化工原理课程设计--列管式换热器decv.docx

《化工原理课程设计--列管式换热器decv.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计--列管式换热器decv.docx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、设计者：班级生物物09002姓名郑勇勇 廖廖祥兵学号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：20111-11-19 西南科技技大学 生命命科学与与工程学学院目录1综述述331.1换换热器较较 2课程程设计任任务书43设计计计算55 3. 11 确定设设计案3. 22 流流动空间间以及流流速的确确定55 333 确确定流体体流动及及进出口口温度534 计算算两流体体的平均均温度差差 8 35 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 污垢垢热阻94.2管管程数和和传热管管数 94

2、.3平平均温度度校正和和壳程数数1004.4换换热管排排列和分分程法 1104.5 折流板板和接管管 115核算算总传热热系数 1115.1 壳程对对流传热热系数 1115.2 管程对对流传热热系数 1125.3 总传传热系数数1335.4 设计计裕度 136核算算压强降降136.1 管程程压强降降 1136.2 壳程程压强降降 147换热热器主要要结构尺尺寸和计计算结果果1558 换换热器的的安装与与维修 166参考考文献 1161.综述述换热器的的分类与与比较，根根据冷、热热流体热热量交换换的原理理和方式式，换热热器基本本上可分分为三大大类即间间壁式混混合式和和蓄热式式，其中中间壁式式换热

3、器器应用最最多，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,内部部装有平平行管束束,管束束两端固固定于管管板上。在在管式换换热器内内进行换换热的两两种流体体,一种种在管内内流动,其行程程称为管管程；一一种在管管外流动动,其行行程称为为壳程。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,通常常在壳体体内安装装一定数数量的横横向折流流档板。折折流档板板不仅可可防止流流体短路路,增加加流体速速度,还还迫使流流体按规规定路径径多次错错流通过过管束,使湍动动程度大大为增

4、加加。常用用的档板板有圆缺缺形和圆圆盘形两两种,前前者应用用更为广广泛.。流流体在管管内每通通过管束束一次称称为一个个管程,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,可在在两端封封头内设设置适当当隔板,将全部部管子平平均分隔隔成若干干组。这这样,流流体可每每次只通通过部分分管子而而往返管管束多次次,称为为多管程程。同样样,为提提高管外外流速,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,称称多壳程程。在管管式换热热器内,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

5、、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

6、要由由壳体、管管板、换换热管、封封头、折折流挡板板等组成成。所需需材质 ，可分分别采用用普通碳碳钢、紫紫铜、或或不锈钢钢制作。在在进行换换热时，一一种流体体由封头头的连结结管处进进入，在在管流动动，从封封头另一一端的出出口管流流出，这这称之管管程；另另-种流流体由壳壳体的接接管进入入，从壳壳体上的的另一接接管处流流出，这这称为壳壳程 。列管式式换热器器种类很很多，目目前广泛泛使用的的按其温温差补偿偿结构来来分，主主要有以以下几种种： 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

7、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列垂直于于管束的的挡板。同同时管子子和管板板与外壳壳的连接接都是刚刚性的，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。 浮头式式换热器器： 换换热器的的一块管管板用法法兰与外外壳相连连接，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“浮浮头”，所所以这种种换热器

8、器叫做浮浮头式换换热器。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壳体的热热膨胀量量的不同同而产生生温差应应力。其其缺点为为结构复复杂，造造价高。 U型管管式换热热器：UU形管式式换热器器，每根根管子都都弯成UU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

9、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热器相比比，在相相同的流流动阻力力和泵功功率消耗耗情况下下，其传传热系数数要高出出很多，在在适用的的范围内内有取代代管壳式式换热器器的趋势势。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 11.1888105吨/年年煤油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1200，出口口温度440b 冷却介质质

10、：自来来水，入入口温度度1030，出口口温度550660c 允许压强强降：不不大于11.5105Pad 每年按3330天天计，每每天244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，由由于被冷冷却流体体煤油不不够清洁洁，因此此不能选选用U形形管式换换热器；另外，由由于被冷冷却流体体煤油与与热流体体自来水水的温差差相对来来说比较较高，所所以排除除了选固固定管板板式换热热器的可可能性。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

