化工原理課程設(shè)計(jì)-回流液冷卻器資料18

1、換熱器課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目列管式換熱器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)計(jì)任務(wù)1處理能力（回流液流量）76.8nP / h2設(shè)備型式_列管式換熱器_2、操作條件1回流液 入I I溫度194.0C,出丨I溫度101.8 C2冷卻介質(zhì) 原油入I I溫度53.7C,出I I溫度122.1C3管程、殼程的壓強(qiáng)降不人丁1.4MPa4_換熱器的熱損失_忽晚三、設(shè)計(jì)已知條件1、定性溫度下兩流體的物性參數(shù)（1）回流液定性溫度tm=147.9C比熱容Cph=2.89kJ/（kg/C）粘度ph=0.509mPa.s原油定性溫度tm=87.9C比熱容Cpc=2.20kJ/（kg?C）粘度p=6.27mPa.s

2、2、管內(nèi)外兩側(cè)污垢熱阻分別是3、回流液在管程4、管壁導(dǎo)熱系數(shù)人=45W/（mC）四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說明2、工藝計(jì)算3、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)（1）冷卻器結(jié)構(gòu)尺寸的確定（2）傳熱面積、兩側(cè)流體壓降校核（3）接管尺寸的確定4、輔助設(shè)備選型與計(jì)算密度ph=701kg/m3；導(dǎo)熱系數(shù)九=0.151W/(mC)密度pc=798kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)Xc=0.131W/(mC)RSxlOmCj/W R;o=5.1xl0-4(m2*C)/W5、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總6、換熱器裝配圖（1號(hào)圖紙）7、設(shè)計(jì)評述8、參考資料摘要本設(shè)計(jì)內(nèi)容是處理量為76.8 m3/ h的回流液冷卻器，采用列管式換熱器。冷卻介質(zhì)為原

3、油。 設(shè)計(jì)基本完成了換熱器的工藝計(jì)算，包扌舌回流液的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)，換熱器面積估算，換熱器 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算，并分別進(jìn)行了核算。最終繪制了換熱器裝配圖。關(guān)鍵詞：回流液；列管式換熱器；AbstractTlus design content is the capacity for 76.8m3/ 11 Backflow liquid cooler design, tlie design uses theHandling hypoxia heat exchanger. Cooling medium for exude oil.The design is completed the heat exch

4、anger teclmical, mcludmg liquid based physical property data,heat exchanger aiea estimated, heat exchanger process structure size calculation, and respectivelyaccountmg. The assembly drawing heat exchangerKey Words:liquid; Handling hypoxia heat exchanger目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I摘要IIAbstractIll目錄N一前言1.1換熱器及換熱器分類.11

5、.2列管式換熱器分類.1二設(shè)計(jì)方案簡介2三確定物性數(shù)據(jù)3四工藝計(jì)算及主要設(shè)計(jì)4.1選擇換熱器的類型.44.2流程安排.44.3估算傳熱面積.44.4換熱器的核算.5五換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表.12六、設(shè)備參數(shù)計(jì)算6.1殼體.136.2管板.136.3拉桿.146.4分程隔板.146.5折流板.146.6封頭及管箱146.7接管及其法蘭.156.8排氣、排液管156.9浮頭166.10支座設(shè)計(jì)16七設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表.18八設(shè)計(jì)總結(jié)19九主要符號(hào)說明20十參考文獻(xiàn)21十一附錄22一、前言1.1換熱器及換熱器的分類在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱換熱器。它是將熱流體的部分

6、熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，既可是一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷凝器的凝汽器；也可以是 某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器 等。按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。按傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分 為管殼式（列管式）換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展面式換熱器。1.2列管式換熱器的分類列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的是按其溫差補(bǔ)償來分，主要有以下幾種：（1）固定管板式換熱器這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束 連接在管板上。管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂

