化工原理課程設計--列管式換熱器的工藝設計和選用

1、<p>　　《化工原理》課程設計報告</p><p>　　設計題目 列管式換熱器的工藝設計和選用 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導老師

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　教師評語 </p><p>　　設計時間：2013年12月9日至2013年12月20日</p><p>　　設計題目：列管式換熱器的工藝設計和選用<

3、/p><p><b>　　設計條件</b></p><p>　　某生產(chǎn)過程要求用冷卻循環(huán)水將有機液體產(chǎn)品從140℃冷卻至40℃，冷卻循環(huán)水的進口溫度為30℃，出口溫度為45℃。有機液體產(chǎn)品的流量為3.5×104kg/h，設計要求管程壓降均不大于60kPa。試設計一臺列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務。 </p><p>　　二、設計說明書的內(nèi)容

4、</p><p><b>　　1、目錄；</b></p><p>　　2、設計題目及原始數(shù)據(jù)（任務書）；</p><p>　　3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器型式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇；</p><p>　　4、換熱器加熱過程有關計算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱器型號、殼體直徑等）；</p><p&

5、gt;　　5、設計結(jié)果概要（主要設備尺寸、衡算結(jié)果等）；</p><p><b>　　6、參考文獻</b></p><p>　　7、圖紙（1張，A3、紙打?。?lt;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　（一）確定設計方案..............................

6、...,..4</p><p>　　1.1選擇換熱器類型......................................4</p><p>　　1.2流徑安排..... ......................................4</p><p>　　1.3確定物性數(shù)據(jù)..................................

7、......4</p><p>　?。ǘ┕浪銈鳠崦娣e....................................4</p><p>　　2.1熱負荷的計算........................................4</p><p>　　2.2平均傳熱溫差.......................................

8、.5</p><p>　　2.3估K值..............................................5</p><p>　　2.4由K值估算傳熱面積..................................5</p><p>　　2.5冷流體用量.........................................

9、.5</p><p>　?。ㄈ┕に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸....................................5</p><p>　　3.1管徑管長管數(shù)........................................5</p><p>　　3.2確定管子在管板上的排列方法式........................6</p>

10、<p>　　3.3殼體內(nèi)徑的計算......................................6 </p><p>　　3.4折流檔板............................................6</p><p>　　3.5計算殼程流通面積及流速..............................7</p><

11、;p>　　3.6計算實際傳熱面積....................................7</p><p>　　3.7傳熱溫差報正系數(shù)的確定..............................7</p><p>　　3.8管程與殼程傳熱系數(shù)的確定............................7</p><p>　　3.9傳熱系

12、數(shù)K0的確定....................................9</p><p>　　3.10傳熱面積校核......................................10</p><p>　　3.11附件..............................................10</p><p>　　3.12

13、熱器流體流動阻力..................................11</p><p>　　(四）輔助設備強度設計計算...........................14</p><p>　　4.1殼體官箱殼體和封頭的實際............................14</p><p>　　4.2進出口設計............

14、..............................14</p><p>　　4.3排氣排液管..........................................15</p><p>　　4.4接管最小位置........................................15</p><p>　　4.5管板...........

15、.....................................15</p><p>　　4.6換熱管..............................................16</p><p>　　4.7管程分程............................................16</p><p>　　4.8折流

16、板的形式........................................16</p><p>　　4.9拉桿和定管距........................................17</p><p>　　（五）結(jié)果概要.......................................17</p><p>　?。┛偨Y(jié).

17、..........................................19</p><p><b>　　1.確定設計方案</b></p><p>　　1.1選擇換熱器類型 兩流體的溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進口溫度為140℃，出口溫度為40℃</p><p>　　冷流體進口溫度為30 ℃，出

18、口溫度為45℃</p><p>　　從兩流體的溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用浮頭式換熱器</p><p>　　1.2確定流體的流徑</p><p>　　由于循環(huán)水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，有機液體走殼程。</p><p><b>　　1.3確定物性數(shù)據(jù)</b>&l

19、t;/p><p><b>　　2.估算傳熱面積</b></p><p>　　2.1熱負荷的計算：</p><p><b>　　2.平均傳熱溫差</b></p><p><b>　　3.估K值</b></p><p>　　4.由K值估算傳熱面</p>

20、;<p><b>　　5.冷卻水用量</b></p><p><b>　　3.工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　3.1管徑、管長、管數(shù)</p><p>　?。?）管徑選擇 選用傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速為1.2m/s</p><p>　　（2）管程數(shù)、傳熱管數(shù)及管長：<

21、/p><p>　　可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速 確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　　根</b></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，應采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際情況，現(xiàn)取傳熱管長 l=6m,則該換熱器的</p><p>　　管程數(shù)為：

22、（管程）</p><p><b>　　傳熱總數(shù)： 根</b></p><p>　　3.2確定管子在管板上的排列方法式確定排列方法：</p><p>　　采用正三角形排列管子與管板采用焊接結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　計算管心距：</b></p><p>　　3.3殼體內(nèi)徑

