化工原理换热器课程设计.docx

摘要IAbstractI1.第章换热器概述II.1概述I1. 2固定管板式换热器的优缺点31.2. 1优点31.2.2缺点3I.3固定管板式换热器的构成及结构特点41. 4固定管板式换热淞的结构原理4其次章设计方案的确定及设计计算42.1确定设计方案51 .1.1选择换热器的类型52 .1.2流淌空间及流速的确定52. 2确定物性数据62. 3计算总传热系数72. 3.1热流量73. 3.2平均传热温差74. 3.3冷却水用量85. 3.4总传热系数K82.4计算传热面积92.5工艺结构尺寸102.5.1管径结构尺寸表102.5.2管程数和传热管数102.5.3平均传热温差校正系数及壳程数I1.2.5.4传热管排列和方程方法132.5.5壳体内径152.6换热器核算162.6.1第一次核算162.6.2其次次核算192.6.3第三次核鲸2427接管292,8克体封头30第三堂换热器内流体的流淌阻力311 .1管程流淌阻力323 .2壳程町力32换热器主要结构尺寸和计算结果汇总34附表及符号说明35设计小结37致谢38参考文献39第一章换热器概述1.1 概述换热器的类型很多，特点各异，分类方法也不尽相同。若按其用途分，仃加热器、冷却器、蒸发器和再沸器等.按其结构类型分，有列管Tj板式、螺旋板式，物板TJ板壳式和翘片管式，按其传热原理和热交换方式分，有干脆混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的中换热设备。列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整，目前很多国家中都己经有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑性、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简洁、坚固、耐用，适应性强，操作弹性大,成本较低等优点，因此是仍是化工、化石、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设符，也是各类换热器的主要类型.列管式换热器种类很多，分类方法各异，目前运用的列管换热器主要以无热补偿和补偿方法不同来进行分类。因为列管式换热潺在运用时，由于冷、热流体温度不同，使壳体受热不均，其热膨胀程度不同.假如两者温差大于50C,就可能使管束扭弯变性，从板管上松脱，甚至整个设备变性、毁坏。所以要从结构上加以改进，以消退或减轻热膨胀的不利影响。这种结构改进方法称为热补偿法或温差补偿法。按有无这种补和不同的补偿方法，可分为.种固定管板式换热器、浮头式列管式换热器、U形管式列管式换热器。1挡板2；播图3放，嘴图1-1带有补偿的固定管板式列管式换羯器如图I-I是带有补偿圈的固定管板式列管式换热器，当壳程与管束温差较大是，可以依靠补偿圈的弹性形变，来调整光体与管束之间的不同膨胀，削减温差应力，但这种结构通常适合用于壳体与管束温差低于6070C,壳程流体压力小于600kP”的状况。因为壳程压力过大，补偿圈难以伸缩，将失去热补偿作用。1管程隔板2亮程隔板3浮头图1-2浮头式固定管板式列管式操编器如图1-2是浮头式固定管板式列管式换热器，这种换热器中，一端的管板用法兰与外壳连接，另一端的管板不与壳体连接，可沿着管轴方向臼由伸缩，并在这块板管上连接一个端盖，称之为浮头。当壳体与管束因温度不同而引起不同热膨张时，管束连同浮头就可以在壳体内沿着轴管方向自由伸缩，消退温差应力.这种结构困难，造价也较高，但由于管束可整体从壳体拉出，便于清洁与检修，所以仍是目前应用较广的一种结构形式。I-U形管2亮程隔板3管程隔板图1-3U形管式固定管板式列管式换热号如图1-3是U形管式固定管板式列管式换热器，这种换热器只仃个管板，管程至少为两称，每根管子都变成U形，两端固定在同一管板上这样，每根管子均可以按管长均可按管长方向自由伸缩，己解决热补偿问题。这种换热器结构简洁、质量小，管束可抽取，检修和清洗便利。但管内不易清洗，所以要求管程流体应清洁。另外管板利用率较低，管子更换困难这种换热器适用于卷压和高温场合.如图卜4固定管板式列管式换热器，目前固定管板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁运用,并被用以杵换原有管壳式和翅片式换热器.取得了很好的效果。I-折疣挡板;2-管束;3-壳体;4-封头;S-卷管;6-管板图1-4固定管板式列管式换热器1.2 固定管板式换热器的优缺点1.2.1优点1、旁路港流较小2、锻件运用较少，造价低：3、无内漏：4、传热面积比浮头式换热罂大20¾30%。5、污垢系数低，检修、清洗便利，产品适用面广.1.2.2缺点I、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁淞差t<50C,当t250C时必需在壳体上设置膨胀节：2、易产生温差力,管板与管头之间易产生温差应力而损坏：3、光程无法机械清洗：4、管了腐蚀后连同亮体报废，设备寿命较低：1.3 固定管板式换热圈的构成及结构特点固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构牧索凑，挎管较多，在相同直径下面积较大，制造较简洁。