浮頭式列管換熱器課程設計

1、<p>　　《食品機械與設備》課程設計報告</p><p>　　浮頭式列管換熱器的設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　一、設計任務書2</b></p><

2、;p><b>　　二、設計計算2</b></p><p>　　2.1確定設計方案2</p><p>　　2.12管程安排2</p><p>　　2.2確定物性數(shù)據2</p><p>　　2.3估算傳熱面積3</p><p>　　2.31熱流量（忽略熱損失）3</p>

3、<p>　　2.4工藝結構尺寸4</p><p>　　2.5換熱器核算7</p><p>　　三、設計結果匯總表11</p><p>　　四、設計評述及設計收獲12</p><p><b>　　五、參考資料12</b></p><p>　　[摘要]本次設計的題目為浮頭式換熱器

4、。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產生溫差熱應力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗。在化工工業(yè)中應用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進行了整體的設計，按照設計要求，在結構的選取上，采用了1-3型，即殼側兩程，管側四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結構。然后按照設

5、計的要求以及一系列國際標準進行結構設計，之后對有些部件有限元軟件ANSYS進行了強度校核并對結構進行了優(yōu)化，最后提出一些制造與安裝方面的問題。</p><p>　　[關鍵詞]換熱器；浮頭；管殼</p><p>　　Design of floating head heat exchanger</p><p>　　[Abstract]:The topic of our

6、study is the design of floating head heat exchanger.The floating head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger.It is special for its floating head.One of its tube sheet is fixed,while another can

7、 float in the shell,so called floating head.As the tubes can expand without the restriction of the shell,it can avoid thermal stress.Another advantage is that it can be dismantled and clean easily.It is widely used in ch

8、emical industry.In this study an</p><p>　　[Key words]:heat exchanger;floating head;tube and shell</p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p>　　某生產過程中，反應器的混合氣體經與進料物流換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從120℃

9、進一步冷卻至60℃之后，進入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混合氣體的流量為231801㎏/h,壓力為6.9MPa,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為20℃，出口溫度為40℃，試設計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。</p><p><b>　　二、設計計算</b></p><p><b>　　2.1確定設計方案</b></p

10、><p>　　2.11選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進口溫度120℃，出口溫度60℃；</p><p>　　冷流體的進口溫度20℃，出口溫度為40℃。</p><p>　　該換熱器能夠循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用

11、浮頭式換熱器。</p><p><b>　　2.12管程安排</b></p><p>　　從兩物流的操作壓力看，應使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結垢，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，所以從總體考慮，應使循環(huán)水走管程，混合氣體走殼程。</p><p><b>　　2.2確定物性數(shù)據&l

12、t;/b></p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進、出口溫度的平均值。故殼程混合氣體的定性溫度為</p><p>　　管程流體的定性溫度為：</p><p>　　已知混合氣體在85℃下的有關數(shù)據如下，； ；; 。</p><p>　　查得循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據：；；；</p>

13、<p><b>　　2.3估算傳熱面積</b></p><p>　　2.31熱流量（忽略熱損失）</p><p>　　2.32冷卻水用量（忽略熱損失）</p><p>　　2.33平均傳熱溫差 </p><p>　　先按照純逆流計算，得</p><p>　　2.34初算傳

14、熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設K=320W/(㎡.℃),則估算的傳熱面積為</p><p><b>　　2.4工藝結構尺寸</b></p><p>　　2.41管徑和管內流速 選用較高級冷拔傳熱管（碳</p><p><b>　　鋼），取管內流速</b></p><p

15、>　　2.42 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p>　　按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據本設計實際情況，采用非標設計，現(xiàn)取傳熱管長l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總根數(shù) n=500×3=1500<

16、/p><p>　　2.43 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)計算如下</p><p>　　按單殼程，雙管程結構，查圖得</p><p>　　平均傳熱溫差 </p><p>　　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。</p><p>　　2.44 傳熱管排列和分程

17、方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。</p><p><b>　　取管心距 , </b></p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離按式計算</p><p>　　各程相鄰管的管心距為66㎜</p><p>　　2.45 殼體直徑 采用多管程結構，殼體直徑可按式估算。

