化工原理课程设计换热器.docx

成果银川能源学院化工原理课程设计说明书题目，42134吨/年乙莘冷却列管式换热器的设计学生姓名李凯学号1410140038.指导老师刘荣杰院系石油化工学院专业班级能源化学工程（本）1402班设计时间2015年6月10日化学工程教研室制书目摘要1abstract11设计任务书21.1.设计题目21.2 工艺原始数据及操作条件21.3 设计内容21.4 设过时间22课程设计概述32.1 设计目的32.2 2换热器设备的在生产中作用及应用32.3 工艺流程32.4 .列管式换热器的特点31.4 .1应用特点31.5 .2设备的结构特点42. 5设计方案的确定41. 5.1换热器类型的选择42. 5.2换热器内流体通入空间的选择43. 5.3潦速的选择53换热过程工艺计算54. 1基本物性参数53. 2计算总传热系数61. 2.1计算热负荷和冷却水流量63. 2.2计算两流体的平均传热温差63. 2.3初算传热面枳73. 3工艺结构尺寸的计算81. 3.1管径和管内流速83. 3.2管程数和传热管数84. 3.3传热管的排列833.4克体内径95. 3.5折流板96. 3.6接管104换热器主要传热参数的校核107. 1热流量核算1041.1.管程流体流速104. 1.2课程流速流体104. 2换热器内流体的流淌阻力124.1 1管程流淌网力125课程设计说明及汇总136主要零部件1461封头146.2法兰156.3管板156.4垫片156. 5管子在管板上的固定151. 5.1胀接法156. 5.2焊接法157课程设计心得体会158致谢16参考文献16换热器是化工、石油以及其它很多工业部门的通用设备,在生产制造中占有及其重要的地位。所以，在本次课程设计中我们设计列管式换热器。设计内容包括设计任务45、课程设计概述、换热工艺计算等。设计过程主要通过设计任务书和国标准则，计算两流体的定性湿度，查找资料确定物性参数，计算总传热系数、工艺结构尺寸和确定主要的零部件。设计结果为单壳程和四管程的固定管板式换热器。优点结构简洁、紧凑，制造成本低；管内不易积垢，即使产生污垢也便于清洗。关催词：换热器：设计计算：固定管板式换热器abstractHeatexchangerischemica1.,oi1.andmanyoherindusiria1.sectorsofgenera1.equipment,anditsimportantpositionintheproductionandmanufacturing.So.inthiscoursewedesigninthedesignofshe1.1.andtubeheatexchanger.Designcontentinc1.udesthedesignp1.andescriptionsoftheoverview,curricu1.umdesign,sotheheatexchangep11cssca1.cu1.ation,etc.Main1.ythroughthedesignp1.andescriptionsofthedesignprocessandgbstandards,ca1.cu1.atedtwof1.uidtemperature,andtofindthedatatodeterminephysica1.parameters,ca1.cu1.atethetota1.heattransfercoefficient,processstructuresizeand1.oJetenninethemainconponen1.s.Theshe1.1.sideof(hedesignresu1.tsforsing1.efixedtubep1.ateheatexchangerandfoursides.Theadvantagesofsimp1.estructure,compact,1.owmanufacturingcost;Tubeisnoteasytofou1.ing,evencausefou1.inga1.sofaci1.itatec1.ean.Keywords:heatexchangerDesignca1.cu1.ation;Pixedtube-shee1.1设计任务书1.1设计题目处理实力为5320Kgh的乙笨冷却：1.2工艺原始数据及操作条件(1)管程进口温度为136C,出口温度为60C；允许压力降：不大FK)下a：(2)壳程进口温度为30C,出口温度50C：允许压力降：不大于105MPu：<3)每年按330天计,每天24小时连续运行。1.3 设计内容(1)工艺设计：确定设备的主要工艺尺寸，如：管径、管长、管子数目、管程数目等，计算K0.(2)结构设计：确定管板、亮体、封头的结构和尺寸；确定连接方式、管板的列管的排列方式、管法兰、接管法兰、接管等组件的结构。(3)绘制列管式换热器的装配图及编写课程设计说明拈.1.4 设计时间2016年12月5日2016年12月16日设计学生：李凯指导老师：刘荣杰2课程设计概述2.1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，是使我们体察工程实际问题困难性的初次尝试。通过课程设计使我们能综合运用本课程和前修课程的基本学问，进行融会贯穿的独立思索，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的主要程序和方法，进而提裔我们分析和解决工程实际问题的实力。同时，通过课程设计，还可以培育我们树立正确的设计思想，培育实事求是，雨穆细致，高度负贵的工作作风。2.2换热器设备的在生产中作用及应用换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备，在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%20在炼油厂约占总费用35¾40%,换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到运用、高效的换热器对降低设备的造价和操作贽用具有非常重耍的作用。