化工原理课程设计方案换热器00001

化工原理课程设计ﻩ学院:化学工程学院班级：姓名：学号:指导教师：２010年0６月任务书PAGEI化工原理课程设计《换热器》设计任务书班级精化07—１姓名一、设计题目：无相变列管式换热器的设计二、设计任务及操作条件 某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油.1、柴油入口温度：140℃，出口温度：６0℃2、柴油流量：6500kg/ｈ，压力:0。3MPa3、循环冷却水压力：0．4MＰa，入口温度：2９℃，出口温度:39℃已知柴油的有关物性数据:密度ρ1=994kg/m３；定压热比容cp,1＝2．22kJ/（kg·℃）；热导率λ１=0.14W/（m·℃）；黏度μ1＝7．15×10－4Pa·ｓ三、设计项目（说明书格式）1、封面、任务书、目录。2、设计方案简介：对确定的换热器类型进行简要论述.3、换热器的工艺计算：确定物性数据估算传热面积工艺结构尺寸换热器核算:包括传热面积核算和换热器压降核算４、换热器的机械设计5、绘制列管式换热器结构图(ＣAD）.6、对本设计进行评述。7、参考文献成绩评定指导教师２0１0年6月８日目录TOC＼o"１—3＂\h\z\uHYPERLIＮＫ\ｌ_Tｏｃ145111设计方案简介ﻩPAGEREF＿Toｃ14５１11HＹＰERLINＫ\l_Tｏc６1391。1选择换热器类型 PAGERＥF_Toc61391ＨYPERＬIＮK\l_Toc７08８1。2冷热流体流动通道的选择ﻩPAGEREF_Ｔｏc7088１HＹPERLIＮK＼ｌ_Toｃ110６１2换热器的设计计算 PAGＥREＦ_Tｏｃ110６11HYPＥRLＩＮK＼ｌ_Toc2８2642。1确定物性数据ﻩPAＧＥREＦ_Ｔoc282６41HYPERLINK\l＿Ｔｏｃ１906６２．2估算传热面积ﻩＰAＧEREF_Toc1906６2HYPＥRLINK\l_Toc5２３62。2．1热流量ﻩPAGERＥF_Ｔoc5236２ＨYPＥＲLINK\l_Ｔoc282５８２.２.2平均传热温差ﻩPＡGEREＦ_Toc282582HＹPERLＩＮK\l_Toc441２。2．3冷却水用量 PAGＥREF_Toc4４12ＨYPERLINＫ\ｌ_Toｃ190１02．2.4总传热系数ﻩ2HＹＰＥRＬIＮK＼l_Ｔoc３0509２.2.5计算传热面积 ＰAＧEREＦ_Ｔoc30509２HYPEＲＬINK\ｌ_Toc292572。3工艺结构尺寸ﻩPAGEＲEF_Toc29257２ＨYPＥRLINＫ＼l_Toｃ３15032．4换热器核算 PAGEREF＿Toc3１５０３5HYPERLINＫ\l_Ｔｏc1３146２。4。１热量核算ﻩPAGEＲEF_Toc13１46５ＨYPＥRＬINK\l_Ｔｏc４0４82.４。2换热器内流体的流动阻力ﻩPAGEREF＿Toc４0486HYＰEＲLINK＼l_Toc１３0１83换热器机械设计 PAGEREＦ_Tｏc1３01８9HYＰEＲLINK\ｌ_Ｔoｃ183８３。１壳体壁厚 PＡＧEREＦ＿Toc１83８9HＹＰEＲＬＩNＫ\ｌ_Ｔoc２40１0３.２管板尺寸 PＡGEREF_Toc2４0109HYPERLIＮK\l_Ｔoc315８03.３接管尺寸ﻩPＡGＥRＥF_Toc3158０１１HYPEＲLＩNK\l＿Toc1０73０3．4换热器封头选择 PAＧEREF_Toc10730１1HYPＥRLＩNＫ＼ｌ_Ｔoc１5723.5膨胀节选择ﻩＰAGEREＦ_Tｏc1572１2HYPERLIＮK\l_Ｔoc1833.6其他部件ﻩPAGEＲEF_Toc183１２ＨＹPEＲLＩNK\l_Ｔoc20074４评述ﻩPAGＥREF_Ｔｏｃ２００7413HYPERＬINK＼ｌ_Toｃ1１131４。1可靠性评价ﻩPAGEＲEF_Toｃ1113１13HYPEＲLＩＮK＼l_Toc1６５9４。２个人感想ﻩPAGＥREF＿Ｔｏc165913HYPＥRLＩNK＼l_Toｃ4３035参考文献 PAGEREF＿Toｃ４30313化工原理课程设计PAGE1１设计方案简介1．