化工原理课程设计之列管式换热器dedr.docx

设计者：班级生物09002姓名郑勇勇廖祥兵学号20009335033 22009935009指导教师师：陆爱爱霞设计成绩绩：进度度说明书书图纸总分分日期：220111-11-19 西南科技技大学生命科科学与工工程学院院目录1综述述31.1换换热器较较2课程程设计任任务书43设计计计算5 3. 11 确确定设计计案3. 22 流动动空间以以及流速速的确定定533 确定流体体流动及及进出口口温度534 计算两两流体的的平均温温度差 835 计算热热负荷和和冷却水水流量4换热热器主要要附件的的确定及及工艺结结构尺寸寸 84.1 污垢热热阻94.2管管程数和传传热管数数94.3平平均温度度校正和和壳程数数104.4换换热管排排列和分分程法104.5折折流板和和接管115核算算总传热热系数 1115.1壳壳程对流流传热系系数 1115.2管管程对流流传热系系数125.3 总传热热系数135.4 设计裕裕度136核算算压强降降136.1 管程压压强降136.2 壳程压压强降 1447换热热器主要要结构尺尺寸和计计算结果果158换热热器的安安装与维维修166参考考文献161.综述述换热器的的分类与与比较，根据冷冷、热流流体热量量交换的的原理和和方式，换换热器基基本上可可分为三三大类即即间壁式式混合式式和蓄热热式，其其中间壁壁式换热热器应用用最多，所所以主要要讨论此此类换热热器。1.1换换热器的的分类与与比较（一）管管式换热热器管式换热热器主要要有壳体体、管束束、管板板和封头头等部分分组成,壳体多多呈圆形形,内部装装有平行行管束,管束两两端固定定于管板板上。在在管式换换热器内内进行换换热的两两种流体体,一种在在管内流流动,其行程程称为管管程；一一种在管管外流动动,其行程程称为壳壳程。管管束的壁壁面即为为传热面面。为提提高管外外流体给给热系数数,通常在在壳体内内安装一一定数量量的横向向折流档档板。折折流档板板不仅可可防止流流体短路路,增加流流体速度度,还迫使使流体按按规定路路径多次次错流通通过管束束,使湍动动程度大大为增加加。常用用的档板板有圆缺缺形和圆圆盘形两两种,前者应应用更为为广泛.。流体体在管内内每通过过管束一一次称为为一个管管程,每通过过壳体一一次称为为一个壳壳程。为为提高管管内流体体的速度度,可在两两端封头头内设置置适当隔隔板,将全部部管子平平均分隔隔成若干干组。这这样,流体可可每次只只通过部部分管子子而往返返管束多多次,称为多多管程。同同样,为提高高管外流流速,可在壳壳体内安安装纵向向档板使使流体多多次通过过壳体空空间,称多壳壳程。在在管式换换热器内内,由于管管内外流流体温度度不同,壳体和和管束的的温度也也不同。管式换热热器根据据生产需需要的不不同还可可分为蛇蛇管换热热器、套套管式换换热器、列列管式换换热器。(1).蛇管换换热器这种换热热器是将将金属管管弯绕成成各种与与容器想想适应的的形状并并沉浸在在容器内内的液体体中。蛇蛇管换热热器的优优点是结结构简单单，能承承受高压压，可用用耐腐蚀蚀性材料料制造；其缺点点是容器器内液体体湍流程程度低，管管外对流流传热系系数小。(2).套管式式换热器器套管式换换热器是用两两种尺寸寸不同的的标准管管连接称称为同心心圆的套套管，外外面的叫叫壳程内部的的叫管程程。两种种不同介介质可在在壳程和和管程内内逆向流流动(或同向)以达到到换热的的效果。(3).列管式式换热器器列管式换换热器是是目前化化工及酒酒精生产产上应用用最广的的一种换换热器。它它主要由由壳体、管管板、换换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：<1> 固定管管板式换换热器：这类换换热器的的结构比比较简单单、紧凑凑、造价价便宜，但但管外不不能机械械清洗。此此种换热热器管束束连接在在管板上上，管板板分别焊焊在外壳壳两端，并并在其上上连接有有顶盖，顶顶盖和壳壳体装有有流体进进出口接接管。通通常在管管外装置置一系列垂直直于管束束的挡板板。同时时管子和和管板与与外壳的的连接都都是刚性性的，而而管内管管外是两两种不同同温度的的流体。因因此，当当管壁与与壳壁温温差较大大时，由由于两者者的热膨膨胀不同同，产生生了很大大的温差差应力，以以至管子子扭弯或或使管子子从管板板上松脱脱，甚至至毁坏换换热器。