化工原理課程設(shè)計(jì)-材料與化工學(xué)院

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工原理課程設(shè)計(jì)學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2010年 06月 專心-專注-專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級 精化07-1 姓名 一、設(shè)計(jì)題目：無相變列管式換熱器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件某生產(chǎn)過程中，用循環(huán)冷卻水冷卻柴油。1、柴油入口溫度： 140 ，出口溫度： 60 2、柴油流量： 6500 kg/h，壓力： 0.3 MPa 3、循環(huán)冷卻水壓力： 0.4 MPa，入口溫度： 29 ，出口溫度： 39 已知柴油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：密度1=994kg/m3；定壓熱比容cp，1=2.22kJ/(kg·)；熱導(dǎo)率1=

2、0.14W/(m·)；黏度1=7.15×10-4 Pa·s三、設(shè)計(jì)項(xiàng)目(說明書格式) 1、封面、任務(wù)書、目錄。2、設(shè)計(jì)方案簡介：對確定的換熱器類型進(jìn)行簡要論述。 3、換熱器的工藝計(jì)算：1) 確定物性數(shù)據(jù)2) 估算傳熱面積3) 工藝結(jié)構(gòu)尺寸4) 換熱器核算：包括傳熱面積核算和換熱器壓降核算4、換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 5、繪制列管式換熱器結(jié)構(gòu)圖（CAD）。 6、對本設(shè)計(jì)進(jìn)行評述。 7、參考文獻(xiàn)成績評定 指導(dǎo)教師 2010年 6月 8 日目 錄1 設(shè)計(jì)方案簡介1.1 選擇換熱器類型兩流體溫度變化情況：熱流體柴油入口溫度140，出口溫度60；冷流體入口溫度29，出口溫度39。，

3、t冷=（29+39）/2=34，t熱=（140+60）/2=100，t熱- t冷=100-34=66，溫差較大，但是柴油壓力為0.3Mpa，冷卻水壓力為0.4 Mpa，壓力偏低，故可以選用固定管板式換熱器，采用逆流1.2 冷熱流體流動(dòng)通道的選擇從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使冷卻水走管程，由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以冷卻水走管程，柴油走殼程，以便散熱。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速設(shè)為ui=1.0m/s。2 換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。殼程柴油的定性溫度：t熱=（140+60）/2=1

4、00管程流體的定性溫度： t冷=（29+39）/2=34根據(jù)定性溫度，查化工原理書附錄1，利用內(nèi)插法計(jì)算殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。柴油的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 1=994kg/m3定壓比熱容 Cp1=2.22kJ/(kg·)熱導(dǎo)率 1=0.14W/(m·)粘度 µ1=7.15×10-4Pa·s冷卻水在34的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=994.3kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.174kJ/(kg·K)熱導(dǎo)率 i=0.6241W/(m·K)粘度 µi=0.Pa·s2.2 估算傳熱面積2.2.1 熱流量Q

5、1=m1Cp1t1=6500×2.22×（140-60）=1.15×106kJ/h=319.4kW2.2.2 平均傳熱溫差 t1=60-29=31K，t2=140-39=101K所以，tm=(101-31)/ln(101/31)=59.27K2.2.3 冷卻水用量流量wi=Q1/ Cpi/ti=1.15×106/4.174/(39-29)=2.755×104 kg/h2.2.4 總傳熱系數(shù) 利用化工原理附表，根據(jù)兩種流體的性質(zhì)，可查出換熱器總傳熱系數(shù)，取其值為350。2.2.5 計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度，S=1.15×S=1.

6、15×15.4=17.7m22.3 工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.3.1 管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速2.3.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為（管程）傳熱管總根數(shù) 根2.3.3 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，四管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)為 平均傳熱溫差2.3.4 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)采用正方形排列。取管心距，則橫過管束中心線的管數(shù)根2.3.5 殼體內(nèi)徑采用

7、多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則參考化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)2,殼體內(nèi)徑根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，圓整可取。2.3.6 折流板采用弓形折流板（水平圓缺），取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，則切去的圓缺高度為。取折流板間距，則根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)取板間距為200mm。折流板數(shù) 塊，折流板圓缺水平裝配。2.3.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)油品流速為，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑為。2.4 換熱器核算2.4.1 熱量核算1)殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采取克恩公式當(dāng)量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)

8、粘度校正 2)管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)3)傳熱系數(shù)根據(jù)化工原理附錄，可取管外側(cè)污垢熱阻Rsi=0.m2·/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Rso=0.m2·/W4)傳熱面積該換熱器的實(shí)際傳熱面積 該換熱器的面積欲度H=（Sp-S）/S=(23.55-17.56)/17.56=0.34=34%而一般換熱器的面積欲度大于15%20%，就可以滿足要求。故所設(shè)計(jì)的換熱器較為合適。2.4.2 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程阻力，管程結(jié)垢校正系數(shù)，由，查化工原理書表1-2得傳熱管相對粗糙度為，再查圖1-27得，流速，所以， 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。（2

