān)文獻資料、 上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計算核實，本列管式換熱器的

15、設(shè)計可以說基本完成 了。一開始接到這個任務(wù)很迷茫，因為本來對換熱器的設(shè)計這個概念就不 清楚，而且對于畫圖一直也是我的弱項，所以心情很浮躁，過去了幾天還 是毫無頭緒。后來在答疑課上借到了上屆的作業(yè)，開始一步一步地研究。課程設(shè)計需要學(xué)生自己做出決策，自己確定實驗方案、選擇流程、查 取資料、進行過程和設(shè)備的計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng) 過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，課程設(shè) 計是增強工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨立工作能力的有益實踐。換熱器的設(shè)計主要是核算比較麻煩，而且計算時遇到很多麻煩，關(guān)于 管程殼徑等概念很模糊，設(shè)計過程中遇到的麻煩很多，也正是因為這樣， 我開始不

16、斷地查閱資料問問題，突然間覺得自己雖然學(xué)過這些知識，但是 還是有很多的疑問。也正是因為不斷地發(fā)現(xiàn)問題分析問題解決問題，才提 高自己的理解和學(xué)習(xí)能力。通過這次設(shè)計我了解了換熱器的工藝流程，知道了各種換熱器的優(yōu)缺 點，通過 一次次地計算， 對于換熱器的型號的選擇依據(jù)有了更深刻的理解。第二周開始作圖，一開始面對 A1 的紙卻不敢下筆，不敢畫頁不知道該 怎么畫，于是先畫了個邊框，接著在圖書館找了一下午資料，才知道自己 知道的只是冰山一角，第二天在宿舍呆了一天去查法蘭還有支座的尺寸和 型號。在畫圖的時候一邊畫一邊問，在大家的討論中明白了很多，也找出 了自己很多的錯誤。雖然現(xiàn)在自己的說明書和圖還有很多的問

17、題，圖紙的線條不夠清晰， 有些線條甚至是畫斜了，但是從這次課程設(shè)計中我懂了很多，不僅是換熱 器的只是，還學(xué)到了很多課本上沒有的，知道不恥下問，知道堅持不懈， 知道靜下心來去做事。七、參考資料1 匡國柱、史啟才 . 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計 . 北京：化工工業(yè)出 版社， 20022 姚玉英.化工原理. 天津：天津：大學(xué)出版社， 19993 劉巍. 冷換設(shè)備工藝計算手冊 . 北京：中國石化出版社， 20034 黃璐、王保國 . 化工設(shè)計 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20015 譚天恩等 . 化工原理 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20066 董振珂.化工制圖. 北京化學(xué)工業(yè)出版社， 20017 王非、林英 . 化工設(shè)備用鋼 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20038 秦叔經(jīng)、葉文邦 .換熱器. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20029 李克永. 化工機械手冊 . 天津：天津大學(xué)出版社， 199110 賀匡國. 化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1989八、主要符號