循環(huán)水冷卻器

1、化工原理課程設計 設計題目: 循環(huán)水冷卻器設計 設計時間：2013.6.23-2013.7.1 設計班級： 食安班 設 計 者： 學 號： 2010 指導教師： 設計成績： 目錄1 設計任務書32 設計摘要43 主要物性參數(shù)表53.1循環(huán)水53.2冷卻水54 估算傳熱面積54.1 換熱器的熱負荷54.2 平均傳熱溫差54.3 冷卻水用量64.4 傳熱面積65 工程結構尺寸65.1 管徑和管程流速45.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)55.4傳熱管排列和分程方法55.5 殼體內(nèi)徑55.6 折流板65.7 附件85.8 接管86 換熱器的核算96.1傳熱能力核算96.1.1管城傳熱膜系數(shù)96.1.2污

2、垢熱阻和管壁熱阻96.1.3殼程對流傳熱膜系數(shù)106.1.4總傳熱系數(shù)K106.1.5傳熱面積116.2換熱器內(nèi)流動的流動阻力116.2.1管程流動阻力116.2.2殼程阻力127換熱器主要結構尺寸和計算結果表128 設備參數(shù)計算148.1殼體壁厚148.2接管法蘭148.3設備法蘭148.4封頭管箱148.5設備法蘭墊片148.6管法蘭用墊片148.7管板158.8支墊158.9設備參數(shù)總表159 學習心得1610參考文獻1711重要符號說明18 化工原理課程設計任務書1.設計任務書設計題目：循環(huán)水冷卻器設計設計條件：1. 設備處理量：74T/h。2. 循環(huán)水：入口：55，出口：40。3.

3、冷卻水：入口：20，出口：30。4. 常壓冷卻，熱損失：5%。5. 兩側污垢熱阻0.00017m2·/w。6. 初設K900w/m2·。設計要求：1. 設計滿足以上條件的換熱器并寫出設計說明書。2. 根據(jù)所選換熱器畫出設備裝配圖。2.設計摘要 傳熱過程是因溫度差而產(chǎn)生熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的轉移。換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備，是使熱量由較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規(guī)定的指標，以滿足過程工藝條件的需要，同時也提高能源利用率的主要設備之一?；どa(chǎn)過程中存在的極其普遍的過程，實現(xiàn)這一過程的換熱設備，卻種類繁多，樣

4、式多樣。按換熱設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備具有結構簡單，制造容易等特點，但由于在換熱過程中，有高溫流體和低溫流體相互混合或部分混合，使在應用上受到限制。因此工業(yè)上所有的換熱設備工業(yè)上所有的換熱設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、螺旋板式、板殼式換熱器。不同類型的換熱器各有自己的優(yōu)點和使用條件。其中以列管式換熱器應用的更為廣泛。 烈管式換熱器的類型是多種多樣，列管式換熱器可以分為固定管板式、U形管式和浮頭式等

5、。在這次實驗設計中我們選擇的是固定管板式換熱器。它單位體積的傳熱面積極大，結構簡單，加工制造比較容易，結構堅固，性能可靠，適應面廣。在現(xiàn)代的化工生產(chǎn)中應用最為廣泛，而且設計資料和數(shù)據(jù)較為完善，技術上比較成熟。 本設計是一列管換熱器的設計。該換熱器應具備的功能可以將循環(huán)水由55冷卻至40。換熱器所用的冷卻介質(zhì)是初始溫度為20的冷水，并要求冷水出口溫度為30。此換熱器又稱循環(huán)水冷卻器。根據(jù)所給的任務，我們綜合考慮。首先確定了流體流徑。我們選擇冷卻水通入管內(nèi)，而循環(huán)水通入管間。其次，我們確定兩流體的定性溫度，由于溫度引起的熱效應不大，可以選擇固定管板式換熱器。初算時利用暫定的總傳熱系數(shù)和算出的熱負荷

6、，初算換熱器的換熱面積，換熱器的根數(shù)和長度，確定管程數(shù)。進而我們可以查閱相關資料。在固定管板換熱器系列標準中，我們初步選擇最接近計算值最符合的換熱器，然后進行校核驗算是否符合要求。 有了初步的換熱器后，我們便要對其設備參數(shù)進行校核，對其附件進行選擇和匹配。包括換熱器殼體、封頭、管箱、管板、法蘭的選用，折流板、隔板、支座形式的選用等。在選擇這些附件的同時，不僅應當使其與所選換熱器能夠很好的匹配，并要使換熱器既造價低廉又堅固耐用，且要兼顧經(jīng)濟的效果。3主要物性參數(shù)表3.1循環(huán)水 對于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均制，故循環(huán)水的定性溫度為：t定循 =(55+40)/2=47.5根