7、蓋和殼體裝有流體進(jìn)出II接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。 同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的, 而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較人時(shí)，由于兩者的熱膨脹不 同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以致管子扭彎或使管子從管板上松脫，以致毀壞換熱器。第II頁（2）浮頭式換熱器換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼相接，以使管子受熱或冷 卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上裂解一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做 浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清潔；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩 種換熱器介質(zhì)溫差人時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹屋的不同而產(chǎn)生溫差

8、應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。（3）填料函式換熱器這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)第IV頁介質(zhì)有外漏可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。(4) U型管式換熱器這類換熱器只有一個(gè)管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。1、選擇換熱器類型：浮頭式換熱器換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼相接，以使管子受熱或冷 卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上裂解一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做 浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清潔；管

9、束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩 種換熱器介質(zhì)溫差人時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹屋的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。由此課程設(shè)計(jì)是兩介質(zhì)溫差較大，所以選擇浮頭式換熱器。2、計(jì)算并初選設(shè)備規(guī)格2.1根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)書及要求所給數(shù)據(jù)，計(jì)算熱負(fù)荷2. 2計(jì)算平均溫差，并根據(jù)溫差校正系數(shù)不小于0. 8的原則決定殼程；2、3確定總傳熱系數(shù)K迭：2.4計(jì)算傳熱面積S,按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)；3、核算總傳熱系數(shù)計(jì)算管、殼程對流傳熱系數(shù)心與比，確定污垢熱阻氐與R：。，再計(jì)算總傳熱系數(shù)K,并 比較K與K迭，若(K-K適)/K a*100%的范圍在10虻25%之間，則初選設(shè)備合格，否則另選K選 值，重

10、復(fù)以上步驟.4、計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降計(jì)算初選設(shè)備的管、殼程壓強(qiáng)降，如超過工藝允許范憐I，則需要調(diào)整流速，在確定管程 數(shù)語折板間距，或選另一規(guī)格的換熱器，直至滿足要求。5、根據(jù)所選設(shè)備規(guī)格及工藝要求，確定輔助零部件及尺寸。三、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度殼程原油的定性溫度為：Tx= (TI+T2) /2=147 9C殼程回流液的定性溫度為：(ti+t2)/2二87 9c根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)。 殼程原油的物性數(shù)據(jù)如下：比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 黏度 管程回流液的物性參數(shù)如卜：第III頁P(yáng)c=798kg/m35 二2 20KJ/(kg. C)X尸0 131w/m C a二6. 27X10

11、 50需考慮熱補(bǔ)償，先選擇兩臺(tái)單程的浮頭式列管換熱器，型號(hào)為?-6001. 5130-4II9根據(jù)上面的初算，查化工原理的附錄得出固定擋板式換熱器規(guī)格參數(shù)如卜表:殼徑D (mm)600管子尺寸(mm)190X2工程壓強(qiáng)(at)16管長L (m)6工程面積(m)130管子總數(shù)N：368管程數(shù)Np4管子排列方式正二角折流板間距B (mm)300折流板數(shù)NE19管心距t (mm)25殼程N(yùn)s14.4換熱器的核算4.4.1傳熱能力核算4.4.1.1殼程流體傳熱膜系數(shù)A1U 0=0.36-Re；55P1O3(-)014對于正三角形排列，當(dāng)量直徑4X廣護(hù)=0.0173111殼程流通截面積：0.019 P3

12、X0.6X亦)=0.04321$殼程流通流速：Uo=A)=0 768m/s；殼程流體雷諾準(zhǔn)數(shù)：第VI頁普蘭特?cái)?shù)：=105.3所以=729.24w/(m2 C)4.4.1.2管程傳熱膜系數(shù) 管程流通截面積：兀.NTF 瓦=0.01621$管程流體流速：=l 317m/s雷諾準(zhǔn)數(shù)：Rei=普蘭特?cái)?shù):=9.74以上數(shù)據(jù)Rez=2.72X10410000為湍流;PT】=9 74在0.6-160范|韋|內(nèi)； 所以管內(nèi)傳熱膜系數(shù)：4.4. 2流體阻力5.4. 2. 1管程流動(dòng)阻力核算式中：巧-管程結(jié)垢校正系數(shù):APi-管程總壓力降Pa；由Re=2.72 X 104,取傳熱管相對粗糙度=0.1/15=0.0

