吹扫气激冷器设计论文

毕业设计 论文 吹扫气激冷器设计 Purging Device Shock Cooler Design 班 级 过程装备 071 学生姓名 王敬之 学号 730410128 指导教师 王敏 周波 职称副教授 助教 导师单位 机械工程系 论文提交日期 2009 年 11 月 30 日 徐州工业职业技术学院 毕业设计 论文 任务书 课题名称 吹扫器激冷器设计 课题性质 工程设计类 班 级 过程装备 071 学生姓名 王敬之 学 号 730410128 指导教师 王敏 周波 导师职称 副教授 助教 一 选题意义及背景 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备 在石油 化工 轻工 制药 能源等工业生产中 常常需要把低温流体 加热或者把高温流体冷却 把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体 这些 过程均和热量传递有着密切联系 因而均可以通过换热器来完成 本课题就是利用相关知识 设计出达到工艺所规定的要求 同时强度 结构可靠 便于制造 安装和检修 以及经济上合理的吹扫气激冷器 满 足生产需要 二 毕业设计 论文 主要内容 设计参数 介质R 22H2 HCl 气液混合 工作温度 进出口 33 4331 40 0 工作压力 绝压 0 090 15 流量 Kg s 自己确定 可取 5 20 之 间一值 未知 具体内容 1 完成设计论文 2 完成吹扫气激冷器 主体和零部件的结构和强度设计 3 完成 A1 图纸不少于三张 总装配图和零件图 三 计划进度 1 第一周 查阅资料 完成论文的绪论 并对换热器的结构和强度设计有所 认识 2 第二周和第三周 完成热工计算 吹扫气激冷器 的结构和强度设计 3 第四周 根据自己的设计 绘制出换热器的总装配图和零件图 4 第五周 查缺补漏 修改论文和图纸等 并提交毕业设计相关资料 准备 答辩 四 毕业设计 论文 结束应提交的材料 1 毕业设计 论文 报告 2 毕业设计论文评阅表和交叉评阅表 3 答辩评分表 4 论文真实性承诺及指导教师声明 5 设计计算书 6 图纸 指导教师 教研室主任 年 月 日 年 月 论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明 所提交的作品是本人在指导教师的指导下 独立进行 研究工作所取得的成果 内容真实可靠 不存在抄袭 造假等学术不端行 为 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在 文中以明确方式标明 如被发现论文中存在抄袭 造假等学术不端行为 本人愿承担本声明的法律责任和一切后果 毕业生签名 日 期 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明 已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核 确定其 内容均由学生在本人指导下取得 对他人论文及成果的引用已经明确注明 不存在抄袭等学术不端行为 指导教师签名 日 期 毕业设计 I 摘 要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体 实现化工生产过程中热量交 换和传递不可缺少的设备 本文以 U 形管式换热器为研究对象 在查阅国内外众多文献的基础上 对 换热器的发展 背景 分类和用途进行了探索和研究 以气气换热器的设计过 程为主线 结构设计为主体 全面介绍换热器的设计全过程 本文主要以 R 22 和 H2 HCl 混合物为介质 按实际设计步骤依次进行热工计算 结构设计和强 度设计 并画出换热器的 CAD 结构图 主要研究内容如下 1 对换热器的发展 分类 材料和运用进行阐述 了解换热器的基本构 造和基本原理 2 通过查阅换热器设计相关标准得出的数据 对 U 形管式换热器的进行 设计 具体分为换热器的热工计算 结构计算和强度计算 3 换热器的外部设计包括它的筒体的设计 封头的设计 管箱和换热器 支座的设计 4 换热器的内部设计包括 它的换热管的尺寸 固定管板的厚度以及折 流挡板的尺寸 除了上述以外 换热器的研究内容还应包括它的压力容器法兰 管法兰 开孔与补强 接管处的零部件 还有它的附件 各个开孔处的应力校核等等 本文是在压力容器设计应用分类方法的基础上 查阅换热器设计相关标准 在此加以研究和分析得出换热器的设计数据 并作出 CAD 图 对我们了解换热 器的设计流程和作用有了更深刻了解 关键词 换热器 压力容器 U 形管式换热器 ABSTRACT ABSTRACT Heat exchanger is part of the essential equipments which transfer thermal fluid heat to thecold fluid in the chemical production process to achieve heat exchange and transmission In this paper U tube heat exchanger was used as the research object and the development background classification use exploration and research of the heat exchanger was discussed on the basis of referring to much literature home and abroad The comprehensive description of the whole process design of heat exchanger was discussed using the heat exchanger design process as the main line and the structural design as the main body In this paper R 22 and H2 HCl mixture was used as the medium according to the actual design procedure followed by the calculation of thermal engineering structural design and strength design and also heat exchanger CAD chart was drown at last Main research contents are as follows 1 The development classification materials and the use of the heat exchange was