2. 3工艺流程冷却水从换热器左侧封头的下方进入，从换热器右侧封头的上方排出，乙苯从换热器左侧上方的入门进入，经过6个管程再从左例下方排出。2.4. 列管式换热器的特点2.5. 1应用特点列管换热涔的特点是壳体和管板干脆焊接，结构简洁、紧凑。在同样的壳体直径内，排管较多。管式换热器具有易于制造、成本较低、处理实力达、换热表面清洗比较便利、可供选用的结构材料广袤、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4持撵，管板得到加强，故在各种列管换热涔中他的管板最薄，其造价比较低，因此得到了广泛应用。2.6. 2设备的结构特点列管式换热器的结构特点是管束以焊接或胀接在两块管板上，管板分别焊接在外壳的两端并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体上装有流体进出口接管。与其他形式的换热器相比，结构简洁，制造成本较低。管内不易枳累污垢，即使产生了污垢也便于清洗，但无法对管子的外表而进行检查和机械清洗，因而不相宜处理脏的或有腐蚀性的介质。由于管子和管板与壳体的连接都是刚性的，当管子和壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体和管子中将产生很大的温差应力，以至管子扭弯或从管板上松脱，甚至损坏整个换热器。当管子和壳体的壁温差大于50C时，应在壳体上设置温差补偿膨胀节,依靠膨胀节的如性变形可以削减温差应力，膨胀节的形式较多，常见的有U形、平板形和Q形等几种。由于U形膨胀节的挠性与强度都比较好，所以运用得最为普遍。当要求较大的补偿址时，宜采纳多波形膨胀节.当管子和壳体的壁温差大F60C和壳程压强超过0.6MPa时，由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。2.5设计方案的确定2.5.1换热器类型的选择对于列管式换热器，首先依据换热流体的腐蚀性或其它特性选项定其结构材料,然后再依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罂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、处理实力大、换热表面状况较便利、可供选用的结构材料广袤、适应性强、可用于调温调压场合等优点，故在大型换热器中占优外固定管板式列管换热器的特点是，壳体与管板干脆饵接，结构简洁紧凑，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，造价显低且易清洗。缺点是，管外清洗困难，管壁与壳壁之间温差大于50C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，运用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70C和壳程流体压强小于60Okpa的场合，否则因膨胀节过厚，难以伸缩而失去温差补偿作用。2.5.2换热器内流体通入空间的选择在列管式换热器中，哪种流体走管程，哪一种走亮程，一般可从下列几个方面考虑。(1)不干净或易结垢的流体走易于清洗的侧：对于固定管板式换热罂，-般走管程：U形管换热器，一般走壳程.(2)粘性大的或流量小的流体，宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流淌时，在较低的雷诺数(ReV1.oo)下，即可达到湍流，有利于提高传热系数。(3)有腐蚀性流体应走管程，这样，只有管子、管板和管箱须要运用耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的其他零件都可以运用比较便宜的(4)压力高的流体走管程,因为管子直径小，承受压力的实力好，还避开了采纳高压壳体和高压密封。(5)有毒的流体走管程，削减泄漏的机会。(6)饱和蒸汽一般走壳程，便于冷凝液的排出，而且蒸汽较清洁，无清洗要求。(7)被冷却的流体走壳程，便丁收热.(8)对于固定管板式换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管程，这样可以降低管壁与壳壁的温差。削减热应力。以上原则，在实际中不行能同时兼顾，对详细状况细致分析，抓住主要方面。例如首先从潦体的压力、腐蚀性以及清洗等方面考虑，然后再对压力降和传热系数等方面要求进行校核，以便作出较恰当的选择。2. 5.3流速的选择换热罂内流体的流速大小,应有经济衡算来确定.增大器内流体的流速,可增加对流传热，削减污垢在换热管表面上沉积的可能性，即降低/污垢的热阻,使总传热系数增大,从而削减换热器的传热面枳和设备的投资经费，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,还会使换热器产生振动，影响寿命，因此选取合适的流速是非常重要的。3换热过程工艺计算3.1基本物性参数(1)定性温度：可取流体进口温度的平均值。(2)壳程流体井水的定性温度为t=(136-60)2=98C(3)管程流体残油的定性温度为t=(30+501/2=4OC(4)依据定性温度，分别杳取壳程和管程流体的有关物性数据。表1基础物数据流体物性Pkgra'pasCpkj(kgk)w/(mc)乙苯797.80.000312.00060.1148水992.20.00065324.1740.634表2常用流通黏度(Pas)>1500>1500、500>500'100>100'35>35'1<1最大流速m/s0.60.751.11.51.