化工原理設(shè)計 煤油冷卻說明書

1、化工原理課程設(shè)計煤油冷卻器設(shè)計說明書學(xué)院：食品與生物工程學(xué)院班級：生工111班姓名：孟祥偉學(xué)號：2011053047化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1 設(shè)計題目：2萬噸/年煤油冷卻器設(shè)計2 設(shè)計任務(wù)：處理能力： 萬噸/年煤油3 操作條件：3.1 溫度：煤油入口溫度 100，出口溫度 40冷卻水入口溫度 30，出口溫度 503.2 熱損失3%Q3.3 開工天數(shù)：330天/年，每天24小時連續(xù)運行3.4 允許壓降：不大于105pa3.5 建廠地址：齊齊哈爾地區(qū)4 設(shè)備型式 固定板式換熱器5 設(shè)計內(nèi)容5.1 設(shè)計方案簡介5.2 換熱器的工藝計算5.3 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計5.4 編制設(shè)計說明書5.5 繪制

2、換熱器總裝配圖目錄第一章 概述4一、概念41、換熱器的定義42、換熱器的分類4二、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式41、管殼式換熱器的形式42、固定管板式換熱器的優(yōu)缺點53、固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)5第二章 固定管板式換熱器的設(shè)計計算7一、初選換熱器規(guī)格71、確定流體通入空間72、確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)73、計算熱負(fù)荷74、計算兩流體的平均溫差，并確定75、初選換熱器規(guī)格8二、核算總傳熱系數(shù)91、計算管程對流傳熱系數(shù)92、計算管程對流傳熱系數(shù) 93、確定污垢熱阻104、計算總傳熱系數(shù)10三、計算壓強降101、計算管程壓強降102、計算殼程壓強降11第三章 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸12一、管子的規(guī)格和排列

3、方法12二、管程數(shù)與殼程數(shù)的確定12三、外殼直徑的確定12四、折流板形式的確定12五、主要附件的尺寸設(shè)計131、封頭132、緩沖擋板133、放氣孔、排液孔134、接管135、假管136、拉桿和定距管13第四章 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表14附錄 參考文獻(xiàn)15總結(jié) 心得體會16第一章 概述一、 概念1.換熱器的定義換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷

4、、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。2.換熱器的分類1）直接接觸式換熱器這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體，另一種是液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸口為塔式設(shè)備電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。2）蓄能式換熱器簡稱蓄能器，這類換熱器用量極少，原理是通過一種固體物質(zhì)，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到傳遞熱量的目的。3）板、管式換熱器

5、這類換熱器用量非常大，占總量的99%以上，原理是熱介質(zhì)通過金屬或非金屬將熱量傳遞給冷介質(zhì)的傳熱設(shè)備，這類換熱器是我們通常稱為管殼式、板式、板翅式或板殼式換熱器。二、 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式1.管殼式換熱器的形式1）固定管板式固定管板式即兩端管板和殼體連接在一起，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫差較大時，應(yīng)考慮熱補償。具有補償圈的固定管板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補償圈，當(dāng)外殼和管束膨脹不同時，補償圈發(fā)生彈性形變，以適應(yīng)外殼和管束不同的熱膨脹程度。2）U形管換熱器U形管換熱器的管子彎成U形，管子的兩端固

6、定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，而與其他管子及殼體無關(guān)。這種類型換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單，重量輕，適用于高溫和高壓的場合。其主要缺點是：管內(nèi)清洗比較困難，因此管內(nèi)流體必須潔凈；且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差。3）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的兩端管板之一不與外殼固定連接，該端稱為浮頭。當(dāng)管子受熱（或受冷）時，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器不但可以補償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修，故浮頭式換熱器較為常見。但這種換熱器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，金屬耗量較多，造價也較高。綜上所述，本次設(shè)計選擇固定管板式換

7、熱器。2.固定管板式換熱器的優(yōu)缺點固定管板式換熱器的特點是：1）、旁路滲流較??；2）、鍛件使用較少，造價低；3）、無內(nèi)漏；4）、傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%。固定管板式換熱器的缺點是：1）、殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t50,當(dāng)t50時必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；2）、易產(chǎn)生溫差力，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；3）、殼程無法機械清洗；4）、管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低。3.固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)1）換熱管布置和排列間距 直徑小的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱

