流量为2500kgh二甲胺换热器的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 换热器又被叫热量交换器，是一种进行冷热流体之间的热量传送的设备，它是完成化工等生产过程中交换热量必须用到的设备，在工厂中意义非凡。换热器可以是一种独立的设备，例如加热器、冷却器和凝汽器等等。换热器是两种温度不同的物料在一个设备内相互交换热量，最终达到将物料冷却，或者将冷物料加热为目的的设备。换热器是化工生产中最最常用的一种机器，它的主要作用是进行几种介质之间的热量传递。常见的换热器有：浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、 管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套 管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器等 1。本换热器是蒸汽换热器在成产中是非常常见的设备，该换热器有耐高压的优点、价格低廉、清洗方便不宜结垢的优点。 设计任务说明书中所给定的条件是壳程介质为二甲胺，温度从一开始的 、 行冷凝冷凝，它的流量是 2500kg/h。管程中的介质是水，冷却水温度从一开始的 33 升高到了 43 、成了压降计算、强度计算、开孔补强、管箱短节壁厚计算等。在强度设计中，依据 150行筒体、封头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。本设计选择管板延长兼做法兰，依据 151的弹性支撑假设对管板进行设计和校核，管板与换热管的连接方式为焊接，拉杆与管板为螺纹连接结构。同时，进行了卧式容器鞍座校核。 本设计充分的利用材料，适用比较多的场合。在同样的换热器中此换热器十分的廉价、安全。所以该换热器在工厂中占有重要位置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 关键字 : 固定管板； 换热器； 不同物 料；热交换； 补强 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 it is a of it is a of be in of in be an as a so in a or of is by in of a is to of of . is is in of to is in of is of , Pa to 500 kg/h. of is 3 43 , in a In 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to of of on of of do to of to At of is At in is So an in 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 固定管板式换热器设计方案的选择 . 1 的选定 . 1 . 2 . 3 . 3 第二章 工艺计算 . 4 计条件 . 4 热器的工艺参数 . 4 热器的物性参数 . 4 热器的设计温度 . 5 热器的类型与流动空间的确定 . 5 工艺尺寸计算 . 6 热器核算 . 10 第三章 结构设计 . 18 箱壳体和封头的设计 . 18 . 18 箱壳体壁厚的确定 . 19 准椭圆封头的设计 . 19 板与换热管设计 . 20 板 . 20 热管 . 21 出口设计 . 22 . 22 管外伸长度 . 22 气、排液管 . 22 管最小位置 . 23 流板或支持板 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 流板尺寸 . 24 流板和折流板孔径 . 24 . 24 流板的布置 . 25 流板质量计算 . 25 冲挡板 . 25 杆与定距管 . 26 . 26 杆的位置 . 27 距管尺寸 . 27 座选用及安装位置确定 . 27 第四章 强度计算 . 31 体、管箱壳体和封头校核 . 27 体校核 . 27 箱壳体校核 . 27 圆封头校核 . 28 管开孔补强 . 28 汽进出口开孔补强 . 28 箱冷却水接管补强的校核 . 30 胀节 . 31 胀节 . 31 胀节计算 . 31 板校核 . 33 构尺寸参数 . 33 元件材料及其设计数据 . 34 子许用应力 . 35 构参数计算 . 35 兰力矩 . 36 热管与壳体圆筒的热膨胀应变形差 . 36 箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 . 36 子加强系数 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 转刚度无量纲参数 . 37 计条件不同危险组合土况的应力计算 . 38 种危险工况的各种应力计算与校核 : . 39 计值总汇 . 40 第五章 安装使用及维修 . 42 装 . 42 . 43 第六章 结论 . 45 参考文献 . 46 致谢 . 47 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 固定管板式换热器设计方案的选择 换热器是化工生产中最为常用的一种机器，它的主要作用是进行几种介质之间的热量传递。常见的换热器有：浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U 型管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器等 2。 图 1上图为向上流动的立式管程换热器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 图 1上图为立式壳程换热器和水分配器 图 1上图为卧式壳程换热器 根据设计要求，所选用的换热器为四管程固定管板式换热器。它的应用十分之广泛，且结构坚固，稳定性高，适应性广，好制造，生产成本低廉。 