冷卻器的設(shè)計(jì)_圖文

1、化 工 設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)題目:煤油冷卻器的設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 人:專業(yè)班級:學(xué) 號:指導(dǎo)老師:二 九 年 六 月 八 日前言化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識, 完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法,并在查閱技 術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一 次基本訓(xùn)練,在設(shè)計(jì)過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié),是使學(xué)生得到化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練,為畢業(yè) 設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。圍繞以某一

2、典型單元設(shè)備 (如板式塔、填料塔、干燥器、蒸發(fā)器、冷卻器等 的設(shè)計(jì)為中心, 訓(xùn)練學(xué)生非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)和定型設(shè)備的選型能力。設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)為 3周,其基本內(nèi)容為:(1設(shè)計(jì)方案簡介:對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡要的論述。(2主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 (含計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算 :物料衡算,能量衡量,工藝參數(shù)的選定,設(shè)備的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。(3輔助設(shè)備的選型:典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計(jì)算,設(shè)備的規(guī)格、型號的選定。(4工藝流程圖:以單線圖的形式繪制,標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料方向,物流量、能流量,主 要測量點(diǎn)。(5主要設(shè)備的工藝條件圖:圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸,技術(shù)特性表和接管表

3、。(6設(shè)計(jì)說明書的編寫。設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容應(yīng)包括:設(shè)計(jì)任務(wù)書,目錄,設(shè)計(jì)方案簡介,工藝計(jì)算及 主要設(shè)備設(shè)計(jì),輔助設(shè)備的計(jì)算和選型,設(shè)計(jì)結(jié)果匯總,設(shè)計(jì)評述,參考文獻(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)由論述,計(jì)算和圖表三個(gè)部分組成,論述應(yīng)該條理清晰,觀點(diǎn)明確;計(jì)算要求方法正確,誤差小 于設(shè)計(jì)要求,計(jì)算公式和所有數(shù)據(jù)必需注明出處;圖表應(yīng)能簡要表達(dá)計(jì)算的結(jié)果。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,且是上述這些行業(yè)的通用設(shè) 備,占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高, 因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。 換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍, 一些 新型高效

4、換熱器相繼問世。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求:(1 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件;(2 結(jié)構(gòu)安全可靠;(3 便于制造、安裝、操作和維修;(4 經(jīng)濟(jì)上合理。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同, 換熱器的類型也多種多樣, 不同類型的換熱器各 有優(yōu)缺點(diǎn),性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中,首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型,然后計(jì)算換熱所需 傳熱面積,并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 . 5一 設(shè)計(jì)題目:煤油冷卻器的設(shè)計(jì) . 5二 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 . 5三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算 . 6四 繪制換熱器裝配圖(A1圖紙 . . 6 第一章 設(shè)計(jì)方案簡介 . 6 第一節(jié) 換熱器

5、簡介 . 8一、換熱器概述 . 8二、換熱器的分類 . 8 第二節(jié) 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) . 121、管程結(jié)構(gòu) . 122、殼程結(jié)構(gòu) . 13 第三節(jié) 管程和殼程數(shù)的確定 . 15 第四節(jié) 流動(dòng)空間的選擇 . 16 第五節(jié) 流體流速的選擇 . 17 第六節(jié) 流動(dòng)方式的選擇 . 17 第七節(jié) 加熱劑、冷卻劑的選擇 . 18 第八節(jié) 流體出口溫度的確定 . 18 第九節(jié) 材質(zhì)的選擇 . 18 第二章 列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 第一節(jié) 傳熱計(jì)算 . 191、傳熱系數(shù) K . 202、平均溫度差 . 203、對流傳熱系數(shù) . 234、污垢熱阻 . 23 第二節(jié) 流體流動(dòng)阻力 (壓強(qiáng)降 的計(jì)算 .