18、取管板利用，則殼體直徑為</p><p>　　按卷制殼體的進級檔，可取D=1600㎜</p><p>　　2.46折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為</p><p><b>　　故可取h=400㎜</b></p><p>　　取折流板間距B=0.3D（0.2D〈B〈D），

19、則</p><p><b>　　可取B為500㎜。</b></p><p><b>　　折流數(shù)目板 </b></p><p>　　2.47接管 殼程流體進出口接管：取接管內氣體流速為，則接管內徑則為</p><p>　　圓整后可取管內徑為310㎜</p><p>　　

20、管程流體進出口接管：取接管內液體流速，則接管內徑為</p><p>　　圓整后取管內徑為420㎜。</p><p><b>　　2.5換熱器核算</b></p><p>　　2.51傳熱面積校核</p><p>　?。?）管程傳熱膜系數(shù)。按式計算 </p><p><b>　　管程流

21、體流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速和雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p>　?。?）殼程傳熱膜系數(shù)。用式計算</p><p>　　管子按正三角形排列，傳熱當量直徑為</p><p><b>　　殼程流通截面積</

22、b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p><b>　　黏度校正</b></p><p>　?。?）污垢熱阻和管壁熱阻。查附錄9，管外側污垢熱阻，管內測污垢熱阻。已知管壁厚度b=0.0025m，碳鋼在該條件下的熱導率為。

23、</p><p>　?。?）總傳熱系數(shù)K?？倐鳠嵯禂?shù)K為</p><p>　?。?）傳熱面積校核。依式可得所計算傳熱系數(shù)面積為</p><p>　　熱傳奇的實際傳熱面積裕度為S</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。</p><p>　　2.52換熱器內壓降的核算</p><

24、;p><b>　?。?）管程阻力</b></p><p>　　由Re=32312，傳熱管相對粗糙度0.01，查參考文獻[2]中雙對數(shù)坐標圖得，流速，所以，</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內。</p><p>　?。?）殼程阻力。按下式計算</p><p><b>　　其中。</b>

25、;</p><p><b>　　流體流經管束的阻力</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　其中 ，，則</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高

26、，所以殼程流體的阻力比較合適</p><p><b>　　三、設計結果匯總表</b></p><p>　　換熱器主要結構尺寸和計算結果見附表</p><p>　　四、設計評述及設計收獲</p><p>　　這次課程設計是第一次真正意義上理論與實踐的結合，是對我們已學知識的一種升華，通過這次課程設計我學會很多。首先，提升了

27、我的理論運用于實際的能力；以前眼中的“簡單公式”在設計中突然變得很繁瑣，要結合很多的實際情況才能得以確定。以前總是認為一個文檔會有什么難得了，但是，這一次，讓我的想法大改變，不管是排版還是公式的編輯。接著，這次課程設計，讓我的變得更加細心、有耐心了。最后，給我最大的收獲是，認真、努力的去做一件事，就一定會有收獲的。</p><p>　　雖然為它付出了很多，但是，也還存在許多明顯的不足之處，例如，數(shù)據不夠準確等。&

28、lt;/p><p>　　這次課程設計讓我受益匪淺，也讓我看到了很多不足之處，在查找資料方面的欠缺，在心態(tài)方面等等，發(fā)現(xiàn)了問題，要勇于去改正，相信這次之后，我會更加努力的去提高專業(yè)知識，多多參加實踐活動。</p><p><b>　　五、參考資料</b></p><p>　　[1]申迎華，郝曉剛.化工原理課程設計.第一版.北京：化學工業(yè)出版社，201

29、0年.</p><p>　　[2]高安全，王迪，崔金海.化工設備機械基礎.第一版.北京：化學工業(yè)出版社，2010年.</p><p>　　[3]柴誠敬.化工原理（上、下冊）.北京：高等教育出版社，2005年.</p><p>　　[4]鄭曉梅.化工制圖.北京：化學工業(yè)出版社，2002年.</p><p>　　[5]潘國昌，郭慶豐.化工設備設計