elaborated to understand the basic structure and basic principles of the heat exchanger 2 The U tube heat exchanger design was divided into the calculation structural calculation and strength calculation on the data obtained by referring to the heat exchanger design related standards 3 The external heat exchanger design included the design of its cylinder head tube boxes and supports 4 The interior design of heat exchanger included the design of the size of its heat exchange tube fixed tube sheet thickness and baffled baffle size In addition the design content also included its pressure vessel flanges pipe flanges openings and opening of the pipe as well as its attachments each hole stress check etc The design data and the CAD structure map of the heat exchanger was obtained using the pressure vessel design applications on the basis of classification and referring to the heat exchanger design related criteria 毕业设计 III KEYWORDS heat exchanger pressure vessel U tube heat exchange 毕业设计 I 目 录 摘要 I ABSTRACT 第一章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 换热器的发展 1 1 3 换热器的分类 2 1 3 1 根据结构分类 2 1 3 1 1 管式换热器 2 1 3 1 2 板式换热器 3 1 3 1 3 延伸 扩展 表面换热器 4 1 3 1 4 再生器 蓄热式换热器 4 1 3 2 根据传递过程分类 4 1 3 2 1 直接接触式换热器 4 1 3 2 2 间壁式换热器 5 1 2 2 3 蓄热式换热器 5 1 3 3 根据流体的相态分类 5 1 3 3 1 气 液换热器 6 1 3 3 2 液 液换热器 6 1 3 3 3 气 气换热器 6 1 4 换热器的要求 6 目 录 II 1 5 换热器的应用和维护 6 1 6 本课题的内容及其研究意义 7 第二章 吹扫气激冷器的结构设计 8 2 1 设计参数 8 2 2 换热器热工设计的计算步骤 8 第三章 吹扫气激冷器的强度设计 15 3 1 U 形管式换热器筒体计算结果 15 3 2 前端管箱筒体计算结果 16 3 3 前端管箱封头计算结果 17 3 4 后端封头计算结果 18 3 5 内压斜锥壳校核 19 3 6 卧式容器 双鞍座 21 3 7 U 型管换热器管板计算 26 第四章 总结 29 参考文献 30 附录 31 致谢 32 毕业设计 3 第一章 绪论 1 1 引言 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备 又称热交换器 heat exchanger 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备 换 热器既可是一种单独的设备 如加热器 冷却器和凝汽器等 也可是某一工艺 设备的组成部分 如氨合成塔内的热交换器 一台换热器由换热元件 如含传热面的芯或管阵 matrix 以及流体分配 元件 如封头或管箱结构 进出口接管等构成 换热器中通常没有移动部件 但也有例外 例如在旋转式再生器中 蓄热体被设计成一定的速度旋转 传热 面与流体直接接触 从而热量以传热导的方式传递 传热面中将二种流体分开 的那部分 即基本的或直接接触的传热面外 为了增大传热面积 二级接触面 如翅片可以附在基本传热面上 1 换热器的特点是传热过程及其相关工艺所决定的 在流程工业中为了实现 不同的物理挂靴的反应 工艺过程常常千变万化 因此换热器的工艺性很强 其次过程装置趋向于单系列化 装置规模趋向于大型化 要求更长的运行周期 对其中换热器的长期可靠性提出了极高的要求 再者换热器服役条件千差万别 有高温 低温 深冷 有超高压 高压 中压 低压 真空等 有强酸 强碱 剧毒 易燃 易爆等 这些工艺特点决定了换热器相关知识体系的复杂性 换热器的应用广泛 它应用于化工 石油化工 动力 医药 冶金 制冷 轻工等行业 日常生活中取暖用的暖气散热片 汽轮机装置中的凝汽器和航天 火箭上的油冷却器等 都是换热器 通过这种设备使物料能达到指定的温度以 满足工艺的要求 在目前大型化工及石油化工装置中 采用各中换热器的组合 就能充分合理地利用各种等级的能量 使产品的单位能耗降低 从而降低产品 的成本以获得好的经济效益 是提高能源利用率的主要设备之一 2 1 2 换热器的发展 30 年代初 瑞典首次制成螺旋板换热器 接着英国用钎焊法制造出一种由 铜及其合金材料制成的板翅式换热器 用于飞机发动机的散热 30 年代末 瑞典又制造出第一台板壳式换热器 用于纸浆工厂 在此期间 为了解决强腐蚀性介质的换热问题 人们对新型材料制成的换热器开始注意 二十世纪 20 年代出现板式换热器 并应用于食品工业 以板代管制成的换 热器 结构紧凑 传热效果好 因此陆续发展为多种形式 60 年代左右 由于空间技术和尖端科学的迅速发展 迫切需要各种高效能 紧凑型的换热器 再加上冲压 钎焊和密封等技术的发展 换热器制造工艺得 到进一步完善 从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用 70 年代中期 为了强化传热 在研究和发展热管的基础上又创制出热管式 换热器 由于制造工艺和科学水平的限制 早期的换热器只能采用简单的结构 而 且传热面积小 体积大和笨重 如蛇管式换热器等 随着经济的发展 各种不 同型式和种类的换热器发展很快 新结构 新功能 新材料的换热器不断涌现 过去 20 年来 能量价格的急剧增加使得废热回收越来越有吸引力 利用换 目 录 4 热器从烟道气中回收废热可以提高整个工厂的效率 从而可以减少国家的