1选择换热器类型两流体温度变化情况:热流体柴油入口温度140℃，出口温度6０℃;冷流体入口温度2９℃，出口温度3９℃。，t冷＝(２9+39）／2＝３4℃,ｔ热=（１40+60)／2=1０0℃，t热－ｔ冷=１００-34=6６℃，温差较大,但是柴油压力为0。3Ｍpa，冷却水压力为0.4Mpa,压力偏低，故可以选用固定管板式换热器,采用逆流１．２冷热流体流动通道的选择从两物流的操作压力看,应使冷却水走管程，由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降，所以冷却水走管程，柴油走壳程,以便散热。选用φ25×2。5的碳钢管,管内流速设为ui=1．0m/ｓ。

2换热器的设计计算2。１确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程柴油的定性温度：ｔ热＝（140＋60）/2=１00℃管程流体的定性温度:t冷=(2９+３9）/2=34℃根据定性温度,查化工原理书附录[１］，利用内插法计算壳程和管程流体的有关物性数据。柴油的有关物性数据如下：密度ρ1=９94kg/m３定压比热容Cp1=２.22kJ/(kg·℃）热导率λ1=０。14Ｗ/(ｍ·℃）粘度µ１=7。1５×1０—4Pa·ｓ冷却水在3４℃的有关物性数据如下:密度ρｉ=99４.３kg／m3定压比热容Cpi＝4．１７4kJ/（kｇ·Ｋ)热导率λｉ=0.６241W/(ｍ·K）粘度µｉ=0.00074２8Pa·s2。2估算传热面积２．2.１热流量Ｑ1=ｍ1Ｃｐ1t1=6500×2。２２×(14０—60)=1。１５×106kJ/h=319．４kW2。2.２平均传热温差Δt1=60-29=3１K,Δｔ2＝140－39=101Ｋ所以,Δtｍ＝(1０1-3１)/ｌn（１0１/３１）=５9.２7K2。2.３冷却水用量流量wi＝Q1/Cpｉ/Δti=1.1５×106／4.174/（３9-29)＝２。75５×10４kg/ｈ2.2。4总传热系数利用化工原理附表,根据两种流体的性质，可查出换热器总传热系数，取其值为３50。2.２．5计算传热面积考虑１5%的面积裕度,S=1.１5×S＝1．15×15.４=17.７m２２。3工艺结构尺寸2。3.1管径和管内流速选用φ25×2.5传热管(碳钢）,取管内流速2．3。2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为（管程）传热管总根数根2．３.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程，四管程结构,温差校正系数为平均传热温差２。3．４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,隔板两侧采用正方形排列。取管心距，则横过管束中心线的管数根2。3。5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率，则参考《化工单元过程及设备课程设计》[２］，壳体内径根据国家标准,圆整可取。2.３．6折流板采用弓形折流板（水平圆缺）,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的,则切去的圆缺高度为。取折流板间距，则根据国家标准取板间距为200mm。折流板数块，折流板圆缺水平装配。2．３．7接管壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为，则接管内径为取标准管径为。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为，则接管内径为取标准管径为.２.４换热器核算2。４。1热量核算1)壳程对流传热系数对圆缺形折流板,可采取克恩公式当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积壳程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正２）管程对流传热系数管程流通截面积管程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数3）传热系数根据化工原理附录，可取管外侧污垢热阻Rsi=0.0００１７2m2·℃/W管内侧污垢热阻Rｓｏ=0.