化工原理課程設(shè)計方案換熱器00001

化工原理課程設(shè)計?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月任務(wù)書PAGEI化工原理課程設(shè)計《換熱器》設(shè)計任務(wù)書班級精化07—１姓名一、設(shè)計題目：無相變列管式換熱器的設(shè)計二、設(shè)計任務(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：6500kg/ｈ，壓力:0。3MPa3、循環(huán)冷卻水壓力：0．4MＰa，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ρ1=994kg/m３；定壓熱比容cp,1＝2．22kJ/（kg·℃）；熱導(dǎo)率λ１=0.14W/（m·℃）；黏度μ1＝7．15×10－4Pa·ｓ三、設(shè)計項目（說明書格式）1、封面、任務(wù)書、目錄。2、設(shè)計方案簡介：對確定的換熱器類型進行簡要論述.3、換熱器的工藝計算：確定物性數(shù)據(jù)估算傳熱面積工藝結(jié)構(gòu)尺寸換熱器核算:包括傳熱面積核算和換熱器壓降核算４、換熱器的機械設(shè)計5、繪制列管式換熱器結(jié)構(gòu)圖(ＣAD）.6、對本設(shè)計進行評述。7、參考文獻成績評定指導(dǎo)教師２0１0年6月８日目錄TOC＼o"１—3＂\h\z\uHYPERLIＮＫ\ｌ_Tｏｃ145111設(shè)計方案簡介?PAGEREF＿Toｃ14５１11HＹＰERLINＫ\l_Tｏc６1391。1選擇換熱器類型 PAGERＥF_Toc61391ＨYPERＬIＮK\l_Toc７08８1。2冷熱流體流動通道的選擇?PAGEREF_Ｔｏc7088１HＹPERLIＮK＼ｌ_Toｃ110６１2換熱器的設(shè)計計算 PAGＥREＦ_Tｏｃ110６11HYPＥRLＩＮK＼ｌ_Toc2８2642。1確定物性數(shù)據(jù)?PAＧＥREＦ_Ｔoc282６41HYPERLINK\l＿Ｔｏｃ１906６２．2估算傳熱面積?ＰAＧEREF_Toc1906６2HYPＥRLINK\l_Toc5２３62。2．1熱流量?PAGERＥF_Ｔoc5236２ＨYPＥＲLINK\l_Ｔoc282５８２.２.2平均傳熱溫差?PＡGEREＦ_Toc282582HＹPERLＩＮK\l_Toc441２。2．3冷卻水用量 PAGＥREF_Toc4４12ＨYPERLINＫ\ｌ_Toｃ190１02．2.4總傳熱系數(shù)?2HＹＰＥRＬIＮK＼l_Ｔoc３0509２.2.5計算傳熱面積 ＰAＧEREＦ_Ｔoc30509２HYPEＲＬINK\ｌ_Toc292572。3工藝結(jié)構(gòu)尺寸?PAGEＲEF_Toc29257２ＨYPＥRLINＫ＼l_Toｃ３15032．4換熱器核算 PAGEREF＿Toc3１５０３5HYPERLINＫ\l_Ｔｏc1３146２。4。１熱量核算?PAGEＲEF_Toc13１46５ＨYPＥRＬINK\l_Ｔｏc４0４82.４。2換熱器內(nèi)流體的流動阻力?PAGEREF＿Toc４0486HYＰEＲLINK＼l_Toc１３0１83換熱器機械設(shè)計 PAGEREＦ_Tｏc1３01８9HYＰEＲLINK\ｌ_Ｔoｃ183８３。１殼體壁厚 PＡＧEREＦ＿Toc１83８9HＹＰEＲＬＩNＫ\ｌ_Ｔoc２40１0３.２管板尺寸 PＡGEREF_Toc2４0109HYPERLIＮK\l_Ｔoc315８03.３接管尺寸?PＡGＥRＥF_Toc3158０１１HYPEＲLＩNK\l＿Toc1０73０3．4換熱器封頭選擇 PAＧEREF_Toc10730１1HYPＥRLＩNＫ＼ｌ_Ｔoc１5723.5膨脹節(jié)選擇?ＰAGEREＦ_Tｏc1572１2HYPERLIＮK\l_Ｔoc1833.6其他部件?PAGEＲEF_Toc183１２ＨＹPEＲLＩNK\l_Ｔoc20074４評述?PAGＥREF_Ｔｏｃ２００7413HYPERＬINK＼ｌ_Toｃ1１131４。1可靠性評價?PAGEＲEF_Toｃ1113１13HYPEＲLＩＮK＼l_Toc1６５9４。２個人感想?PAGＥREF＿Ｔｏc165913HYPＥRLＩNK＼l_Toｃ4３035參考文獻 PAGEREF＿Toｃ４30313化工原理課程設(shè)計PAGE1１設(shè)計方案簡介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℃。，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0.4Mpa,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φ25×2。5的碳鋼管,管內(nèi)流速設(shè)為ui=1．0m/ｓ。