<2> 浮头式式换热器器：换热器器的一块块管板用用法兰与与外壳相相连接，另另一块管管板不与与外壳连连接，以以使管子子受热或或冷却时时可以自自由伸缩缩，但在在这块管管板上连连接一个个顶盖，称称之为“浮头”，所以以这种换换热器叫叫做浮头头式换热热器。其其优点是是：管束束可以拉拉出，以以便清洗洗；管束束的膨胀胀不变壳壳体约束束，因而而当两种种换热器器介质的的温差大大时，不不会因管管束与壳体的的热膨胀胀量的不不同而产产生温差差应力。其其缺点为为结构复复杂，造造价高。<3> U型管式式换热器器：U形管式式换热器器，每根根管子都都弯成U形，两两端固定定在同一一块管板板上，每每根管子子皆可自自由伸缩缩，从而而解决热热补偿问问题。管管程至少少为两程程，管束束可以抽抽出清洗洗，管子子可以自自由膨胀胀。其缺缺点是管管子内壁壁清洗困困难，管管子更换换困难，管管板上排排列的管管子少。优优点是结结构简单单，质量量轻，适适用于高高温高压压条件。（二）板板式换热热器板式换热热器是由由一系列列具有一一定波纹纹形状的的金属片片叠装而而成的一一种新型型高效换换热器。各各种板片片之间形形成薄矩矩形通道道，通过过半片进进行热量量交换。它它与常规规的管壳壳式换热器相比，在在相同的的流动阻阻力和泵泵功率消消耗情况况下，其其传热系系数要高高出很多多，在适适用的范范围内有有取代管管壳式换换热器的的趋势。2课程程设计任任务书2.1设设计题目目：煤油油换热器器的设计计2.2设设计条件件：1、 处理能力力 11.1888×105吨/年煤油油2、 设备型式式列管式式换热器器3、 操作条件件a 煤油：入入口温度度120，出口口温度40b 冷却介质质：自来来水，入入口温度度1030，出口口温度5060c 允许压强强降：不不大于1.55×105Pad 每年按3330天计，每每天24小时连连续运行行。3设计计计算3.1确确定设计计方案根据设计计条件，由由于被冷却流体体煤油不不够清洁洁，因此此不能选选用U形管式式换热器器；另外外，由于于被冷却却流体煤煤油与热热流体自自来水的的温差相相对来说说比较高高，所以以排除了了选固定定管板式式换热器器的可能能性。然然而浮头头式换热热器，它它的两端端管板的的有一端端可以沿沿轴向自自由浮动动，这种种结构不不但完全全清楚了了热应力力，而却却整个管管束可以以从壳体体中抽出出，便于于清洗和和检修。因因此，此此次设计计应选择择浮头式式的列管管式换热热器。根根据设备备的使用用合理性性原则，3.2流流动空间间以及流流速的确确定从增加两两物流的的传热膜膜系数看看，应使使煤油走走管程，冷冷却水走走壳程。但由于冷却水较易结垢，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；又被冷却的流体宜走壳程，便于散热。所以从总体考虑，应使冷却水走管程，煤油走壳程。选用25×2.5的碳钢管，管内流速取0.8m/s。3.2计计算总传传热系数数3.2.1确定定流体流流动及进进出口温温度定性温度度：可取取流体进进口温度度的平均均值。壳程煤油油的定性性温度为为 TT=880（）管程流体体的定性性温度为为取进口温温度25，出口口温度55 tt=440()根据定性性温度分分别查取取流体的的有关物物理性质质数据查工程程常用物物质的热热物理性性质手册册可得煤油油在80的有关关物性数数据如下下：密度定压比热热容导热系数数=0.144W/(m·)粘度 =0.666410Pa·s冷却水在在40的有关物物性数据据如下：密度定压比热热容导热系数数粘度3.2.2计算两两流体的的平均温温度差=344.62253.2.3 计算热负负荷和冷冷却水流流量热流量冷却水用用量3.2.4总传热热系数假设总传传热系数数 K = 4000 、3.3换换热器主主要附件件的确定定及工艺艺结构尺尺寸3.3.1 污垢热=0.00003343994 mm2·/W=0.00001171997 mm2·/W3.3.2管程数数和传热热管数3.3.2.11计算传传热面积积考虑155%的面积积裕度3.3.2.22管径和和管内流流速选用255×2.5的传传热管（碳碳钢），取取管内流流速为=00.8 m/SS3.3.2.33管程数和和传热管管数=按单程管管计算，所所需的传传热管长长度为按单管程程设计，传传热管过过长，宜宜采用多多管程结结构。