０00３44ｍ２·℃/W4）传热面积该换热器的实际传热面积该换热器的面积欲度Ｈ＝（Sｐ-S）/S＝（２3.５5—１7．56)／17．56=0.３4=34％而一般换热器的面积欲度大于15%～２0%,就可以满足要求。故所设计的换热器较为合适。2.4．2换热器内流体的流动阻力(1）管程阻力，,管程结垢校正系数,由,查《化工原理》书表1－２得传热管相对粗糙度为,再查图1—27得，流速，，所以，,管程流动阻力在允许范围之内.(２)壳程阻力，流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力，，总阻力壳程流动阻力也比较合适。（３)换热器主要结构尺寸和计算结果见附录ﻬ3换热器机械设计3.1壳体壁厚由工艺得，壳体内径，壳体定性温度为１00℃。壳体设计压力为０。3MPa。选用低合金结构钢板１6MｎR卷制，材料１０0℃时的许用应力,取焊缝系数，腐蚀欲度，则计算厚度设计厚度名义厚度，取。有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验校核10０.2Mpa＜0.9，水压强度满足要求。3。2管板尺寸固定管板厚度设计采用ＢS法［3］。假定管板厚度ｂ=４０mm总换热管数量n=50一根管壁金属的横截面积为开孔强度削弱系数(双程）两管板间换热管有效长度（除两管板厚度）L估取5９10mm计算数值K按管板简支考虑,依K值查图得，G１=1．0，G2＝0.57，G３=1。３。管子与筒体的刚度比筒体内径截面积管板上管孔所占的总截面积系数系数换热管与壳体的总膨胀差最大压差当量压差壳程压力，管程压力。管板最大应力管子最大应力管板采用16Mn锻，换热管采用１0号碳素钢,管板,管子强度校核管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取C2=4mm,隔板槽深取4mm，实际管板厚度为48ｍm.3。3接管尺寸接管选用２0号热扎碳素钢管，钢管许用应力，Ｃ２=1。接管计算厚度接管有效厚度开孔直径接管有效补强宽度接管外侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强的面积为因为，所以不用另需补强.则该接管强度足够。３.４换热器封头选择综合考虑,此换热器采用标准椭圆形封头。计算厚度设计厚度名义厚度,取。故该封头可用2ｍm厚的１6MnR钢板制作，取直边高度为２5ｍm。３．５膨胀节选择壳壁横截面面积换热管总截面面积管，壳壁温差所产生的轴向离Ｆ1压力作用于壳体上的轴向应力F2，其中则压力作用于管子上的轴向应力则根据GB１5１-19９9《管壳式换热器》故本换热器不用安装膨胀节.３.６其他部件设备法兰采用甲型平焊法兰，配用压紧面为平形,则垫片采用非金属软垫片耐油橡胶石棉垫.根据工艺条件,选取垫片厚度为17。5ｍｍ的.支座采用鞍座，选用JＢ/T４712鞍座ＢI400—F/S.取,，其安装高度为２00ｍｍ。

４评述４．1可靠性评价根据主要设备的厚度来校核,看是否符合强度要求。由3.1节的设计可以得到，换热器的壁厚经水压校核符合强度要求。故设计可行性较好。从经济性考虑,其材料根据各个部件的功能选用如低合金钢，碳素钢，综合看来较经济，并且其制造工艺简单方便。而且,设计都满足国家标准和行业标准。因此，该设计可靠性较高.4．2个人感想化工设计是一项比较繁琐的设计工作,它不仅要求我们队化工设计有基础的了解,而且还要对化工原理、化工机械等课程的知识具有一定运用能力，同时对计算机也要有一定的操作能力。我们学习的是一种设计的思维和设计的态度，反复推敲的能力。这次设计,不仅巩固可化工原理等各课程的知识，同时磨练了意志力.相信这次课程设计会让我们更加注意理论与实践的结合，对以后的学习具有很大的帮助.

５参考文献[1］夏清,陈常贵.化工原理上册．第一版(修订)。天津：天