6、 . 24 第三節(jié) 列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的計(jì)算步驟總結(jié) . . 27 第三章 換熱器設(shè)計(jì) . 27一、確定設(shè)計(jì)方案 . . 28二、確定物性數(shù)據(jù) . 28四、傳熱面積初值計(jì)算 . 29五、管側(cè)傳熱系數(shù) . 29六、管內(nèi)給熱系數(shù) . 30七、傳熱核算 . 30八、殼側(cè)壓力降 . 30九、管側(cè)壓降計(jì)算 . 31十、裕度計(jì)算 . 32 十一、冬季因素考慮 . 32 十二、殼程接管 . 38 十三、管程接管 . 38 第四章 零件計(jì)算 . 39 第一節(jié) 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì) . 391、壁厚的確定 . 392、封頭 . 39第二節(jié) 管板與換熱管 . 411、管板 . 412、換熱管 . 42

7、 第三節(jié) 進(jìn)出口設(shè)計(jì) . 461、接管外伸長度 . 462、接管與筒體、管箱殼體的連接 . 463、排氣、排液管 . 474、接管最小位置 . 48 第四節(jié) 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接 . . 501、殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) . 502、管板與法蘭的連接 . 513、管子與管板的連接 . 53 第五節(jié) 折流板或支持板 . 541、折流板型式 . 542、折流板尺寸 . 553、折流板的布置 . 564、支持板 . 565、折流板質(zhì)量計(jì)算 . 56 第六節(jié) 防沖與導(dǎo)流 . 57 第七節(jié) 拉桿與定距管 . 571、拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 . 572、拉桿的位置 . 583、定距管尺寸 . 58

8、第八節(jié) 防短路結(jié)構(gòu) . 591、旁路擋板結(jié)構(gòu)尺寸 . 592、假管 . 59 第九節(jié) 膨脹節(jié) . 601、膨脹節(jié) . 602、膨脹節(jié)計(jì)算 . 61 第五章 管束振動(dòng)計(jì)算 . 64 第一節(jié) 概述 . 641、流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)的三種基本情況 . 642、管子最可能破壞的區(qū)段 . 643、破壞機(jī)理 . 644、流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理 . 645、橫流下管束動(dòng)力行為 . 656、流體動(dòng)力作用力 . 65 第二節(jié) 流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理 . 661、漩渦分離 . 662、湍流抖振 . 673、彈性不穩(wěn)定性 . 67 第三節(jié) 振動(dòng)分析: . 681、阻尼穩(wěn)定性理論: . 682、共振 . 683、橫向載荷校核 . 69

9、第四節(jié) 管束振動(dòng)計(jì)算 . 701、求斯特羅哈數(shù) . 702、求臨界速度系數(shù) D . 703、求臨界狀態(tài)時(shí)漩渦分離振頻率與管子固有頻率之比 . . 704、求臨界狀態(tài)時(shí)紊流抖動(dòng)振頻率與管子固有頻率之比 . . 70 第六章 流程圖 . 71 設(shè)計(jì)流程圖 . 71 工藝流程圖 . 72 第七章 結(jié)語 . 73 第八章 致謝 . 74 參考文獻(xiàn) . 75設(shè)計(jì)任務(wù)書一 設(shè)計(jì)題目:煤油冷卻器的設(shè)計(jì)二 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1. 處理能力:10萬噸 /年煤油2. 設(shè)備形式:列管式換熱器3. 操作條件(1 煤油:入口溫度 140,出口溫度 40(2 冷卻介質(zhì):自來水,入口溫度 30,出口溫度 40(3 允許壓強(qiáng)

10、降:不大于 100kPa(4 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù):密度 825kg/m3,黏度 7.15³10-4Pa.s ,比熱容 2.22kJ/(kg. , 導(dǎo)熱系數(shù) 0.14W/(m. (5 每年按 330天計(jì),每天 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行三 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算3.1 傳熱計(jì)算3.2 管、殼程流體阻力計(jì)算3.3管板厚度計(jì)算3.4 U形膨脹節(jié)計(jì)算3.5 管束振動(dòng)3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)四 繪制換熱器裝配圖(A1圖紙參考文獻(xiàn)1 夏清,姚玉英 , 陳常貴 , 等 . 化工原理 M. 天津:天津大學(xué)出版社, 20012華南理工大學(xué)化工原理教研組 . 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì) M. 廣州:

