循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)

1、 目錄 設(shè)計(jì)目錄 1一 設(shè)計(jì)任務(wù)書 3二 物性參數(shù)的確定 4三 設(shè)計(jì)方案的確定 4 1選擇換熱器的類型 4 2流程安排 5四 估算傳熱面積 5 1換熱器的熱負(fù)荷 5 2平均傳熱溫差 6 3傳熱面積 6五 工程結(jié)構(gòu)尺寸 7 1管徑和管內(nèi)的流速 7 2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 7 3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 7 4傳熱管排列和分程方法 8 5管體內(nèi)徑 8 6折流板 8 7其它附件 9 8接管 9六 換熱器的核算 9 1傳熱能力的核算 9 管程傳熱膜系數(shù) 9 污垢熱住和關(guān)閉熱阻 10 殼程對流傳熱膜系數(shù)  10 總傳熱系數(shù)K 11 傳熱面積裕度 11 2換熱器內(nèi)流體的流動阻力 12 校核管程流體的

2、阻力 殼程流體的阻力七 換熱器的主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 13八 設(shè)備參數(shù)的計(jì)算 14 1殼體壁厚 14 2接管法蘭 15 3設(shè)備法蘭 15 4封頭管箱 15 5設(shè)備法蘭用墊片 15 6管法蘭用墊片 16 7管板 16 8支墊 16 9設(shè)備參數(shù)總表 16九 參考文獻(xiàn) 17十 學(xué)習(xí)體會與收獲 18十一 重要符號說明 201. 設(shè)計(jì)任務(wù)書 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè) 過程裝備與控制工程班級 姓名 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74T/h 2循環(huán)水 入口溫度 55 攝氏度 出口溫度40攝氏度 3冷卻水 入口溫度 20 攝氏度 出口溫度40攝氏度 4常壓冷卻熱損失5% 5兩側(cè)污垢

3、的熱阻0.00017( m2)/W 6初設(shè)k= 900W/(m) 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)說明2根據(jù)所選換熱器患處設(shè)備裝配圖 指導(dǎo)教師 二 計(jì)算物性參數(shù)1、定性溫度下兩流體的物性參數(shù)（1）循環(huán)水定性溫度tm=47.5 密度h=989.1kg/m3；比熱容Cph=4.174kJ/(kg. 導(dǎo)熱系數(shù)h=0.6443W/(m) 粘度h=0.0005Pa.s(2) 冷卻水定性溫度tm=25 密度i=996.9kg/m3比熱容Cpi=4.179kJ/(kg.) 導(dǎo)熱系數(shù)i=0.6083W/(m.) 粘度i=0.0009025Pa.s三 設(shè)計(jì)方案的確立 1.選擇換熱器類型：固定管板式換

4、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。當(dāng)管束和殼體之間溫差太大而產(chǎn)生不用的膨脹時，常會使管子與管板的借口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄露。為此常在外殼上焊一膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對移動。由此可見，固定管板式換熱器比較適合用于溫度不大或較大但殼程壓力不高的場合，所以此設(shè)計(jì)易選用固定管板式換熱器。 固定管板式換熱器 2.流程安排: 由于是常溫冷卻，并且循環(huán)水相對比較潔凈，所以選擇循環(huán)水走

5、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。四估算傳熱面積1.換熱器的熱負(fù)荷： =74000×4.174×（55-40）×95 =4.401×kg/h=1222.5kw2.平均傳熱溫差（對流傳熱）：Ctttmo.22.521'=2D+D=D 冷卻水用量：3.傳熱面積： 考慮15%的面積裕度：五. 工程結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管程流速： 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))(78102.0875.036009.996/3.422根=´´´=udVnisp按單管程計(jì)算

6、，傳熱總管長度為：現(xiàn)在取傳熱管長，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總跟數(shù)：N=782=156（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)，查表得： 平均傳熱溫差：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)采用正方型排列，取管心距 則t=1.25×25=31.2532（mm） 隔板兩側(cè)相鄰管心距為： 通過管束中心線的管數(shù)：5.殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為： 圓整可取：D=600（mm）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

7、=150（mm） 取折流板間距B=0.3D，則B=0.3×600=180（mm）取B=200（mm） 折流板數(shù)：7.附件：選取拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為4根，殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。8.接管 管程流體進(jìn)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(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為：u=2m/s 則接管內(nèi)徑； 所以取標(biāo)準(zhǔn)管：殼程接管：，管程接管：。六. 換熱器的核算1.傳熱能力核算管程傳熱膜系數(shù)： 管程流速截面積： 管程流體速度： 污垢熱阻和管壁熱阻 污垢熱阻：Rsi=0.00017 ( m2)/W Rso=0.00017 (m2)/W 管壁導(dǎo)熱系數(shù)： 殼程對

8、流傳熱膜系數(shù)： 粘度校正 總傳熱系數(shù)K ： 傳熱面積： 實(shí)際傳熱面積： 面積裕度： 2換熱器內(nèi)流動的流動阻力 管程流動阻力： 由Re=21982,傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄 圖得i=0.033w/m·oc i=0.995m/s =996.9kg/m3, 所以 P1=0.033×（6/0.02）×（0.9952×996.9/2)=4885.43Pa P2=2/2=3×996.9×0.9952/2=1480.43Pa 管程流動阻力在允許范圍之內(nèi) 。 殼程阻力： P0=（P1'+P2'）FtNs Ft