23、的計算</p><p><b>　　取管板利用率為</b></p><p><b>　　則殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　取圓整 D=700mm</p><p><b>　　3.4折流板的選用</b></p><p>　?、賵A缺高度的計算

24、</p><p>　?、谡哿靼彘g距 </p><p>　?、壅哿靼鍞?shù)量 </p><p>　　3.5 計算殼程流通面積及流速 </p><p>　　3.6 計算實際傳熱面積</p><p>　　3.7傳熱溫差報正系數(shù)的確定</p><p>　　平均溫差校正系數(shù)：

25、 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查《化工原理》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>　　3.8管程與殼程傳熱系數(shù)確定</p><p

26、><b>　　（1)殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　當量直徑 de=</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p><b>　　殼程流體流速 </b></p><p>　　雷諾數(shù) </p><p

27、><b>　　普朗特準數(shù) </b></p><p>　　粘度校正 </p><p><b>　　殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</b></p><p>　　（2)管程傳熱系數(shù) </p><p><b>　　管程流通截面積 </b></p><p&g

28、t;<b>　　管程流體流速 </b></p><p>　　雷諾數(shù) </p><p>　　普朗特準數(shù) </p><p><b>　　管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</b></p><p>　　3.9 傳熱系數(shù)的確定</p><p>　　污垢熱阻和管壁熱阻：<

29、/p><p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻 </b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 </b></p><p>　　管壁熱阻按《化工原理》查得碳鋼在該件下的熱導率為50w/(m·K)。</p><p><b>　　所以</b></p><p&

30、gt;　　所以總的傳熱系數(shù)為：</p><p>　　3.10 傳熱面積校核</p><p><b>　　3.11附件</b></p><p><b>　　（1）拉桿數(shù)量</b></p><p>　　查GB151，拉桿數(shù)量與直徑選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為750mm，故其拉桿直徑為Ф16拉桿數(shù)量6<

31、/p><p>　?。?)①殼程流體接管內(nèi)徑：取接管內(nèi)流速為u1=1m/s,則接管內(nèi)徑</p><p>　　②管程流體接管內(nèi)徑：取接管內(nèi)流速為u2=2.5m/s,則接管內(nèi)徑</p><p>　　3.12 熱器流體流動阻力</p><p><b>　?。?）管程流體阻力</b></p><p><b

32、>　　, , </b></p><p>　　由Re=30478，傳熱管對粗糙度0.01，查莫狄圖得，流速， , 所以：</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　（2）殼程阻力： </p><p><b>　　按式計算</b></p>&l

33、t;p><b>　　, ,</b></p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p><b>　　F=0.5 </b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p>　　, B=0.3m , D=0.8m</p>

34、<p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。</p><p><b>　?。?） 核算壁溫</b></p><p>　　因管壁很薄，且管壁阻力很小，故管壁溫度可用</p><p>　　計算，按最不利情況考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫，于是</p><p>　?。?/p>

35、140+40）=90℃</p><p><b>　　因此，傳熱平均壁溫</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度 </p><p>　　即 T = 90 ℃</p><p>　　殼體的壁溫和傳

36、熱平均壁溫之差為</p><p>　　t = 90 - 56 = 34 ℃</p><p>　　該溫差較大，故所需溫度補償裝置。</p><p>　　4輔助設備強度設計計算</p><p>　　4.1殼體、管箱殼體和封頭的設計</p><p>　　①殼體壁厚：浮頭式換熱器，殼體用碳素鋼，殼體的公稱直徑為800m

37、m，查《換熱器設計手冊》，殼體壁厚為10mm。</p><p>　?、诠芟錃んw：浮頭式換熱器，殼體的公稱直徑為800mm，材料為16MnR，查《換熱器設計手冊》，管箱厚度為10mm。</p><p>　?、鄯忸^：按JB/T 4737—95選擇，左側(cè)封頭長度400mm，右側(cè)為150mm。</p><p><b>　　4.2 進出口設計</b>&l

38、t;/p><p><b>　?、俳庸芡馍扉L度</b></p><p>　　接管法蘭面到殼體外壁的長度：查《換熱器設計手冊》，取長度為150mm。</p><p>　?、诮庸芎屯搀w、管箱殼體的連接</p><p>　　接管和筒體、管箱殼體（包括封頭）連接的結(jié)構(gòu)類型， 采用插入式焊接結(jié)構(gòu)。一般接管不得突出于殼體的內(nèi)表面，本次 設

39、計不另行補強。殼體接口內(nèi)徑110mm，管程接口為180mm， 壁厚10mm。</p><p>　　4.3 排氣、排液管</p><p>　　為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（汽）及凝液，在殼程，管程的最高，最低點，分別設計排液，排氣接管。排氣。排液管接口一般不小于φ15mm。</p><p><b>　　4.4接管最小位置</b></p

