固定管板式冷却器的设计.doc

化工课程设计说明书massachusetts institute of technology一. 目的培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。二. 目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。三. 题目固定管板式冷却器的设计四. 设计条件管程和壳程的压力均不大于0。6MPa，管程和壳程的压力降均不大于30KPa。被冷却的物料为己烷，物料从正常温度()被冷却，出口温度()自定。冷却剂为自来软水，进口温度为()，出口温度()自定。五. 设计步骤1. 方案设计(1) 冷却剂的选用：自来软水(2) 换热器型式的选择：固定管板式(3) 流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程(4) 流体流动方向的选择：双管程+单壳程2. 工艺设计(1) 查出己烷的正常沸点(进口温度) = 68.74(2) 选定己烷的出口温度 =44(3) 选定冷却剂的出口温度 =38(4) 计算逆流传热的平均温度差 =21.28(5) 校正传热平均温度差 由查表得=0.93， 因为0.850.930.95，满足要求。由此得： 0.9321.28=19.79(6) 计算定性温度 (7) 查出物料和冷却剂的物性参数物料名称己烷质量流量比热容粘度密度导热系数 查出冷却剂的物性参数密度粘度比热容导热系数(8) 计算热负荷 (9) 根据总传热系数K的大致范围，初选总传热系数=470W/() (10) 初算传热面积 (11) 根据工艺条件，选取公称压力 PN=1.0MPa(12) 根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢(13) 由初算传热面积和选定的公称压力PN，根据管壳式换热器行业标准JB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：1. 从行标中直接查取计算换热面积：S=109.32. 公称直径DN取600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)3. 管长L=4500mm4. 管壁壁厚： 192mm5. 总管数： n=4166. 中心排管数： Nc=237. 管程流通面积=0.03688. 管子排列方式：正三角形9. 管心距：t=25mm10. 管程数：=211. 壳程数：=112. 折流板间距：h=300mm13. 折流板型式：25圆缺形14.计算冷却剂的流量15.计算管程流速 因为0.50.79673m/s，所以满足要求。16.计算管程对流传热系数 Nu=0.023 =自来水被加热，n取0.4，代入数值： =17.计算壳程当量直径和流速=因为0.20.531.5m/s，所以满足要求。18.计算壳程对流传热系数 Nu=0.36Re。物料被冷却，取0.95， 将数值代入上式： =947.726 w/()19.根据冷热流体的性质及温度，在(GB151-99P140-141)选取污垢热阻 20.计算总传热 其中的确定：T=1/2()，然后查表，利用内差法得到 =51.54解出=555.74w/()21.由计算传热面积 22. 因为，15 19.04 25，所选换热器能完成任务。23.核算压力降 对于19mm2mm的换热器，结构校正系数=1.4， 代入数值： =16161.26 Pa =16.16126 KPa因为10 KPa16.16126 KPa30KPa，故符合要求。管外Re=折流板数壳程压力降。代入数值得：=7538.35Pa对于液体=1.15 =（7538.35+）1.151 =12205.37Pa =12.20537KPa因为10KPa 2.20537 KPa 30KPa，故符合要求。3. 结构设计（1）圆筒厚度查GB151-99P21表8得圆筒厚度为：8 mm （2）椭圆形封头 查JB/T4737-95，椭圆形封头与圆筒厚度相等，即8mm 公称直径DN（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）碳钢厚度（mm）内表面积 A 容积 V 质量mkg60015025804374003532747（3）管箱短节厚度 查GB151-99P20，管箱短节厚度与圆筒厚度相等，即8mm（4）压力容器法兰(甲型) DNDD1D3螺柱规格数量质量6007306906454023M202428.62（5）膨胀节因为 （6）管板 查（化工单元设备设计P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：公称直径Dbcd螺栓孔数质量6007306905986453610232877(7)分程隔板公称直径 DN/mm隔板最小厚度/mm碳素钢6008（8）分程隔板两侧相邻管中心距,换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径,所设计的换热器不用机械方式清洗,采用正三角形排列换热器外径d/mm19换热器中心距S/mm25分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm38(9)布管限定圆换热器型式/mm/mm布管限定圆直径/mm固定管板式6008584(10)拉杆的直径、数量和尺寸拉杆公称直径/mm数量基本尺寸拉杆直径d/mm/mm/mm/mm12419152.0（11）拉杆孔,（12）换热管与管板的连接换热管规格外径壁厚/mm换热管最小伸出长度最小坡口深度/mm/mm1921.52（13）折流板的厚度和外径公称直径 DN/mm换热管无支跨距300mm(折流板或支撑板的最小厚度)折流板名义外直径/mm折流板外直径允许偏差6004595.5（14）接管已烷液体进出口接管的直径计算 采用热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为冷却水进出口接管,取=2m/s,则采用热轧无缝钢管,实际已烷进出口管内流速为:（15）管法兰管子直径/mm法兰内径/mm螺栓孔中心圆直径/mm公称直径/mm螺栓孔直径/mm螺栓孔数量n法兰外径/mm法兰厚度/mm法兰理论重量kg自