7、據(jù)定性溫度，分別查處有關的物性參數(shù)如下：密度 h=989.1 kg/m3；比熱容 Cph=4.174 kJ/kg· 導熱系數(shù) h=0.6443 W/m· 粘度 h=0.000648 Pa·s3.2冷卻水 對于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均制，故冷卻水的定性溫度為：tm=(20+30)/2=25 根據(jù)定性溫度，分別查處有關的物性參數(shù)如下：密度 i=996.9kg/m3比熱容 Cpi=4.179kJ/(kg·) 導熱系數(shù) i=0.6083W/(m·) 粘度 i=0.0009025Pa·s表1 物性參數(shù)表物性殼程(循環(huán)水

8、)管程(冷卻水)符號數(shù)據(jù)符號數(shù)據(jù)密度kg/m3h989.125c996.95比熱容kJ/kg·Cph4.174Cpc4.179粘度Pa.sh576.0510-6c90610-6導熱系數(shù)W/m·h644.310-3c608.2510-3進口溫度T155t120出口溫度T240t2304估算傳熱面積4.1換熱器的熱負荷： =74000×4.174×(55-40)×95%=4.401×106 kJ/h=1222.5 kw4.2平均傳熱溫差（對流傳熱）：4.3冷卻水用量：4.4傳熱面積：由已知K=900 W /m2·。考慮到估計性質(zhì)

9、的影響，根據(jù)經(jīng)驗范圍，取實際傳熱面積為估計值的1.15倍。S=60.59×1.15=69.68 m25.工程結構尺寸5.1管徑和管程流速： 選用25×2.5傳熱管，取內(nèi)管流速1.2m/s5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程管傳熱管數(shù)所以ns=78 (根)按單管程計算，傳熱總管長度為：現(xiàn)在取傳熱管長l=6 m，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總根數(shù)：N=782=156（根）5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程雙管程結構，查表得：t=0.81 平均傳熱溫差：由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大故取單殼程合適。5.4傳熱管排

10、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，隔板兩側采用正方型排列，取管心距t=1.25d 則t=1.25×25=31.2532（mm）隔板中心到離其最近一排管中心距離:s=t/2+6 mm =32/2+6=22 mm隔板兩側相鄰管心距為：c=2s=44 mm通過管束中心線的管數(shù)： 5.5殼體內(nèi)徑 采用多管程結構，取管板利用率=0.7，則殼體內(nèi)徑為： 圓整可?。篋=600（mm）5.6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)經(jīng)的25%，則切去的圓缺高度為： h=0.25×600=150（mm） 取折流板間距B=0.3D，則B=0.3×600

11、=180（mm）可取B=200（mm） 折流板數(shù)：5.7附件選取拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為4根，殼程入口應設置防沖擋板。5.8接管 管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速為：u=2m/s 則接管內(nèi)徑： 殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為：u=2m/s 即接管內(nèi)徑；所以取標準管：殼程接管：127×4.5，管程接管：146×4.5。經(jīng)校核,符合標準6.換熱器的核算6.1傳熱能力核算6.1.1管程傳熱膜系數(shù)： i=0.023Re0.8Pr0.4i/di管程流速截面積：管程流體速度： 6.1.2污垢熱阻和管壁熱阻 污垢熱阻：Rsi=0.00017 ( m2)/W Rso=

12、0.00017 (m2)/W 管壁導熱系數(shù)：=50W/m·6.1.3殼程對流傳熱膜系數(shù)：當量直徑： 殼程流通面積： 粘度校正 6.1.4總傳熱系數(shù)K 6.1.5傳熱面積： 實際傳熱面積：面積裕度：6.2換熱器內(nèi)流動的流動阻力 6.2.1管程流動阻力： 由Re=26510.36,傳熱管相對粗糙度0.0 1/20=0.005，查莫狄圖得i=0.0322w/m· i=1.2m/s =996.9kg/m3, 所以P1=0.033×(6/0.02)×(1.22×996.9/2)=6933.64 PaP2=2/2=3×996.9×1.2

13、2/2=2153.304 Pa Pi =(6933.64+2153.304)×1.5×2 = 27260.832 Pa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi) 。6.2.2殼程阻力：P0=（P1'+P2'）FtNs Ft=1.15 Ns=1流體經(jīng)管束的阻力：P1'=F0nc(NB+1)2/2 F=0.5 0=5×24178-0.228=0.501 nc=1.1N0.5=1.1×1560.5=13.74 NB=29 0=0.792m/s P0=0.5×0.501×13.74×(29+1)×0.7922

14、15;989.1/2=32031.4Pa 流體經(jīng)過折流板缺口的阻力損失： P2=NB(3.5-2B/D)2/2 B=0.20 D=0.60 P2=29(3.5-2×0.2/0.6)×0.7922×989.1/2=25489.2Pa 總阻力損失： P總=32031.4+25489.2=57520.6Pa 殼程流動阻力在允許范圍內(nèi) 。7.換熱器主要結構尺寸和計算結果表管程殼程流率kg/h740001108680.6溫度進/出20/3055/40壓力MPa<1.6<1.6物性定性溫度2547.5密度kg/m3996.9989.1熱容kJ/(kg.)40719

