冷却器的设计_图文

1、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 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

2、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

3、。(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

4、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 . 5一 设计题目:煤油冷却器的设计 . 5二 设计任务及操作条件 . 5三 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 . 6 第一节 换热器

5、简介 . 8一、换热器概述 . 8二、换热器的分类 . 8 第二节 列管式换热器的结构 . 121、管程结构 . 122、壳程结构 . 13 第三节 管程和壳程数的确定 . 15 第四节 流动空间的选择 . 16 第五节 流体流速的选择 . 17 第六节 流动方式的选择 . 17 第七节 加热剂、冷却剂的选择 . 18 第八节 流体出口温度的确定 . 18 第九节 材质的选择 . 18 第二章 列管式换热器的设计计算 . 19 第一节 传热计算 . 191、传热系数 K . 202、平均温度差 . 203、对流传热系数 . 234、污垢热阻 . 23 第二节 流体流动阻力 (压强降 的计算 .

6、 . 24 第三节 列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结 . . 27 第三章 换热器设计 . 27一、确定设计方案 . . 28二、确定物性数据 . 28四、传热面积初值计算 . 29五、管侧传热系数 . 29六、管内给热系数 . 30七、传热核算 . 30八、壳侧压力降 . 30九、管侧压降计算 . 31十、裕度计算 . 32 十一、冬季因素考虑 . 32 十二、壳程接管 . 38 十三、管程接管 . 38 第四章 零件计算 . 39 第一节 壳体、管箱壳体和封头的设计 . 391、壁厚的确定 . 392、封头 . 39第二节 管板与换热管 . 411、管板 . 412、换热管 . 42

7、 第三节 进出口设计 . 461、接管外伸长度 . 462、接管与筒体、管箱壳体的连接 . 463、排气、排液管 . 474、接管最小位置 . 48 第四节 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接 . . 501、壳体与管板的连接结构 . 502、管板与法兰的连接 . 513、管子与管板的连接 . 53 第五节 折流板或支持板 . 541、折流板型式 . 542、折流板尺寸 . 553、折流板的布置 . 564、支持板 . 565、折流板质量计算 . 56 第六节 防冲与导流 . 57 第七节 拉杆与定距管 . 571、拉杆的结构和尺寸 . 572、拉杆的位置 . 583、定距管尺寸 . 58

8、第八节 防短路结构 . 591、旁路挡板结构尺寸 . 592、假管 . 59 第九节 膨胀节 . 601、膨胀节 . 602、膨胀节计算 . 61 第五章 管束振动计算 . 64 第一节 概述 . 641、流动诱发振动的三种基本情况 . 642、管子最可能破坏的区段 . 643、破坏机理 . 644、流动诱发振动机理 . 645、横流下管束动力行为 . 656、流体动力作用力 . 65 第二节 流动诱发振动机理 . 661、漩涡分离 . 662、湍流抖振 . 673、弹性不稳定性 . 67 第三节 振动分析: . 681、阻尼稳定性理论: . 682、共振 . 683、横向载荷校核 . 69

9、第四节 管束振动计算 . 701、求斯特罗哈数 . 702、求临界速度系数 D . 703、求临界状态时漩涡分离振频率与管子固有频率之比 . . 704、求临界状态时紊流抖动振频率与管子固有频率之比 . . 70 第六章 流程图 . 71 设计流程图 . 71 工艺流程图 . 72 第七章 结语 . 73 第八章 致谢 . 74 参考文献 . 75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

10、降:不大于 100kPa(4 煤油定性温度下的物性数据:密度 825kg/m3,黏度 7.15³10-4Pa.s ,比热容 2.22kJ/(kg. , 导热系数 0.14W/(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3.1 传热计算3.2 管、壳程流体阻力计算3.3管板厚度计算3.4 U形膨胀节计算3.5 管束振动3.6 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:

11、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

12、勤 . 化工设备机械设计基础 M. 北京:化学工业出版社 ,199911 GB 151-1999管壳式换热器12 JB/T 4715-92 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

13、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

14、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 K 0不

15、当或其他条件选取不当,造成在校核时 K 0不符合要求。 在重新选取 K 0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,

16、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

17、,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。(4流体的流动方向选择:饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入,冷凝水从壳程的下方排出,这样 既便于冷凝水的排放,又利于传热效率的提高 ; 冷却水一般从换热器的下方的入口进入 , 上方的出口排出 , 可减少冷却水流动中的死角 , 以提高传热面积的有效利用 . 故采用逆流 .(5流速的选择 :换热器内流体的流速大小 , 应有经济衡算

18、来决定 . 增大器内流体的流速 , 可增强对流传 热 , 减少污垢在换热管表面上沉积的可能性 , 即降低了污垢的热阻 , 使总传热系数增大 , 从而减少换热器的 传热面积和设备的投资经费 , 但是流速增大 , 又使流体阻力增大 , 动力消耗也就增多 , 从而致使操作费用增 加 , 若流速过大 , 还会使换热器产生震动 , 影响寿命 , 因此选取合适的流速是十分重要的 .(6冷却剂及出口温度的确定 :选取水做冷却剂 , 它们可以直接取自大自然 , 不必特别加工 . 由于本地水 源丰富 , 可以降低传热面积 , 减少设备费用 , 故取出口温度为 28 .第一节 换热器简介一、换热器概述换热器是将热

19、流体的部分热量传递给冷流体的设备,以实现不同温度流体间的热能传递,又称 热交换器。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。在换热器中,至少有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度 较低,吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热,但它的基本原理与前一种 情形并无本质上的区别。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们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

20、效换热器相继问世。二、换热器的分类换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越 多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构型式也不同,换热器的具体分类如 下:1、换热器按传热原理可分为:1间壁式换热器间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对 流,两种流体之间进行换热。因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热 面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。2蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固 体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转 式、阀门切换式等。3流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器,是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在 高温流体换热器和低温流体之