8、管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、正三角形直列、正三角形錯列和同心圓排列。  （A） （B）（C）  （D） （E）圖 1-4 換熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列     （B）正方形錯列    (C) 正三角形直列     （D）正三角形錯列  （E）同心圓排列 2）管板 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低

9、合金鋼，設(shè)計壓力不超過4 MPa，設(shè)計溫度不超過350的場合。 3）封頭和管箱 封頭 當(dāng)殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，這樣可提高介質(zhì)流速，增強傳熱。4) 殼體殼體一般為圓筒，在殼壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)入和排出用。為防止進(jìn)口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和振動，在殼程進(jìn)口接管處常裝有防沖

10、擋板，或稱緩沖板。當(dāng)殼體法蘭采用高頸法蘭或殼程進(jìn)出口接管直徑較大或采用活動管板時，殼程進(jìn)出口接管距管板較遠(yuǎn)時，流體停滯區(qū)過大，靠近兩端管板的傳熱面積利用率很低。為克服這一缺點，可采用導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)。導(dǎo)流筒可減少流體停滯區(qū)，改善兩端流體的分布，增加換熱器的有效換熱長度，提高傳熱效率外，還起防沖擋板的作用，保護(hù)管束免受沖擊。第二章 固定管板式換熱器的設(shè)計計算一、 初選換熱器規(guī)格1. 確定流體通入空間 換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步選用固定管式換熱器。且冷卻水走換熱器的管程，煤油走換熱器的殼程。2、確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)被冷卻物質(zhì)為煤油，入口溫度為,出口溫度為冷卻介質(zhì)為自來水，入口溫

11、度為，出口溫度為煤油的定性溫度：水的定性溫度：兩流體的溫差：由于兩流體溫差小于50，故可選用不帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下： 物性流體煤油70775 1.0308×10-32.21540.12水40992.24.1740.6343、計算熱負(fù)荷熱損失為3%Q，水的流量可由熱量衡算求得,即水的體積流量為： 4.計算兩流體的平均溫差，并確定按純逆流計算：校正：由R、P的值查圖得：校正后的溫差：5.初選換熱器規(guī)格初步假設(shè)：，管內(nèi)水的流速初步選用的不銹鋼管，則有：管子數(shù)目為：初步選用管長，則：管程數(shù)：管子總數(shù)：管心距：（采用焊接的方法）殼體內(nèi)徑：取殼體壁厚為，則

12、有：殼體外徑：綜上所述，此換熱器的規(guī)格尺寸如下：殼體直徑：160mm管排方式：正三角形管長L:6m管尺寸： 管數(shù)：28管程數(shù)：2管心距：25mm殼程數(shù)：1采用此換熱器，要求換熱過程的總傳熱系數(shù)為：二、核算總傳熱系數(shù)1.計算管程對流傳熱系數(shù)(湍流) （水被加熱）2.計算殼程對流傳熱系數(shù)換熱器管排中流體流通截面積為：式中，取折流擋板間距煤油的體積流量：煤油的流速：由于管為三角形排列，則有：因為在范圍內(nèi)，故可采用凱恩法求算，即由于液體被冷卻 ，取0.95，所以3.確定污垢熱阻（煤油）4.計算總傳熱系數(shù) (管壁熱阻忽略不計)則有：所選擇換熱器的面積裕度（安全系數(shù)）為：3、計算壓強降（1）、計算管程壓強

13、降前已算出 ；取不銹鋼管壁的粗糙度，則由摩擦系數(shù)圖查得所以對于20×3.0mm的管子，有(2)、計算殼程壓強降管子為正三角形排列，則取F=0.5折流擋板間距折流板數(shù)所以由于,從上面計算可知，、，該換熱器管程與殼程的壓強降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器合適。第三章 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸一、管子的規(guī)格和排列方式考慮到管內(nèi)水的流速，選用規(guī)格的管子。固定管板式換熱器多采用正三角形排列，優(yōu)點：管板的強度高；流體走短路的機會少；對管外流體擾動較大，因此對流傳熱系數(shù)高；相同殼程內(nèi)可排列更多的管子。故本次設(shè)計的換熱器選擇正三角形排列。二、管程數(shù)與殼程數(shù)的確定前已算出管程數(shù)，且由R、P值查表得溫度校正系