15、4.174粘容Pa.s90.25×10-564.8×10-5導熱系數(shù)W/(m) 60.83×10-564.43×10-5普蘭特數(shù)6.323.74 設備結構參數(shù)型式固定管板式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑mm600殼層數(shù)1管徑25×2.5管心距32管長6000管子排列管數(shù)目（根）156折流板數(shù)29傳熱面積m262.20折流板距200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼接管殼程內(nèi)徑127×4.5接管管程內(nèi)徑146×4.5主要計算結果管程殼程流速m/s0.9950.792傳熱膜系數(shù)w/m2·4317.14819.3污垢熱阻m2·/w0.00017

16、0.00017阻力損失0.0190.025熱負荷kw1222.5傳熱溫差18.38傳熱系數(shù)w/m2·1069.4裕度18.148.零件參數(shù)8.1殼體壁厚 S，c=PDi/2&t-P=1.6×600/2×113×0.9-1.6=4.76mm C=1.24mm Sc=Sc+C=6mm8.2 接管法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDD1D2fbd重量（kg）數(shù)量直徑KH1251334235200178310181.988M16561501594.5260225202312182.628M16568.3 設備法蘭DgDDDDDbaad規(guī)格數(shù)量法蘭重量60

17、073069065564564340151323M202835.18.4 封頭管箱 封頭：以外徑為公稱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）容積v（m3）600150400.4640.3968.5 設備法蘭墊片（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D600615166558.6 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8.7 管板管板厚度30，長度666，材料為16MnR。8.8 支墊（鞍式支座）公稱直徑Dg每個支座允許負荷tb1LBlK1bm重量（k

18、g）60036.81805501202604209022026.38.9 設備參數(shù)總表序號圖號標準名稱數(shù)量材料單重（kg）總量（kg）1LNQ-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0.040.328LNQ-001-3法蘭120II879墊片642/600 S=34石棉橡膠板0.

19、310JB/T4701-2000法蘭-FM600-1.01Q235-B40.811筒體DN600X8 L=1401Q235-B16.812JB/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116MnR651

20、9GB/T6170螺母 M201286級0.0648.220JB/T4707螺栓M20x150-A626.8級0.3320.4621SYJ11-65墊片1橡膠板0.39.學習體會與收獲這大三這學期有機會在老師的幫助下和同學一起設計化工原理課程設計感到很有壓力，這次設計中我的收獲很多，學習到了以前在書本上沒有學到的知識和技巧.真正的將理論聯(lián)系到了實際當中。認識到了實踐的重要性，也感覺到了經(jīng)驗的重要性。在這兩周的學習中在理論的基礎上了解了怎樣設計換熱器，并將所學的付諸于實際設計當中。在設計的過程中我們認真的查閱相關的資料，了解相關的知識，培養(yǎng)了自學的能力。通過這次設計實踐我真正體會到了理論要結合實

21、際才會發(fā)揮價值。而且我也認識到了我的不足，在設計的過程中發(fā)現(xiàn)自己對學習化工原理基礎并沒有深刻的了解。對知識的運用不夠熟練，同時也了解到自己缺乏耐心，這些方面都需要以后進行加強。在循環(huán)水冷卻器設計過程中，我感覺我的理論運用能力得到了提升。我們需要掌握了查閱資料、選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。并樹立了既考慮技術上的可行性，也注意到操作是的正確設計思想，在這種的設計思想下去分析解決實際問題的能力，還要培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力，學會用簡潔的文字，清晰的圖案來表達自己的設計思想的能力。這次的設計實驗過程中我們組一共是五個人，大家是分工協(xié)作，培養(yǎng)了大家的合作精神。我們在設計中都非常的認真配合的也很有

22、默契。我們在一起互相幫助互相學習。共同探討我們不會的地方。我們也共同去思考更有創(chuàng)意的設計。共同的進步，共同的享受我們成功的喜悅讓我真正的體會了理論是要結合實際才能發(fā)揮價值。但是沒有好的理論基礎在實踐中的困難也會很多很多。通過這次的設計實驗我也找到了自己的不足，在設計的過程中發(fā)現(xiàn)自己對學習化工原理基礎并沒有深刻的了解。對知識的運用不夠熟練，同時也了解到自己的還沒有耐心。在設計中常常表現(xiàn)急躁多虧有大家的幫助，在這方面我還需要加強。在設計的過程中使自己認識到了自己的不足，從而提高自己，完善自己。10參考文獻1 天津大學.化工原理.天津:天津科學技術出版社，1990.2 魏崇關,鄭曉梅.化工工程制圖.北京:化學工業(yè)出版社，1992.3 化工設備結構圖冊編寫組，化工設備結構圖冊.上海:上海科學技術出版社，1978.4 柴誠敬，劉國維，李阿娜.化工原理課程設計.天津:天津科學技術出版社，1994.5 Perry