循环水冷却器设计.doc

化工原理课程设计目 录 设计目录 1一 设计任务书 3二 物性参数的确定 4三 设计方案的确定 4 1选择换热器的类型 4 2流程安排 5四 估算传热面积 5 1换热器的热负荷 5 2平均传热温差 6 3传热面积 6五 工程结构尺寸 7 1管径和管内的流速 7 2管程数和传热管数 7 3平均传热温差校正及壳程数 7 4传热管排列和分程方法 8 5管体内径 8 6折流板 8 7其它附件 9 8接管 9六 换热器的核算 9 1传热能力的核算 9 管程传热膜系数 9 污垢热住和关闭热阻 10 壳程对流传热膜系数 10 总传热系数K 11 传热面积裕度 11 2换热器内流体的流动阻力 12七 换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 13 八 设备参数的计算 14 1壳体壁厚 14 2接管法兰 15 3设备法兰 15 4封头管箱 15 5设备法兰用垫片 15 6管法兰用垫片 16 7管板 16 8支垫 16 9设备参数总表 16九 参考文献 17十 学习体会与收获 18十一 重要符号说明 20 17化工原理课程设计设 计 任 务 书 专业 高分子材料科学与工程班级 高分子091姓名 华春光设计题目 循环水冷却器设计设计条件 1设备处理量76T/h 2循环水 入口温度 60 摄氏度 出口温度45摄氏度 3冷却水 入口温度 20 摄氏度 出口温度30摄氏度 4常压冷却热损失5% 5两侧污垢的热阻0.00017( m2)/W 6初设k= 900W/(m) 设计要求1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明2根据所选换热器患处设备装配图 指导教师 ：杨长龙化工原理课程设计二 计 算 物 性 参 数1、定性温度下两流体的物性参数（1）循环水定性温度tm=52.5 密度h=987.1kg/m3；比热容Cph=4.175kJ/(kg.） 导热系数h=0.6500W/(m) 粘度h=0.00053328Pa.s(2) 冷却水定性温度tm=25 密度i=996.9kg/m3比热容Cpi=4.179kJ/(kg.) 导热系数i=0.6083W/(m.) 粘度i=0.0009025Pa.s三 设 计 方 案 的 确 立 1.选择换热器类型：固定管板式换热器固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间温差太大而产生不用的膨胀时，常会使管子与管板的借口脱开，从而发生介质的泄露。为此常在外壳上焊一膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。由此可见，固定管板式换热器比较适合用于温度不大或较大但壳程压力不高的场合，所以此设计易选用固定管板式换热器。 固定管板式换热器 2.流程安排: 由于是常温冷却，并且循环水相对比较洁净，所以选择循环水走管间,冷却水走管内，既有利于冷却水冷却效率，也可借助于外界温度加速循环水冷却。四估 算 传 热 面 积1.换热器的热负荷：Q=micpit =760004.175（60-45）95 =4.759kg/h=1321.9kw2. 平均传热温差（对流传热）：t1=60-30=30 t2=45-20=25t=27.4P=0.25 R=1.5由P、R值查阅化工原理得=0.96t，=27.40.96=26.3由于=0.960.8，所以选用换热器为单壳程 冷却水用量：3.传热面积： 考虑15%的面积裕度：五. 工 程 结 构 尺 寸1.管径和管程流速： 2.管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程管传热管数由得计算mc=30.1Kg/s按单管程计算，传热总管长度为：如果按单管程设计则传热管过长，宜采用多管程结构。现在取传热管长，则该换热器的管程数为：传热管总跟数：N=802=160（根）4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列，取管心距 t=1.25d 则t=1.2525=31.2532（mm） 隔板两侧相邻管心距为： 通过管束中心线的管数：5.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径为： 圆整可取：D=600（mm）6.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%，则切去的圆缺高度为： h=0.25600=150（mm） 取折流板间距B=0.3D，则B=0.3600=180（mm）取B=200（mm） 折流板数：7.附件：选取拉杆直径为12mm，拉杆数量为4根，壳程入口应设置防冲挡板。8.接管 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s 则接管内径： 壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s 则接管内径； 所以取标准管：壳程接管：，管程接管：。六. 换 热 器 的 核 算1.传热能力核算管程传热膜系数： 管程流速截面积： 管程流体速度： 污垢热阻和管壁热阻 污垢热阻：Rsi=0.00017 ( m2)/W Rso=0.00017 (m2)/W 管壁导热系数： 壳程对流传热膜系数： 粘度校正 总传热系数K ： 传热面积： 实际传热面积： 面积裕度： 2换热器内流动的流动阻力 管程流动阻力： 由Re=26841,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005，查莫狄 图得i=0.033w/moc i=1.199m/s =996.9kg/m3, 所以 P1=0.033（6/0.02）（1.1992996.9/2)=7094.06Pa P2=2/2=3996.91.1992/2=2149.72Pa 管程流动阻力在允许范围之内 。 壳程阻力： P0=（P1+P2）FtNs Ft=1 Ns=1 流体经管束的阻力：P1=F0nc(NB+1)2/2 F=0.5 0=530463-0.228=0.4749 nc=15 NB=29 0=0.8147m/s P0=0.50.474915(29+1)0.81472987.1/2=35003.6Pa 流体经过折流板缺口的阻力损失： P2=NB(3.5-2B/D)2/2 B=0.20 D=0.60 P2=29(3.5-20.2/0.6)0.81472987.1/2=26913.56Pa 总阻力损失： P总=35003.6+26913.56=61917.16Pa 壳程流动阻力在允许范围内 。七.