14、數(shù)，故采用單殼程的固定管板式換熱器。三、外殼直徑的確定前已算出，取殼體壁厚，則有：四、折流板形式的確定折流擋板的主要作用是引導(dǎo)殼程流體反復(fù)的改變方向做錯流流動，以加大殼程流體湍動速度，致使殼程對流傳熱系數(shù)提高。此換熱器選擇水平圓缺形折流板，取切去的圓缺高度為外殼內(nèi)徑的15%（圓缺率的范圍一般為10%45%），即為：折流板的間距，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的或者不小于。折流板間距取。由折流板厚度表可知，此換熱器折流板壁厚取：。折流板的最大無支撐間距如表所示：換熱管外徑（mm）141619253238最大無支撐間距(mm)11001300150018502

15、2002500 折流板的厚度可由下表得出：公稱直徑DN（mm）換熱管無支撐跨距<3003006006009009001200120015001500折流板的最小厚度(mm)<4003458101040070045610101270090056810121690015006810121616五、主要附件的尺寸設(shè)計1.封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小（）的殼體，圓形用于大直徑的殼體。此換熱器殼徑為，故選用方形封頭。2.緩沖擋板 它可防止進(jìn)口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和管束振動，還有使流體沿管束均勻分布的作用。3.放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除

16、不凝氣體和冷凝液等。4.接管 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計算，即 式中： 流體的體積流量， 流體在接管中的流速，m/s。 按經(jīng)驗值，取接管口處液體流速，則有：水進(jìn)出口接管的內(nèi)徑： 煤油進(jìn)出口接管的內(nèi)徑： 5.假管 為減少管程分程所引起的中間穿流的影響，可設(shè)置假管。假管的表面形狀為兩端堵死的管子，安置于分程隔板槽背面兩管板之間但不穿過管板，可與折流板焊接以便固定。6.拉桿和定距管 為了使折流板能牢固地保持在一定的位置上，通常采用拉桿和定距管。所選擇的拉桿直徑為，拉桿數(shù)量為，定距管。第四章 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表參 數(shù)數(shù) 據(jù)煤油流量0.701水流量1.083實際傳熱面積11.313總傳熱

17、系數(shù)面積欲度15.821%管程壓強降6274.083殼程壓強降2204.620殼徑160管尺寸管長6管總數(shù)28管心距25管排列方式正三角形管程數(shù)殼程數(shù)1公稱面積12892擋板間距130折流板數(shù)45煤油的定性溫度水的定性溫度對數(shù)平均溫差換熱器熱負(fù)荷管板利用率0.85管程對流傳熱系數(shù)3136.307殼程對流傳熱系數(shù)542.795水污垢熱阻煤油污垢熱阻不銹鋼管粗糙度水進(jìn)出口接管內(nèi)徑煤油進(jìn)出口接管內(nèi)徑圓缺高度拉桿直徑拉桿數(shù)定距管規(guī)格附錄：參考文獻(xiàn)1化工原理（上冊）修訂版.夏清 陳常貴 主編.天津:天津大學(xué)出版,20052化工設(shè)備設(shè)計手冊. 潘國昌 郭慶豐 主編.北京:清華大學(xué)出版社,19883化工流體

18、流動與傳熱.張國亮 主編.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19924化工工藝制圖.周大軍 揭嘉 主編.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20035化工工程設(shè)計.韓冬冰 李敘鳳 主編.北京:學(xué)苑出版社,20006工程制圖.朱泗芳 徐紹軍 主編 .北京:高等教育出版社,20027 AutoCAD2007應(yīng)用教程.劉蘇 主編.北京:科學(xué)出版社,20038化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ).潘永亮 劉玉良 主編.北京:科學(xué)出版社,1991心得體會作為一名大三學(xué)生，我覺得課程設(shè)計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學(xué)時間里，我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力?如何把我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識運用到實踐中去呢?我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。在本次課程設(shè)計的過程中，為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計