13、0667,查上冊教材P54-l-27莫狄a圖得A 1=0.036；Pro=7-T=1693.2第VII頁=8754.31 Pa取1=31.3172X 701=3X -=1823.82 Pa因?yàn)镹s=l, Np=4, Ft=1.5：Apt=(8754.31+1823.82) X 1X4X 1.5=63468 78pa l 3MPa管程流體阻力在允許的范圍內(nèi)。4A.2.2殼程流動(dòng)阻力核算g=2Po+Ap】)FsNsNs=lFs=1.15式中：Ap2-殼體總阻力，Pa；Apo-流體流過管束是總壓力，Pa： pi-流體流過折流板缺I I的阻力，Pa：FS.-殼程壓力降結(jié)垢校正系數(shù)；N-殼程數(shù)；流體流經(jīng)

14、管束的阻力損失： po=F/oh(NB+l)罟其中：hc=l.lNT05NT-每一殼程的管子總數(shù)；NB-折流板數(shù)目為19；uo-殼程流體橫過管束的最小流速，m/s：F-管子排列方式對阻力損失的校正因數(shù):fo-殼程流體摩擦系數(shù)；=0.036 X6_X0.0151.3172X 7012第VIII頁對于正三方形F=0 5；對于液體Fs=1.15;Ns=l；he =1.1NT0 5=1.1 X 3680 5=21;Ao=B(D- hc*do尸0.3 X (0.6-21 X 0.019)=0.0603m第VIII頁1】0=丿=26.48/(798 X 0.0603尸0 55m/s； A)deuQ/JcR

15、e0=-=1330500f0=5Re-22S=5 X 1330亦=0 970.552X 798Apo=O.5XO.97X21X (19+1) X- -=24586 Pa流體流過折流板缺I 1的阻力損失2B応 Q2X0.3798 X0.552AP1=NB(3.5- -) =19X (3.5- -)X- -=7797PaB-折流板間距,m；D-換熱器殼體內(nèi)徑，m；總阻力損失:Ap：= (24586+7797) X 1.15X1=37240.45Pa1.4MPa殼程流體阻力在允許的范圍內(nèi)。4.4.3總傳熱系數(shù)K=320.7 W/(m2 C)比較K值與K進(jìn)值：兩臺(tái)換熱器的實(shí)際傳熱面積為：S0=2NT7

16、rdL=2 X 368 X 3.14X 0.019X (6-0.1) =260m2實(shí)際傳熱系數(shù)：ISM3.985 X106= 260 X54.76迥叫F KK實(shí)320.7 280-X100%=-X 100%=14.29%K實(shí)280根據(jù)安全系數(shù)在10%25%之間為合格換熱所以有安全系數(shù):第VIII頁五換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表參數(shù)管程殼程流量，kg/h53836.826.48物操作溫度，C53.7/122.1194/101.8定性溫度，C87. 9147. 9第IX頁性流體密度,kg/m3798701定壓比熱容，kj/(kg.k)2.892.20黏度,pa.s0.509X1036.27X10

17、3傳熱系數(shù)，W/ (mC)0.1510.131普蘭特?cái)?shù)9.74105.3設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式臺(tái)數(shù)2殼體內(nèi)徑，mm600殼程數(shù)1管徑，nun019X2管心距，mm25管長，nun6000管子排列正二角形管數(shù)目，根368折流板數(shù)19傳熱面積，加2130折流板間距，mm300管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速，ni/s1.3170.55表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/ (mC)1617.47729.24污垢系數(shù)， K/W0.00020.0002阻力降，Pa6347037240熱流量，kw3985傳熱溫差，k54.76傳熱系數(shù)，附(mC)350裕度25.0六、設(shè)備參數(shù)計(jì)算6.殼體6.1.1殼內(nèi)直徑根據(jù)前面的