换 热 器 主 要 结 构 尺 寸 和 计算 结 果 表管程壳程流率kg/h76000108196.3温度进/出20/3060/45压力MPa1.61.6物性定性温度2552.5密度kg/m3997.0987.1热容kJ/(kg.)4.1794.175粘容Pa.s89.3710-553.32810-5导热系数W/(m) 60.8310-565.010-5普兰特数6.323.74 设备结构参数型式固定管板式台数1壳体内径mm600壳层数1管径252.5管心距32管长6000管子排列管数目（根）156折流板数29传热面积m245.62折流板距200管程数2材质碳钢接管壳程内径1274.5接管管程内径1464.5主要计算结果管程壳程流速m/s1.2030.8147传热膜系数w/m24722.984746.89污垢热阻m2/w0.000170.00017阻力损失0.0190.025热负荷kw1321.9传热温差26.3传热系数w/m21101.81裕度65.19八.设 备 参 数 计 算1. 壳体壁厚 S，c=PDi/2&t-P=1.6600/21130.9-1.6=4.76mm C=1.24mm Sc=Sc，+C=6mm 2. 接管法兰Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH1251334235200178310181.988M16561501594.5260225202312182.628M16562. 设备法兰DgDDDDDbaad规格数量法兰重量60073069065564564340151323M202835.1 4.封头管箱 封头：以外径为公称直径的椭圆形封头公称直径Dg曲面高度h1直边高度h2内表面积F（m2）容积v（m3）600150400.4640.396 5.设备法兰垫片（橡胶石棉板）公称直径Dg垫片内径d公称压力F(m2)垫片外径D60061516655 6.管法兰用垫片法兰公称压力Mpa介质温度密封面型式垫片名称材料冷却水1.660光滑橡胶垫片橡胶板循环水1.660光滑橡胶垫片橡胶板 7. 管板管板厚度30，长度666，材料为16MnR。 8. 支垫（鞍式支座）公称直径Dg每个支座允许负荷tb1LBlK1bm重量（kg）60036.81805501202604209022026.39.设备参数总表序号图号标准名称数量材料单重（kg）总量（kg）1LNQ-001-3前瑞管箱1组合件84.52HG20592法兰PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5 L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板 29Q235-A7.5217.55筒体DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉杆4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684级0.040.328LNQ-001-3法兰120II879垫片642/600 S=34石棉橡胶板0.310JB/T4701-2000法兰-FM600-1.01Q235-B40.811筒体DN600X8 L=1401Q235-B16.812JB/T 4746-2002封头EHA 600X51Q235-B1713GB/T14976换热管25X2.5，L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座 500-S2Q235-A/Q235-B26.315JB/4701-2000法兰-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65垫片2橡胶板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母 M201286级0.0648.220JB/T4707螺栓M20x150-A626.8级0.3320.4621SYJ11-65垫片1橡胶板0.3参 考 文 献 1 夏清 陈常贵主编.化工原理（上、下）.天津：天津大学出版社，2005 2 化工原理教研室选编.化工原理课程设计.齐市：齐大，2008 3 大连理工大学化工原理教研.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社, 1996 4 匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社，2002 5 上海医药设计院编写.化工工艺设计手册（上、下）. 北京：化学工业出版社，1986 6 柴诚敬等.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1995 7 谭慰主编.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2000 8 刑晓林主编.化工设备.北京：化学工业出版社，2005 9程达芳等主编.化工过程及设计.北京：化学工业出版社，2000 10样祖荣主编.化工原理.北京：化学工业出版社，2004 11郑津洋等主编.过程设备设计.北京：化学工业出版社，2005 12匡照忠主编.化工机器与设备.北京：化学工业出版社，2006 学 习 体 会 与 收 获为期两个星期的课程设计就要结束，这次设计的是处理74T/h管壳式循环水冷却器。虽然为期不长，但收获颇多。整个设计过程中，我们不仅巩固了以前学过的知识的同时，还学到了很多新的知识、掌握了很多新技能，更重要的是我们积累了宝贵的设计经验。首先，这次课程设计是我们接触的第一个专业课程设计，所要用到的知识很多，包括机械设计基础、机械制图、传热学、流体力学和换热器原理与设计等方面的知识。这些知识不是机械的相加，而是需要全面的考虑和整体布局，不止一次因为考虑不全而要重新来过；有时会不耐烦，可想想不耐烦对我没有任何益处，便及时的调整过来。这次设计巩固我以前所学习的知识，让我专业知识有了更深的认识和理解。其次，这次课程设计还考验了我们的团队合作精神，以及严谨的工作态度、平和的心态。这次设计工作量大，用到的知识多，而确我们又是第一次设计，所以单独靠自己是不法完满的完成本次课程设计，我们经常要进行讨论，也要耐心的听其他同学的意见。连续两个星期是一件挺辛苦的事。有时为了一个数据查找了好几本书，还是找不到结果的时候，是挺纳闷的，很容易让人想放弃。但有目标在，或继续请教其他同学，或继续寻找；努力终会结果，这结果就是对努力的奖励。特别是在其他同学都还没找到而你找到，拿来跟其他同学共享，那更是一件乐事。在辛苦的同时，享受着辛苦带来收获的喜悦。在此，感谢学院给我们提供了这么一个学习的机会，让我们把所学的知识得以运用，感谢朱宪荣老师给我们的耐心指导，让我们的设计得以顺利完成，让我明白什么是严谨的科学态度。十一.重 要 符 号 说 明 Q 热负荷 KJ/hmi热流体质量流速 KJ/hCpi热流体比热容 KJ/(kg)Cpi冷流体比热容 KJ/(kg)di 传热管的内径 mdo 传热管的外径 mde当量直径 mD 公称直径mK 选取的传热系数 t1冷流体进口温度 t2冷流体出口温度 T1热流体进口温度 T2热流体出口温度 R平均温差校正系数的参数Ft温度校正