11、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 从增加加两物流流的传热热膜系数数看，应应使煤油油走管程程，冷却却水走壳壳程。但但由于冷冷却水较较易结垢垢，若其其流速太太低，将将会加快快污垢增增长速度度，使换换热器的的热流量量下降；又被冷冷却的流流体宜走走壳程，便便于散热热。所以以从总体体考虑，应应使冷却却水走管管程，煤煤油走壳壳程。选选用2552.55的碳钢钢管，管管内流速速取0.8m/s。3.2 计算总总传热系系数3.2.1 确确定流体体流动及及进出口口温度定性温度度：可取取流体进进口温度度的平均均值。 壳壳程煤油油的定性性温

12、度为为 TT=880（） 管管程流体体的定性性温度为为取进口温温度255，出口口温度555 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800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=0.1444W/(m)粘度 =0.666410PPas冷却水在在40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粘度3.2.2计算算两流体体的平均均温度差差=344.62253.2.3 计算热负负荷和冷冷却水流流量 热流流量冷却水用用量3.2.4总传传热系数数假设总传传热系数数 K = 4000 、3.3 换热器器主

13、要附附件的确确定及工工艺结构构尺寸3.3.1 污垢热=0.00003343994 mm2/WW=0.00001171997 mm2/WW3.3.2管程程数和传传热管数数3.3.2.11计算传传热面积积考虑155%的面面积裕度度 3.3.2.22管径和和管内流流速选用2552.55的传传热管（碳碳钢），取取管内流流速为=0.88 m/S3.3.2.33管程数数和传热热管数=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LL=9米米管，44管程该该换热器器管程数数为Np = 233 4 =92根根3.3.2 平均温度度校正和和壳程数数平均传

14、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换热热管排列列和分程程法采用组合合排列法法,即每每程内均均按正三三角排列列,隔板板两恻采采用正方方形排列列.取管管心距,则横过管束束中心线线的管数数采用多管管程结构构,取管管板利用用率0.7,则则壳体内内径为取4000mm3.3.5 折折流板和和接管3.3.5.11 折折流板 （按按单壳程程计算）采用弓形形折流板板,取弓弓形折流流板圆缺缺高度为为壳体内内径的225%,则切去去的圆缺缺

15、高度为为 故可取取1000 取折流流板间距距， 则 可取BB为1880mmm。 折流板板数 折流流板圆缺缺面水平平装配。3.3.5.22 接管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 取标准准管径为为80mmm。 管程流流体进出出口接管管：取接接管内循循环水流流速，则则接管内内径为取标准管管径为880mmm。3.4 核算算总传热热系数3.4.1 壳程对对流传热热系数对圆缺形形折流板板,可采采用克恩恩公式 当量直直径,由由正方形形排列得得 壳程流流通截面面积 壳程流流体流速速及其雷雷诺数分分别为 普兰特特准数 粘度校校正3.4.2 管管程对流流传热系系数 管程流流通截

16、面面积 管程流流体流速速及其雷雷诺数分分别为 普兰特特准数3.4.3 总传热热系数3.4.4 设计裕度度传热面积积 该换热热器的实实际传热热面积 该换热热器的面面积裕度度为 传热热面积裕裕度适宜宜,该换换热器能能够完成成生产任任务3.5核核算压强强降3.5.1 管程压压强降 , , , 由，传传热管相相对粗糙糙度0.0055，查图图摩擦擦系数与与雷诺准准数及相相对粗糙糙度的关关系得，流流速， 所以 管程程流动阻阻力在允允许范围围之内。3.5.2 壳程压压强降 ,.15 流体流流经管束束的阻力力 流体流流过折流流板缺口口的阻力力. 总阻力力 壳程流动动阻力也也合适3.3.3换热热器主要要结构尺尺

17、寸和计计算结果果（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（m）:556.1143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，MPPa0.40.3操作温度度，24/556120/40流量，kkg/hh204883.9948150000流体密度度，kgg/m992.2781流速，mm/s0.79940.6777传热量，kkW760总传热系系数，WW/mK544.9555对流传热热系数，WW/mK41811.000111466.2339污垢系数数，mK/W0.000034439440.00001771977阻力降，MMPa0.066410.1

18、111程数42推荐使用用材料碳钢碳钢管子规格格252.55管数92管长，mmm90000管间距，mmm32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，mmm400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 换热热器的安安装与维维护安装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 参考考文献化工原理理课程设设计 贾绍绍义 柴诚敬敬 天天津大学学出版社社 化工原理理（第二二版） 杨祖荣荣 化学学工业出出版社20