9、=1 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=0.5007 nc=15 NB=29 0=0.792m/s P0=0.5×0.5007×15×(29+1)×0.7922×989.1/2=34947.2Pa 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=25459.2Pa 總阻力損失： P總=34947.9+25

10、459.2=60407.1Pa 殼程流動阻力在允許范圍內(nèi) 。七.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表管程殼程流率kg/h740001108680.6溫度進(jìn)/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.)407194.174粘容Pa.s90.25×10-564.8×10-5導(dǎo)熱系數(shù)W/(m) 60.83×10-564.43×10-5普蘭特數(shù)6.323.74 設(shè)備結(jié)構(gòu)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

11、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(jì)算結(jié)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·/w0.000170.00017阻力損失0.0190.025熱負(fù)荷kw1222.5傳熱溫差18.38傳熱系數(shù)w/m2·1069.4裕度18.14八.設(shè)備參數(shù)計(jì)算1. 殼體壁厚 S，c=PDi/2&t-P=1.6×600/2×113×0.9-1.6=4.76mm C=1.2

12、4mm Sc=Sc，+C=6mm 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KH1251334235200178310181.988M16561501594.5260225202312182.628M16562. 設(shè)備法蘭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）600150400.4640.396 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

13、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，長度666，材料為16MnR。 8. 支墊（鞍式支座）公稱直徑Dg每個支座允許負(fù)荷tb1LBlK1bm重量（kg）60036.81805501202604209022026.39.設(shè)備參數(shù)總表序號圖號標(biāo)準(zhǔn)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

14、-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0.310JB/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/

15、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0.0648.220JB/T4707螺栓M20x150-A626.8級0.3320.4621SYJ11-65墊片1橡膠板0.3九.參考文獻(xiàn) 1 夏清 陳常貴主編.化工原理（上、下）.天津：天津大學(xué)出版社，2005 2 化工原理教研室選編.化工原理課程設(shè)計(jì).齊市：齊大，

16、2008 3 大連理工大學(xué)化工原理教研.化工原理課程設(shè)計(jì).大連：大連理工大學(xué)出版社, 1996 4 匡國柱，史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 5 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編寫.化工工藝設(shè)計(jì)手冊（上、下）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986 6 柴誠敬等.化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995 7 譚慰主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津：天津大學(xué)出版社，2000 8 刑曉林主編.化工設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 9程達(dá)芳等主編.化工過程及設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000 10樣祖榮主編.化工原理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 11鄭津洋等主編.過程

17、設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 12匡照忠主編.化工機(jī)器與設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006十. 學(xué)習(xí)體會與收獲為期兩個星期的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束，這次設(shè)計(jì)的是處理74T/h管殼式循環(huán)水冷卻器。雖然為期不長，但收獲頗多。整個設(shè)計(jì)過程中，我們不僅鞏固了以前學(xué)過的知識的同時，還學(xué)到了很多新的知識、掌握了很多新技能，更重要的是我們積累了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。首先，這次課程設(shè)計(jì)是我們接觸的第一個專業(yè)課程設(shè)計(jì)，所要用到的知識很多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、傳熱學(xué)、流體力學(xué)和換熱器原理與設(shè)計(jì)等方面的知識。這些知識不是機(jī)械的相加，而是需要全面的考慮和整體布局，不止一次因?yàn)榭紤]不全而要重新來過；有時會不耐

18、煩，可想想不耐煩對我沒有任何益處，便及時的調(diào)整過來。這次設(shè)計(jì)鞏固我以前所學(xué)習(xí)的知識，讓我專業(yè)知識有了更深的認(rèn)識和理解。其次，這次課程設(shè)計(jì)還考驗(yàn)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、平和的心態(tài)。這次設(shè)計(jì)工作量大，用到的知識多，而確我們又是第一次設(shè)計(jì)，所以單獨(dú)靠自己是不法完滿的完成本次課程設(shè)計(jì)，我們經(jīng)常要進(jìn)行討論，也要耐心的聽其他同學(xué)的意見。連續(xù)兩個星期是一件挺辛苦的事。有時為了一個數(shù)據(jù)查找了好幾本書，還是找不到結(jié)果的時候，是挺納悶的，很容易讓人想放棄。但有目標(biāo)在，或繼續(xù)請教其他同學(xué)，或繼續(xù)尋找；努力終會結(jié)果，這結(jié)果就是對努力的獎勵。特別是在其他同學(xué)都還沒找到而你找到，拿來跟其他同學(xué)共享，那更是一件樂事。在辛苦的同時，享受著辛苦帶來收獲的喜悅。在此，感謝學(xué)院給我們提供了這么一個學(xué)習(xí)的機(jī)會，讓我們把所學(xué)的知識得以運(yùn)用，感謝朱憲榮老師給我們的耐心指導(dǎo)，讓我們的設(shè)計(jì)得以順利完成，讓我明白什么是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。十一.重要符號說明 Q 熱負(fù)荷 KJ/hmi熱流體質(zhì)量流速 KJ/hCpi熱流體比熱容 KJ/(kg)Cpi冷流體比熱容 KJ/(kg)di 傳熱管的內(nèi)徑 mdo 傳熱管的外徑 mde當(dāng)量直徑 m