因为换热器的选择四个固定管板式换热 器管的主要手段和多通道换热器传热和流动法、回流法、错流方法和平流方法 3。常用的方法在工业和流法和回流法。热交换器的介质是水和二甲胺 ， 蒸汽并不是很大 ， 和二甲胺是通过汽化潜热传热 ， 传热能买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 力的各个方面的需求比较高 ， 所以你可以选择回流的方法。循环冷却水原 料 补 充吸 收 剂压缩机反应器换 热 器分 离 壳程 :二甲胺，入口温度为 、 凝，流量为 2500kg/h。 管程：冷却水，冷却水温度从 33 升到 43 、压力为 此冷热流体之间的交换温度为： 冷却 水入口温度： 33 ; 冷却水出口温度： 43 。 二甲胺入口温度： ，汽相； 二甲胺出口温度： ，液相； 二甲胺是一种剧毒物质，还能和氧化剂发生猛烈的反应。因为二甲胺走壳程，所以换热器的壳体、管板、换热管和折流板都要防腐蚀，可以选用 0锈钢材料。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第二章 工艺计算 工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述 : 计条件 壳程介质为 的二甲胺蒸汽，管程介质为进口温度 33 ，出口温度 43 的冷却水；壳程设 计压力 程设计压力 甲胺处理量为 2500kg/h。 热器的工艺参数 管程水的进口温度 =33 管程水的出口温度 =43 管程水的工作压力 =程水的定性温度 382/4333t m ）（ 两流体的温度差 壳程二甲胺的流量 =2500kg/h 壳程二甲胺的入口温度 = 汽相 壳程二甲胺的出口温度 = 液相 壳程二甲胺的工作压力 =程二甲胺汽化潜热潜热 7884 热器的物性参数 两种流体定性温度下的物性参数如下表 1： 表 1 流体定性温度下的物性参数 物性 流体 温度 密度 kg/度 s 比热容 ) 导热系数 W/(m ) 二甲胺蒸汽 却水 38 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 热器的设计温度 一般情况下，我们所设计出的换热器的设计温度要比它的最大的使用温度高出20 左右，所以壳体的设计温度应该为 120 ；管程介质是水，最大的使用温度是43 ，则管程的设计温度为 70 。 热器的类型与流动空间的确定 两流体温度变化情况，热流体进口温度 ，出口温度 ;冷流体进口温度 33 ，出口温度 43 。该换热器用水冷却主要决定 ,考虑多种因素 ,如清洁固定管板式换热器。选择二甲胺蒸汽壳程、冷却水管。这是因为：壳程的冷却液，便于散热和流体管程传热系数 相匹配 ，因此可以减少管壁的温度， 减少热 应力，同时换热器 通常会容易 产生 规模流体流经管程。 算传热面积 二甲胺蒸气用量 由题目可知，二甲胺蒸汽流量： 500kg/h=s Q1=m1r=25007884/3600=03KJ/s （ 注： 蒸汽冷凝的质量流量（ kg/s） r饱和蒸汽的冷凝热（ kJ/ 热负荷计算 热负荷计算公式 : 2/式中： 冷热流体的质量流量（ kg/s） 冷热流体的定压比热（ J/( )） 冷流体的进、出口温度（ ） 2/03 /(43= s=05kg/h。 计算有效平均温度差 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 对于逆流，有效平均传热温差： =( 逆流传热温差： =(。 对于传热面积进行计算 传热面积 : 式中： 估算的传热面积（ K 假设传热系数（ W/( )） 平均传热温差（ ） 根据管程走循环水，壳程走二甲胺蒸气，总传热系数 K 现暂取： K=650W/ 则估算换热面积： =06/(650 选工艺尺寸计算 管径和管内流速 换热器的传热 表面是由包管的大小规格，和对传热有很大的影响。对于径管，要使用小直的，传热面积单位体积较大，单位金属消费和减少传热面积，传热系数较大，但在生产过程中更麻烦，过程清洗后容易粘滞，规模也更困难。通常应该使用大直径管在大或肮脏的流体的粘滞性，应该使用小直径管道的清洁液。 换热管直接与两种换热流体接触直接接触两种传热流体热交换管，所以必须考虑两个流体腐蚀工艺参数如温度、压力、介质和加工性能和经济和规范选择换热管材料。前面已经提到了，为了防止腐蚀二甲胺，应当采用不锈钢 料 4。 根据流程，选定水的流 速为 u=s。选用 192缝光滑较高级冷拔传热管 (不锈钢 )。 管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 : (/4) （ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 式中： 单程管子数目； V管程流体的体积流量（ m3/s） V=05kg/h/1000kg/h=s 传热管内径（ m， u管内流体流速（ m/s。 u= 因此，单程传热管数为： (/4)99（根） 按单程管计算，传热管长度为： L= （ 2 式中： L按单程计算的管子长度， m； 管子外径， m； 则所需的传热管长度： L=474/99=0m 我国生产的系列中换热管的无缝钢管长度分为 2, 3, 6 米等好几种。 （ 2 式中： 管程数（整数）； L 按单程换热器计算的管子长度， m； l 选取的每程管子长度， m； 传热管的长度为 9m，根据实际计算，换热器的管程数计算如下： ， 4 传热管总管数： （ 2 注： 传热管总管数； 994=396（根） 平均传热温差校正及壳程数 如果在选择上选用双管程换热器，可加强管内表面传热系数，但同时也增加了换热器的阻力，并损失部分传热温差。 