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换热器设计说明书.doc

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换热器设计说明书.doc

化工设计说明书设计题目煤油冷却器的设计设计人专业班级学号指导老师二〇〇九年六月八日前言化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节,是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识,完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练,在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节,是使学生得到化工设计的初步训练,为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等的设计为中心,训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周,其基本内容为1设计方案简介对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。2主要设备的工艺设计计算含计算机辅助计算物料衡算,能量衡量,工艺参数的选定,设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。3辅助设备的选型典型辅助设备主要工艺尺寸的计算,设备的规格、型号的选定。4工艺流程图以单线图的形式绘制,标出主体设备与辅助设备的物料方向,物流量、能流量,主要测量点。5主要设备的工艺条件图图面应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表。6设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括设计任务书,目录,设计方案简介,工艺计算及主要设备设计,辅助设备的计算和选型,设计结果汇总,设计评述,参考文献。整个设计由论述,计算和图表三个部分组成,论述应该条理清晰,观点明确;计算要求方法正确,误差小于设计要求,计算公式和所有数据必需注明出处;图表应能简要表达计算的结果。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且是上述这些行业的通用设备,占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求(1)合理地实现所规定的工艺条件;(2)结构安全可靠;(3)便于制造、安装、操作和维修;(4)经济上合理。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同,换热器的类型也多种多样,不同类型的换热器各有优缺点,性能各异。在换热器设计中,首先应根据工艺要求选择适用的类型,然后计算换热所需传热面积,并确定换热器的结构尺寸。目录设计任务书6一设计题目煤油冷却器的设计6二设计任务及操作条件6三选择适宜的列管式换热器并进行核算6四绘制换热器装配图(A1图纸)6第一章设计方案简介7第一节换热器简介9一、换热器概述9二、换热器的分类9第二节列管式换热器的结构131、管程结构132、壳程结构14第三节管程和壳程数的确定16第四节流动空间的选择17第五节流体流速的选择18第六节流动方式的选择18第七节加热剂、冷却剂的选择19第八节流体出口温度的确定19第九节材质的选择19第二章列管式换热器的设计计算20第一节传热计算211、传热系数K212、平均温度差213、对流传热系数244、污垢热阻24第二节流体流动阻力压强降的计算26第三节列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结28第三章换热器设计29一、确定设计方案29二、确定物性数据29四、传热面积初值计算30五、管侧传热系数30六、管内给热系数31七、传热核算31八、壳侧压力降31九、管侧压降计算32十、裕度计算33十一、冬季因素考虑33十二、壳程接管39十三、管程接管39第四章零件计算40第一节壳体、管箱壳体和封头的设计401、壁厚的确定402、封头40第二节管板与换热管421、管板422、换热管43第三节进出口设计471、接管外伸长度472、接管与筒体、管箱壳体的连接473、排气、排液管484、接管最小位置49第四节壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接511、壳体与管板的连接结构512、管板与法兰的连接523、管子与管板的连接54第五节折流板或支持板551、折流板型式552、折流板尺寸563、折流板的布置574、支持板575、折流板质量计算57第六节防冲与导流58第七节拉杆与定距管581、拉杆的结构和尺寸582、拉杆的位置593、定距管尺寸59第八节防短路结构601、旁路挡板结构尺寸602、假管60第九节膨胀节611、膨胀节612、膨胀节计算62第五章管束振动计算65第一节概述651、流动诱发振动的三种基本情况652、管子最可能破坏的区段653、破坏机理654、流动诱发振动机理655、横流下管束动力行为666、流体动力作用力66第二节流动诱发振动机理671、漩涡分离672、湍流抖振683、弹性不稳定性68第三节振动分析691、阻尼稳定性理论692、共振693、横向载荷校核70第四节管束振动计算701、求斯特罗哈数712、求临界速度系数D713、求临界状态时漩涡分离振频率与管子固有频率之比714、求临界状态时紊流抖动振频率与管子固有频率之比71第六章流程图72设计流程图72工艺流程图73第七章结语74第八章致谢75参考文献76设计任务书一设计题目煤油冷却器的设计二设计任务及操作条件1.