2換熱器的設(shè)計計算2。１確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。殼程柴油的定性溫度：ｔ熱＝（140＋60）/2=１00℃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ρ1=９94kg/m３定壓比熱容Cp1=２.22kJ/(kg·℃）熱導(dǎo)率λ1=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ρｉ=99４.３kg／m3定壓比熱容Cpi＝4．１７4kJ/（kｇ·Ｋ)熱導(dǎo)率λｉ=0.６241W/(ｍ·K）粘度μｉ=0.00074２8Pa·s2。2估算傳熱面積２．2.１熱流量Ｑ1=ｍ1Ｃｐ1t1=6500×2。２２×(14０—60)=1。１５×106kJ/h=319．４kW2。2.２平均傳熱溫差Δt1=60-29=3１K,Δｔ2＝140－39=101Ｋ所以,Δtｍ＝(1０1-3１)/ｌn（１0１/３１）=５9.２7K2。2.３冷卻水用量流量wi＝Q1/Cpｉ/Δti=1.1５×106／4.174/（３9-29)＝２。75５×10４kg/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計算傳熱面積考慮１5%的面積裕度,S=1.１5×S＝1．15×15.４=17.７m２２。3工藝結(jié)構(gòu)尺寸2。3.1管徑和管內(nèi)流速選用φ25×2.5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)按單程管計算，所需的傳熱管長度按單程管設(shè)計，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》[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)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=0.0００１７2m2·℃/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Rｓｏ=0.０00３44ｍ２·℃/W4）傳熱面積該換熱器的實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)計的換熱器較為合適。2.4．2換熱器內(nèi)流體的流動阻力(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，,管程流動阻力在允許范圍之內(nèi).(２)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，，總阻力殼程流動阻力也比較合適。（３)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見附錄?3換熱器機械設(shè)計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)計壓力為０。3MPa。選用低合金結(jié)構(gòu)鋼板１6MｎR卷制，材料１０0℃時的許用應(yīng)力,取焊縫系數(shù)，腐蝕欲度，則計算厚度設(shè)計厚度名義厚度，取。有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗校核10０.2Mpa＜0.9，水壓強度滿足要求。3。2管板尺寸固定管板厚度設(shè)計采用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度削弱系數(shù)(雙程）兩管板間換熱管有效長度（除兩管板厚度）L估取5９10mm計算數(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,管子強度校核管板計算厚度滿足強度要求?？紤]管板雙面腐蝕取C2=4mm,隔板槽深取4mm，實際管板厚度為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。接管計算厚度接管有效厚度開孔直徑接管有效補強寬度接管外側(cè)有效補強高度需要補強面積可以作為補強的面積為因為，所以不用另需補強.則該接管強度足夠。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。計算厚度設(shè)計厚度名義厚度,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.支座采用鞍座，選用JＢ/T４712鞍座ＢI400—F/S.取,，其安裝高度為２00ｍｍ。

４評述４．1可靠性評價根據(jù)主要設(shè)備的厚度來校核,看是否符合強度要求。由3.1節(jié)的設(shè)計可以得到，換熱器的壁厚經(jīng)水壓校核符合強度要求。故設(shè)計可行性較好。從經(jīng)濟性考慮,其材料根據(jù)各個部件的功能選用如低合金鋼，碳素鋼，綜合看來較經(jīng)濟，并且其制造工藝簡單方便。而且,設(shè)計都滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，該設(shè)計可靠性較高.4．2個人感想化工設(shè)計是一項比較繁瑣的設(shè)計工作,它不僅要求我們隊化工設(shè)計有基礎(chǔ)的了解,而且還要對化工原理、化工機械等課程的知識具有一定運用能力，同時對計算機也要有一定的操作能力。我們學(xué)習(xí)的是一種設(shè)計的思維和設(shè)計的態(tài)度，反復(fù)推敲的能力。這次設(shè)計,不僅鞏固可化工原理等各課程的知識，同時磨練了意志力.相信這次課程設(shè)計會讓我們更加注意理論與實踐的結(jié)合，對以后的學(xué)習(xí)具有很大的幫助.

５參考文獻[1］夏清,陳常貴.化工原理上冊．第一版(修訂)。天津：天