9、）殼程阻力，流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力，總阻力殼程流動(dòng)阻力也比較合適。（3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見附錄3 換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)3.1 殼體壁厚由工藝得，殼體內(nèi)徑，殼體定性溫度為100。殼體設(shè)計(jì)壓力為0.3MPa。選用低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料100時(shí)的許用應(yīng)力，取焊縫系數(shù)，腐蝕欲度，則計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度 名義厚度 ，取。有效厚度 水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)校核100.2Mpa0.9，水壓強(qiáng)度滿足要求。3.2 管板尺寸固定管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法3。假定管板厚度 b=40mm總換熱管數(shù)量 n=50一根管壁金屬的橫截面積為開孔強(qiáng)度削弱系數(shù)（雙程）兩管板間換熱管

10、有效長度（除兩管板厚度）L估取5910mm計(jì)算數(shù)值K 按管板簡支考慮，依K值查圖得，G1=1.0，G2=0.57，G3=1.3。管子與筒體的剛度比筒體內(nèi)徑截面積 管板上管孔所占的總截面積 系數(shù) 系數(shù)換熱管與殼體的總膨脹差最大壓差當(dāng)量壓差殼程壓力 ，管程壓力。管板最大應(yīng)力管子最大應(yīng)力管板采用16Mn鍛，換熱管采用10號碳素鋼，管板，管子強(qiáng)度校核管板計(jì)算厚度滿足強(qiáng)度要求?？紤]管板雙面腐蝕取C2=4mm，隔板槽深取4mm，實(shí)際管板厚度為48mm。3.3 接管尺寸 接管選用20號熱扎碳素鋼管，鋼管許用應(yīng)力，C2=1。 接管計(jì)算厚度 接管有效厚度 開孔直徑 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 需要補(bǔ)

11、強(qiáng)面積 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為 因?yàn)椋圆挥昧硇柩a(bǔ)強(qiáng)。則該接管強(qiáng)度足夠。3.4 換熱器封頭選擇綜合考慮，此換熱器采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度 名義厚度 ，取。故該封頭可用2mm厚的16MnR鋼板制作，取直邊高度為25mm。3.5 膨脹節(jié)選擇 殼壁橫截面面積 換熱管總截面面積 管，殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向離F1 壓力作用于殼體上的軸向應(yīng)力F2，其中 則 壓力作用于管子上的軸向應(yīng)力 則 根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器 故本換熱器不用安裝膨脹節(jié)。3.6 其他部件設(shè)備法蘭采用甲型平焊法蘭，配用壓緊面為平形，則墊片采用非金屬軟墊片耐油橡膠石棉墊。根據(jù)工藝條件，選取墊片厚度為17.5mm的。支

12、座采用鞍座，選用JB/T 4712 鞍座 BI 400-F/S。取,其安裝高度為200mm。4 評述4.1 可靠性評價(jià)根據(jù)主要設(shè)備的厚度來校核，看是否符合強(qiáng)度要求。由3.1節(jié)的設(shè)計(jì)可以得到，換熱器的壁厚經(jīng)水壓校核符合強(qiáng)度要求。故設(shè)計(jì)可行性較好。從經(jīng)濟(jì)性考慮，其材料根據(jù)各個(gè)部件的功能選用如低合金鋼，碳素鋼，綜合看來較經(jīng)濟(jì)，并且其制造工藝簡單方便。而且，設(shè)計(jì)都滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，該設(shè)計(jì)可靠性較高。4.2 個(gè)人感想化工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較繁瑣的設(shè)計(jì)工作，它不僅要求我們隊(duì)化工設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)的了解，而且還要對化工原理、化工機(jī)械等課程的知識具有一定運(yùn)用能力，同時(shí)對計(jì)算機(jī)也要有一定的操作能力。我們學(xué)習(xí)的是一

13、種設(shè)計(jì)的思維和設(shè)計(jì)的態(tài)度，反復(fù)推敲的能力。這次設(shè)計(jì)，不僅鞏固可化工原理等各課程的知識，同時(shí)磨練了意志力。相信這次課程設(shè)計(jì)會(huì)讓我們更加注意理論與實(shí)踐的結(jié)合，對以后的學(xué)習(xí)具有很大的幫助。5 參考文獻(xiàn)1 夏清，陳常貴.化工原理上冊.第一版（修訂）.天津：天津大學(xué)出版社，20052 匡國柱，史啟才.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，20073 刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).大連：大連理工大學(xué)出版社，20064 任曉光，宋永吉，李翠清.化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20095 王維周，王家榮.化學(xué)工程基礎(chǔ).杭州：浙江科技技術(shù)出版社，2005附 錄附表 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流量/(kg/h)275506500進(jìn)（出）口溫度/29/39140/60壓力/MPa0.40.3物性定性溫度/34100密度/(kg/m3)994.3994定壓比熱容/kJ/(kg·4.1742.22黏度/Pa·s7.428×10-47.15×10-4熱導(dǎo)率/W/(m·0.62410.14設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型式列管式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm400臺數(shù)1管徑/mm25×2.5管