固定管板式换热器的结构特点是在光体中设置有管束，管束两端用焊接或张接的方法将管子固定在管板上，两端管板干脆和壳体焊接在起，壳程的进出口管干脆焊在克体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管干脆和封头焊在一起，管束内依据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热落管程可以用隔板分成任何程数。1.4 固定管板式换热器的结构原理结构原理：固定管板式换热落管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热.当两流体的温度差较大时,为J'避开较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。其次章设计方案的确定及设计计算由Re,=25389.6,传热管相对粗桎度为=0.04，杳莫狄图得di=0.065Hz/(WoC).流速2=12/$,p2997.6kgnf，所以9122×9976M=0.065X急X=21009.46(')=3x"761,2=2154.82(Pa)R=(2I(XW.46+2154.82)x1.5X1x2=钊92.84Pa3.2充程阻力皿=(M+A6上式中：.一流体管束的阻力，Pa:M-流体流经折流板口的阻力，Pa;5结垢校正系数，无因次，对液体E=I.15.对气体5=1。：2A=7X(S+1)早A6=N,(35后借上式中：F管子排列方式对压力降的校正系数：三角形排列F=O.5,正方形直列F=0.3,正方形错列尸=0.4：工壳程流体的摩擦系数，./1=5.0172,曲,50():横过管束中心线的管数：8折流板间距，m:D亮体宜径，m：MI-折流板数目：%-按壳程流通截面枳S1.=GX(Q-,4)计算的流速，m/s：8380.24062A1."3b+吟=0.5×0.62461.4×(25+1.)×=2765.21(P«)M=N/3.5-=25×(3.5-2x838X0.2W0.502=909.65总阻力ZA片=(2765.21+909.6)x1.15x1=4226.03(Pa)<IO,Pa故壳程流淌阻力也比较相宜。综合以上分析之设计的换假卷合理.换热器主要结构尺寸和计算结果汇总换羯辱型式：固定管板式换编面积：91.69ma工艺叁数名称re壳程物料名称循环水甲莘掾作压力，MPa操作温度，C20（入）25出）70(入)30(¢)流量kg/h9463127777.«流体密度kgm,998838流速ns1.20.2406传热量kW549.4总传热系数Wm2K5864污垢系数WZm2K0.0003443940.00017197阻力降m2KW0.06949280.004226程数21举荐运用材料碳钢碳钢管子规格25×2.5mm管数140管长mm9000管心距:mm32排列方式正三角形折流板型式上下间距350mm切口高度25%壳体内径，mm500保温层厚度mm10附表及符号说明附表1合理压力降的选取合理压力降，Pa操作状况操作压力，Pa（ft）减压操作P=O-1X1.O-0.1P低压操作P=1.×10,-1.7×1050.5P1.71.01.I1.XIOS0.35XIO5中压操作B=I1.xIO-31i,0.351.8XIO5较高压操作P=3X1.O581x1.（F（表）0.7-23×IO5英文字母I一冷流体温度，T：m-水的质量流量液体密度符号说明T-热流体温度，TV-水的体积流母J一定压热容/1-导热系数-液体粘度Q-传热速率A一有限差值平均传热温差tn-校正的平均传热温差-甲苯质量流属根1.甲苯体积流量d一管径，m：一对流传热系数，W(m,C):K-总传热系数，W/<m,C)U-为流速RC-南诺准数：PI普朗特准数R-污垢热阻热阻，m,.C/WS一传热面枳S-考虑裕度的传热面积单程传热管数1.-传热管长%-温差校正系数横过管束中心线的管数h一例缺高度，m；N-传热管总根数下标2冷流体；SO-换热器实际传热面积1.-单程管传热管管长，m：N,-管程一管心距B一折流板间距，m：D一换热器外壳内径，m：Nu-折流板数I一热流体：设计小结劳碌时时间总是过得那么的快，这次课程设计即将结束了，但在这两周里我们不仅学到了很多的学问也学到了很多的做学问的细微环节看法，并I1.从中我们感受到了学习的乐趣和团体协作及进取精神.这次化工原理课程设计我们设计的是换热器，我们是小组为总位，然后组员进行探讨来确定试验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计獴，并要对我们的选择做由论证和核算，经过反笈的分析比较，择优选定最志向的方案和合理的设计。在设计中我们对所学学问进行了充分的更习。通过课程设计，我们把专课程中所获得的理论学问在实际的设计工作中综合地加以动用，使这些学问得到巩固和发展，并使理论学问和生产实践亲密地结合起来.这次设计，初步培育/我们对压力容器设计的工作实力；树立正确的设计的思想。在设计中我们要兼顾水的流速，I，甲茶的传热系数,效率，7,以及8=02-1.）。中D的系数,真是有点麻烦。通过限制变珏不断进行对一个变量进行微调直至最终满意要求.过程真是有点难过呀，不过我们组里的换热面枳算的还是挺好的，满意了要求，那个压降虽然老师没要求，但我们那个的确有点大。在设计中，关于公式首先，计算公式必需符合规范的要求，在多种公式中选择更平安、更合理的公式：其次，计尊的步骤可以参照书或者其它资料，计算的每一步结果都要确保正确：最终，要仔细地对计算进行检查校正关于制图首先，图框应按标准纸张画；其次，标注必需充分并且剖面的位置要正确。总之，要尽量避开错误。通过本次设计，我学会了依据工艺过程的条件查找相关资料,并从各种资料中筛选出较