现现在取L=9米管，4管程该该换热器器管程数数为Np = 233 ×4 =92根3.3.2 平均温度度校正和和壳程数数平均传热热温差校校正系数数按双壳程程，四管管程，温温差校正正系数应应查有关关图表，可可得。0.8993.3.3 热流量的的校正Q = K AA = 400063.105530.8166 = 77779000 3.3.4换热管管排列和分程程法采用组合合排列法法,即每程程内均按按正三角角排列,隔板两两恻采用用正方形形排列.取管心心距,则横过管束束中心线线的管数数采用多管管程结构构,取管板板利用率率0.77,则壳体体内径为为取4000mm3.3.5折流流板和接接管3.3.5.11 折流流板（按单单壳程计计算）采用弓形形折流板板,取弓形形折流板板圆缺高高度为壳壳体内径径的25%,则切去去的圆缺缺高度为故可取1100取折流板板间距，则可取B为为1800mm。折流板数数折流板圆圆缺面水水平装配配。3.3.5.22 接管壳程流体体进出口口接管:取接管管内煤油油流速为为，则接接管内径径为取标准管管径为80mmm。管程流体体进出口口接管：取接管管内循环环水流速速，则接接管内径径为取标准管管径为80mmm。3.4 核算总总传热系系数3.4.1 壳壳程对流流传热系系数对圆缺形形折流板板,可采用用克恩公公式当量直径径,由正方方形排列列得壳程流通通截面积积壳程流体体流速及及其雷诺诺数分别别为普兰特准准数粘度校正正3.4.2管程对对流传热热系数管程流通通截面积积管程流体体流速及及其雷诺诺数分别别为普兰特准准数3.4.3 总总传热系系数3.4.4 设计裕度度传热面积积该换热器器的实际际传热面面积该换热器器的面积积裕度为为传热面积积裕度适适宜,该换热热器能够够完成生生产任务务3.5核核算压强强降3.5.1 管管程压强强降 , , ,由，传热热管相对对粗糙度度0.0005，查查图摩擦系系数与雷雷诺准数数及相对对粗糙度度的关系系得，流流速，所以管程流动动阻力在在允许范范围之内内。3.5.2 壳壳程压强强降 ,.15 流体流经经管束的的阻力流体流过过折流板板缺口的的阻力.总阻力壳程流动动阻力也也合适3.3.3换热器器主要结结构尺寸寸和计算算结果（见下表表）换热器主主要结构构尺寸和和计算结结果换热器型型式：浮浮头式换换热器换热面积积（m²）:566.1443工艺参数数名称管程壳程物料名称称自来水煤油操作压力力，MPaa0.40.3操作温度度，24/556120/40流量，kkg/hh204883.9448150000流体密度度，kg/m³992.2781流速，mm/s0.79940.6777传热量，kW760总传热系系数，W/mm²·K544.9555对流传热热系数，W/mm²·K41811.000111466.2339污垢系数数，m²·K/W0.000034439440.00001771977阻力降，MPaa0.066410.1111程数42推荐使用用材料碳钢碳钢管子规格格25××2.55管数92管长，mmm90000管间距，mm32排列方式式正三角形形折流板型型式上下间距，mmm180切口高度度25%壳体内径径，mm400管口表符号尺寸用途连接型式式aDN800循环水入入口平面bDN800循环水出出口平面cDN800煤油入口口凹凸面dDN800煤油出口口凹凸面eDN200排气口凹凸面fDN200放净口凹凸面四换热器器的安装装与维护护安装1.安装装位置：根据该该换热器器的结构构形式，在在换热器器的两端端留有足足够的空空间来满满足拆装装，维修修的需要要。2.基础础：必须须使换热热器不发发生下沉沉，在活活动支座座的一端端应予埋埋滑板。3.地脚脚螺栓和和垫铁1）活动动支座的的地脚螺螺栓应装装有两个个紧锁的的螺母，螺螺母与底底板间应应留有11-3mmm的间间隙。2）地脚脚螺栓两两侧均有有垫铁。设设备找平平后，斜斜垫铁，可可与设备备支座底底板焊牢牢，但不不得与下下面的平平垫铁或或滑板焊焊死。3）垫铁铁的安装装不应妨妨碍换热热器的热热膨胀。6参考文文献化工原理理课程设设计贾绍义柴诚敬天津大大学出版版社化工原理理（第二二版）杨祖荣化学工业业出版社社