40、><p>　　①殼程接管位置的最小尺寸mm取L1為130mm。</p><p>　?、诠艹探庸芪恢玫淖钚〕叽?mm取L2為180mm。</p><p><b>　　4.5 管板</b></p><p>　?、俟馨褰Y(jié)構(gòu):查《換熱器設計手冊》，取碳鋼制作的整體管板。隔板槽寬度選擇為12mm。 </p><

41、p>　?、诠馨宄叽?管板質(zhì)量按照</p><p><b>　　計算。</b></p><p>　　查《換熱器設計手冊》，在管程、殼程設計壓力相同的情況下取DN=700mm D=830mm D1=790mm D2=755mm D3=697mm D4=742mm D5=700mm C=12.5mm d2=23mm bf=30mm b=40mm

42、 螺柱選擇M2024。</p><p><b>　　4.6換熱管</b></p><p>　?、贀Q熱管的規(guī)格:換熱管選擇碳鋼制GB/T8163，管徑為</p><p>　?、趽Q熱管排列方式:換熱管以正三角形排列，管中心距為32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距為44mm。</p><p><b>　　4.

43、7管程分程:</b></p><p>　　本次設計采用單殼程，雙管程的分程方式。</p><p><b>　　4.8折流板的形式</b></p><p>　　①采用弓形折流板，圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，即折流板高度為600mm，折流板跨距為300mm，厚度為6mm。共計19個。</p><p>　?、诜罌_板

44、的形式:采用碳鋼平板，防沖辦焊接在定距管上，長度為220mm，厚度4.5mm，固定在距殼體為200mm的管程有機液體進口。</p><p><b>　　4.9拉桿和定距管</b></p><p>　?、倮瓧U的尺寸和結(jié)構(gòu):查《換熱器設計手冊》，由換熱管直徑25mm，選擇拉桿直徑16mm，拉桿尺寸La=20mm,Lb=60mm，b=2.0mm，拉桿數(shù)量為6。拉桿應盡量均勻

45、布置在管束的外邊緣。</p><p>　　②定距管:查《換熱器設計手冊》，定距管的尺寸一般和換熱管規(guī)格相同，可選用碳鋼制 定距管。其長度根據(jù)實際需要確定。</p><p><b>　　5結(jié)果概要</b></p><p>　　表一：浮頭式換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸（REBOS700-1.6-125-6/25-2Ⅰ）</p><p>

46、;　　溫度校正系數(shù) 1.196</p><p>　　表二：輔助設備結(jié)果匯總</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p><b>　　6.1結(jié)果</b></p><p>　?、俟浪愎軆?nèi)流速 u=1.2m/s，在0.5-3范圍內(nèi)，符合要求。</p&g

47、t;<p>　　②由計算得管長L=6m，取單程管長，符合要求。</p><p>　?、蹞Q熱器的長度與殼體直徑之比，在6~10之間，符合要求。</p><p>　　④殼程流體流速 u=0.20m/s，在0.2~1.5范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　?、輦鳠釡夭钚Ｕ禂?shù)，符合要求。</p><p>　?、蓿?.15-1.25

48、范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　⑦，在1.15-1.25范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　⑧管程流體阻力，符合要求。</p><p>　?、釟こ塘黧w阻力，符合要求。</p><p><b>　　6.2、心得體會</b></p><p>　　換熱器廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中􀆚

49、;在其間占據(jù)著重要的地位。</p><p>　　通過這次化工原理課程設計􀆚了解了很多關于換熱器的知識􀆚換熱器的選</p><p>　　型􀆚換熱器結(jié)構(gòu)和尺寸的確定􀆚以及計算換熱器的傳熱面積和流體阻力等等。其</p><p>　　中感受最多的就是在運算中需要謹慎以及耐心。往往一個公式的代錯便會造成一

50、</p><p>　　步錯、步步錯的局面。這就對我們選擇工程類學科的學員提出了要求。仔細、是</p><p>　　一種能力也是一種態(tài)度。這也是以后我們在工作中不可或缺的一種素質(zhì)。</p><p>　　估值􀆚是一個不斷嘗試不斷重復的過程􀆚而這個過程􀆚總不會一帆風順。</p><p>　　不管

51、在人生的什么階段􀆚我們總會遇到挫折􀆚而我們需要的便是克服這些挫折的</p><p>　　勇氣􀆚永遠不輕言放棄。</p><p>　　不管怎么說􀆚課程設計總算接近尾聲了。感謝在此過程中同學給與的幫助􀆚</p><p>　　特別感謝傅老師在整個設計過程給予的悉心指導。</p&

52、gt;<p><b>　　（七）參考文獻</b></p><p>　　【1】 柴誠敬. 化工原理（第二版）上冊[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009年.</p><p>　　【2】 夏青 .化工原理（上）[M]. 天津: 天津大學出版社，2005年.</p><p>　　【3】 任曉光. 化工原理課程設計指導[M]. 北京