平均传热温差计算公式： t （ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 式中： 折流下的平均传热温差， K； t=温差矫正系数 =(1(1 )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2) 平均温差校正系数有： R=热流体的温降 /冷流体的温降 =(430 P=冷流体的温降 /两流体最初温差 =(43( =(1(1和 )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2) 平均传热温差： )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2)= (43(2/(2 = t= = 平均传热温差系数大于 取单壳程合适。 管子排列 管安排方法常用的是三角形的数组，三角交错，交错数组广场，广场。等边三角形布置更紧凑，一定直径可以安排在壳管，和传热可以取得良好的成果，但在管外清洗是很困难的。广场和安排，可以使管外的清洁更方便，适合在壳程流体容易扩展，但在传热效果比普通三角形排列。上面的安排是一个三角形是最常用在交错 ,方便壳程流体清洁，不容易，而后者壳一侧的污垢可以合理的化 学治疗方法 。采用正三角形排列时，管子排列面积是一个正六边形，排在正六边形内的传热管数量为： a(a+1)+1 若设 b 为正六边形对角线上的管子数目，则： b=2a+1 注： 排列的管子数目； a 正六边形的个数。 采用正三角排列，当管子总数超过 127 根，即正六边形的个数 a6 时，最外层六边形和壳体间的弓形部分空间较大，也应配置传热管，可以排的管子数目见表格 1。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 表格 1 管子数目 正三角形和转角正三角形排列有利于壳程物流的湍流，并且在管与管的间距距相等时，同一管板面积上可以排列最多的管数。虽然三角形排列的管间清 洗比较困难，但由于二甲胺粘性小，不易结垢，因此本设计选择转角正三角形排列 5。 管心距采用胀接法 固定时，管心距过小会造成胀接在挤压作用下发生变形，失去管子与管板之间的连接力。故采用焊接法。根据布管常用的管心距，当管子外径为 19，管心距可取 25此本设计取单程中的管心距为 25程相邻的管心距为 38 壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按下式估算： D=T/)1/2 （ 2 式中： 管板利用率。 的取值范围如下：正三角形排列， 2 管程， = 管程以上， =算出壳体内径后，需圆整到标准尺寸。卷制壳体的内径 (公称直径 )以 400基数，以 100进级档。 取管板利用率 =体内径为 D=T/)1/2=2(1390/。 因此壳体内径初步计算圆整为 D=1400 则横过管数中心线管的根数： )1/2=1390)1/2=2（根） 折流板 圆形状的档板安排在水平换热器分为处处上下左右方向的方向种。上下方向安排正六边 形数目a 正三角形排列 六边形 对角线上 的管数 b 六边形内 的管数 每个弓形部分的管数 第一列 第二列 第三列 弓形部分 的管数 管子总数 10 21 331 6 36 367 11 23 397 7 42 439 12 25 469 8 48 517 13 27 547 9 2 66 613 14 29 631 10 5 90 721 15 31 721 11 6 102 823 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 会导致强烈的湍流，传热膜系数增加，通常是结构使用。水平隔板，以防止流体短路，切断了节段高度不应大于壳内径的 35%。故选用圆缺上下方向排列取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 20%，则切去的圆缺高度为 h=400=280 对于卧式换热器，折流板间最小间距为壳体内径的 35%，最大间距不宜大于 壳体内径的 2 倍折流板数，取折流板间距 B= B=400=490 B 为 500 热管长 /折流板间距 000/5007（块） 热器核算 换热器的核算内容主要包括换热器的热流量、传热管壁温和流体阻力。 壳程表面传热系数 工业上换热器以采用水平管束和垂直管束居多，且管表面液膜多为层流。在该种情况下一般用德沃尔基于努塞尔的理论公式和实测值，提出层流时的冷凝表面传热系数计算式如下。 水平管束冷凝： =0（ 2/21/3= （ 2 式中： 无量纲冷凝表面传热系数， W/( )； 0 冷凝表面传热系数， W/( )； M=e=4M/ （ 2 式中： m冷凝液的质量流量， kg/s； l 传热管长度， m； 当量管数。 当量管数 传热管布置方式及总管数有关，传热管布置为三角形错列，则 可用下式求得： 95 （ 2 式中： 换热器的传热管总数。 由公式求得当量管数 通过公式，可得无量纲冷凝表面传热系数： =4)=491/， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 冷凝表面传热系数 : 0=()3/2/(21/3=(1/3=58773 管内表面传热系数 管程为流体无相变传热，则在通常情况下可用下式计算其表面传热系数 : i=i/ :当流体被加热时 n=流体被冷却时 n= 该式的适用条件是： 低粘度流体 (10000； 普朗特数 160 之间 ; 管长管径之比 l/d 50; 定性温度可取流体进出口温度的算术平均值 ; 特征尺寸取传热管内径 d。 雷诺数 : Re= 可管程流体流通截面积 390/2=得管程流体流速s，求雷诺数 012388 普朗特数 Pr=(030i=12388)=2489W( 污垢热阻和管壁热阻 由于材料加工范围广泛的操作条件不同，所以产生规律的污 垢很难把握 ,结合人们的问题研究较少，所以目前主要由污垢热阻的选择测试数据。选择污垢热阻时应该非常小心，尤其是容易扩展的材料。因为在在这种情况下，污垢热阻通常占据大部分的传热阻力，它的价值对传热系数的影响。 管外侧污垢热阻 /W 管壁热阻取决于传热管壁厚和材料，其值为： Rw=b/w 注： b传热管壁厚， m； w管壁热导率， m /W。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或