11、華南理工大學(xué)出版社, 19963 刁玉瑋 , 王立業(yè) . 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)(第五版 M.大連:大連理工大學(xué)出版社 , 20004 大連理工大學(xué)化工原理教研室.化工原理課程設(shè)計(jì) M.大連:大連理工大學(xué)出版社, 19965 魏崇光,鄭曉梅 . 化工工程制圖 M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 , 19986 婁愛娟 , 吳志泉 . 化工設(shè)計(jì) M.上海:華東理工大學(xué)出版社, 20027 華東理工大學(xué)機(jī)械制圖教研組 . 化工制圖 M. 北京:高等教育出版社, 19938 王靜康 . 化工設(shè)計(jì) M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版, 19989 傅啟民 . 化工設(shè)計(jì) M. 合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 200010 董大

12、勤 . 化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 ,199911 GB 151-1999管殼式換熱器12 JB/T 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)13 靳明聰 . 換熱器 M. 重慶:重慶大學(xué)出版社, 199014 蘭州石油機(jī)械研究所 . 換熱器 M. 北京:烴加工出版社, 1986第一章 設(shè)計(jì)方案簡介一、 設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實(shí)際性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié),是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁,是使學(xué) 生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計(jì),要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程 的基本知識,進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù),從而得

13、到化工設(shè)計(jì)的 主要程序和方法,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí),通過課程設(shè)計(jì),還可以培養(yǎng)學(xué)生樹立 正確的設(shè)計(jì)思想,培養(yǎng)實(shí)事求是,嚴(yán)肅認(rèn)真,高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。二、 該設(shè)備的作用及在生產(chǎn)中的應(yīng)用換熱器是實(shí)現(xiàn)傳熱過程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備,它在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。 例如:在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、 蒸餾操作中蒸餾釜和冷凝器、 化工廠蒸發(fā)設(shè)備的加熱室等。 三、工藝流程示意圖飽和水蒸氣應(yīng)從換熱器殼程上方進(jìn)入,冷凝水由殼程下方排出,冷卻水從換熱器下方的入口進(jìn)入,上 方的出口排除。四、說明運(yùn)用該設(shè)備的理由這種換熱器的特點(diǎn)是殼體和管板直接焊接,結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。在同樣的

14、殼體直徑內(nèi),排管較多。管式 換熱器具有易于制造、成本較低、處理能力達(dá)、換熱表面清洗比較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng) 性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點(diǎn),由于兩管板之間有管子相互持撐,管板得到加強(qiáng),故在各種列管換熱 器中他的管板最薄,其造價(jià)比較低,因此得到了廣泛應(yīng)用。五、設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該結(jié)構(gòu)能夠快速的降低物料的溫度,工作時(shí)熱流體走殼程,冷流體走管程,使接觸面積大大增加,加 快了換熱速度。同時(shí),對溫差稍大時(shí)可在殼體的適當(dāng)部位焊上補(bǔ)償圈 (或稱膨脹節(jié) ,通過補(bǔ)償圈發(fā)生彈性 變形 (拉伸或壓縮 來適應(yīng)外殼和管束不同的膨脹程度。六、在設(shè)計(jì)中遇到的問題的處理在設(shè)計(jì)中,在工藝計(jì)算過程中,由于選取 K 0不

15、當(dāng)或其他條件選取不當(dāng),造成在校核時(shí) K 0不符合要求。 在重新選取 K 0的同時(shí),改變了其他的條件,如:n , L 等,經(jīng)過二次校核達(dá)到了預(yù)期的目的。七、設(shè)計(jì)方案的確定(1對于列管式換熱器,首先根據(jù)換熱流體的腐蝕性或其它特性選項(xiàng)定其結(jié)構(gòu)材料,然后再根據(jù)所 選項(xiàng)材料的加工性能,流體的壓強(qiáng)和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、安裝檢修和維護(hù)清洗的要求 以及經(jīng)濟(jì)合理性等因素來選項(xiàng)定其型式。設(shè)計(jì)所選用的列管換熱器的類型為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱設(shè)備,在工業(yè)中應(yīng)用已有悠久 歷史,具有易制造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、 可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點(diǎn),