处理能力10万吨/年煤油2.设备形式列管式换热器3.操作条件(1)煤油入口温度140℃,出口温度40℃(2)冷却介质自来水,入口温度30℃,出口温度40℃(3)允许压强降不大于100KPA(4)煤油定性温度下的物性数据密度825KG/M3,黏度715104PAS,比热容222KJ/KG℃,导热系数014W/M℃(5)每年按330天计,每天24小时连续运行三选择适宜的列管式换热器并进行核算31传热计算32管、壳程流体阻力计算33管板厚度计算34U形膨胀节计算35管束振动36管壳式换热器零部件结构四绘制换热器装配图(A1图纸)参考文献1夏清,姚玉英,陈常贵,等化工原理M天津天津大学出版社,20012华南理工大学化工原理教研组化工过程及设备设计M广州华南理工大学出版社,19963刁玉玮,王立业化工设备机械基础(第五版)M大连大连理工大学出版社,20004大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计M大连大连理工大学出版社,19965魏崇光,郑晓梅化工工程制图M北京化学工业出版社,19986娄爱娟,吴志泉化工设计M上海华东理工大学出版社,20027华东理工大学机械制图教研组化工制图M北京高等教育出版社,19938王静康化工设计M北京化学工业出版,19989傅启民化工设计M合肥中国科学技术大学出版社,200010董大勤化工设备机械设计基础M北京化学工业出版社,199911GB1511999管壳式换热器12JB/T471592固定管板式换热器与基本参数13靳明聪换热器M重庆重庆大学出版社,199014兰州石油机械研究所换热器M北京烃加工出版社,1986第一章设计方案简介一、设计目的课程设计是化工原理课程教学中综合性和实际性较强的教学环节,是理论联系实际的桥梁,是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计,要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通的独立思考,在规定的时间内完成指定的化工设计任务,从而得到化工设计的主要程序和方法,培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时,通过课程设计,还可以培养学生树立正确的设计思想,培养实事求是,严肃认真,高度负责的工作作风。二、该设备的作用及在生产中的应用换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备,它在工业中的应用十分广泛。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜和冷凝器、化工厂蒸发设备的加热室等。三、工艺流程示意图饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入,冷凝水由壳程下方排出,冷却水从换热器下方的入口进入,上方的出口排除。四、说明运用该设备的理由这种换热器的特点是壳体和管板直接焊接,结构简单、紧凑。在同样的壳体直径内,排管较多。管式换热器具有易于制造、成本较低、处理能力达、换热表面清洗比较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点,由于两管板之间有管子相互持撑,管板得到加强,故在各种列管换热器中他的管板最薄,其造价比较低,因此得到了广泛应用。五、设备的结构特点该结构能够快速的降低物料的温度,工作时热流体走壳程,冷流体走管程,使接触面积大大增加,加快了换热速度。同时,对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈或称膨胀节,通过补偿圈发生弹性变形拉伸或压缩来适应外壳和管束不同的膨胀程度。六、在设计中遇到的问题的处理在设计中,在工艺计算过程中,由于选取K0不当或其他条件选取不当,造成在校核时K0不符合要求。在重新选取K0的同时,改变了其他的条件,如N,L等,经过二次校核达到了预期的目的。七、设计方案的确定(1)对于列管式换热器,首先根据换热流体的腐蚀性或其它特性选项定其结构材料,然后再根据所选项材料的加工性能,流体的压强和温度、换热的温度差、换热器的热负荷、安装检修和维护清洗的要求以及经济合理性等因素来选项定其型式。设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。列管换热器是较典型的换热设备,在工业中应用已有悠久历史,具有易制造、成本低、处理能力大、换热表面情况较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点,故在大型换热器中占优势。固定管板式列管换热器的特点是,壳体与管板直接焊接,结构简单紧凑,在同样的壳体直径内排管最多。由于两管板之间有管板的相互支撑,管板得到加强,故各种列管换热器中它的管板最薄,造价最低且易清洗。缺点是,管外清洗困难,管壁与壳壁之间温差大于50℃时,需在壳体上设置膨胀节,依靠膨胀节的弹性变形以降低温差压力,使用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70℃和壳程流体压强小于600KPA的场合,否则因膨胀节过厚,难以伸缩而失去温差补偿作用。(2)工艺流程图(3)流体流经的空间冷却水走管程原因有以下几个方面,冷却水常常用江水或井水,比较脏硬度较高,受热容易结垢,在管内便于清理,此外,管内流体易于维持高速,可避免悬浮颗粒的沉积。管程可以采用多管程来增大流速,用以提高对流传热系数。被加热的流体应走管程,以提高热的有效利用,被冷却的流体走壳程,以便于热量散失。饱和蒸汽由于比较清洁应于壳程流过,易便于冷凝液的排出。综上所述冷却水走管程蒸汽走壳程。

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