16、故在大型換熱器中占優(yōu)勢。固定管板式列管換熱器的特點(diǎn)是,殼體與管板直接焊接,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,在同樣的殼體直徑內(nèi)排管最多。 由于兩管板之間有管板的相互支撐,管板得到加強(qiáng),故各種列管換熱器中它的管板最薄,造價(jià)最低且易清 洗。缺點(diǎn)是,管外清洗困難,管壁與殼壁之間溫差大于 50時(shí),需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié),依靠膨脹節(jié)的彈 性變形以降低溫差壓力, 使用范圍僅限于管、 殼壁的溫差不大于 70和殼程流體壓強(qiáng)小于 600kpa 的場合, 否則因膨脹節(jié)過厚,難以伸縮而失去溫差補(bǔ)償作用。(2工藝流程圖(3流體流經(jīng)的空間:冷卻水走管程原因有以下幾個(gè)方面,冷卻水常常用江水或井水,比較臟硬度 較高,受熱容易結(jié)垢,在管內(nèi)便于清理

17、,此外,管內(nèi)流體易于維持高速,可避免懸浮顆粒的沉積。管程可 以采用多管程來增大流速,用以提高對流傳熱系數(shù)。被加熱的流體應(yīng)走管程,以提高熱的有效利用,被冷 卻的流體走殼程,以便于熱量散失。飽和蒸汽由于比較清潔應(yīng)于殼程流過,易便于冷凝液的排出。綜上所 述冷卻水走管程蒸汽走殼程。(4流體的流動(dòng)方向選擇:飽和水蒸氣應(yīng)從換熱器殼程上方進(jìn)入,冷凝水從殼程的下方排出,這樣 既便于冷凝水的排放,又利于傳熱效率的提高 ; 冷卻水一般從換熱器的下方的入口進(jìn)入 , 上方的出口排出 , 可減少冷卻水流動(dòng)中的死角 , 以提高傳熱面積的有效利用 . 故采用逆流 .(5流速的選擇 :換熱器內(nèi)流體的流速大小 , 應(yīng)有經(jīng)濟(jì)衡算

18、來決定 . 增大器內(nèi)流體的流速 , 可增強(qiáng)對流傳 熱 , 減少污垢在換熱管表面上沉積的可能性 , 即降低了污垢的熱阻 , 使總傳熱系數(shù)增大 , 從而減少換熱器的 傳熱面積和設(shè)備的投資經(jīng)費(fèi) , 但是流速增大 , 又使流體阻力增大 , 動(dòng)力消耗也就增多 , 從而致使操作費(fèi)用增 加 , 若流速過大 , 還會(huì)使換熱器產(chǎn)生震動(dòng) , 影響壽命 , 因此選取合適的流速是十分重要的 .(6冷卻劑及出口溫度的確定 :選取水做冷卻劑 , 它們可以直接取自大自然 , 不必特別加工 . 由于本地水 源豐富 , 可以降低傳熱面積 , 減少設(shè)備費(fèi)用 , 故取出口溫度為 28 .第一節(jié) 換熱器簡介一、換熱器概述換熱器是將熱

19、流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞,又稱 熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在換熱器中,至少有兩種溫度不同的流體,一種流體溫度較高,放出熱量;另一種流體則溫度 較低,吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱,但它的基本原理與前一種 情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器,且它們是上述這些行業(yè)的通 用設(shè)備,占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提 高,因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍,一些新型高

20、效換熱器相繼問世。二、換熱器的分類換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于耗能用量大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展,換熱器的種類越來越 多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器,結(jié)構(gòu)型式也不同,換熱器的具體分類如 下:1、換熱器按傳熱原理可分為:1間壁式換熱器間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動(dòng),通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對 流,兩種流體之間進(jìn)行換熱。因此又稱表面式換熱器,這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱 面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。2蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體,把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體,熱介質(zhì)先通過加熱固 體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后,冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱,使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn) 式、閥門切換式等。3流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器,是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器,熱載體在 高溫流體換熱器和低溫流體之