18、工藝計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用的換熱器殼體內(nèi)徑口=600 mmo查閱結(jié)構(gòu)與零部件(上)P123,表1-1-86的無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑, 本次采用公稱直徑為DN= 600mmX8mm的殼體，則Do=616mm, Dx=600mmo6.1. 2殼體壁厚查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P126,表9-3,采用Q235-A. F鋼板(GB3274),其中鋼密度=7850kg m由Po=0. 6 MPa, D,=600mm,再查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124,表9-6,對殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù)0 =0. 65,腐蝕裕度83+0. 5二3. 5mm.查閱 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124,表9-4碳素鋼、 普通低

19、合金鋼板許用應(yīng)力， 得：0-x=113MPa ,os= 235MPaPD.0.6X600(5=-弋= 一-+3 55 96 (mm)2Q 0 P, 2X113X0.65 0.6圓整后取8mm6.1. 3殼體質(zhì)量殼體長度二7m質(zhì)量=7850X7X3. 14X (0. 6162-0. 6002) /4=829. 24kg注：個(gè)別數(shù)據(jù)來源于后續(xù)步驟。詳見附圖。6. 2 1管板參數(shù)根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊P161,表1-6-9管板尺寸表，由于沒有 適合本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)井標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表：管板參數(shù)(管板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì))參數(shù)名稱參數(shù)值管板直徑Da/mm600管板外

20、徑D/mm647管板厚度ba/mm32管孔直徑di/mm25管孔數(shù)/個(gè)168換熱管外伸長度/mm5管板質(zhì)罐/關(guān)46. 39單塊管板質(zhì)量：m=0. 00717X7850 = 46. 39kg6. 2. 2管板與殼體的連接管板夾于殼體法蘭和頂蓋法蘭之間，6.2.3管子在管板上的固定方式采用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊P172,表1-6-20,管子伸出 長度約為5mmo6. 3拉桿本換熱器殼體內(nèi)徑為600mm,查閱化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P135,表4-7和 表4-8得：拉桿螺紋公稱直徑：d”=16mm拉桿長：Li二6. 840mLF6. 480m前螺紋長La二20mm后螺紋長Lo=

21、60mm拉桿數(shù)：4根拉桿質(zhì)量:m=7850X (2X6. 840+2X6. 480) X3. 14X0.01674=64.7 kg拉桿外套有定距管,規(guī)格與換熱管一樣，長度：L：二6. 65 m, L=6. 300m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量m =7850X (2X6. 65+2X6.3) X3. 14X (0. 0252-0. 02：)/4=35. 4 kg板6. 4分程查閱化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P127,表4-1,因本此設(shè)計(jì)換熱器的公稱直徑DxOOmm ,對于碳鋼，得隔板厚度為：b=10mm。分程隔板長L1二150+40+400+5-10二585mm, L2=200+5T0二190mm其中10

22、mm為管箱嵌入法蘭第XI頁深度，5mm為隔板嵌入管板深度。管箱分程隔板質(zhì)量以長方體板粗略估計(jì)：ml二0. 6000X0. 585X0. 010X7850X2=55. lkg浮頭分成隔板質(zhì)量以半圓板粗略估算：m2二3. 14X0. 5X0. 190X0.010X7850=23. 4kg隔板總質(zhì)量m=55.1+23. 4=78. 51kg& 5折流板前面已算出：折流板數(shù)NF19塊圓缺高度h= 150 mm板間距B = 360mm查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊P182,表1-6-26和表1-6-33,得：折流板直徑Da= （6003. 5 0. 5） mm二596mm折流板厚度C = 6 mm。折流板的

23、管孔，按GB151規(guī)定I級換熱器，管孔直徑=25+0. 4=25. 4mm折流板質(zhì)量:m=19X0. 000418X7850=62. 35 kg& 6封頭及管箱6. 6.1封頭查閱材料與零部件P332,表2-1-9,本換熱器采用橢圓型封頭（JB1154-73）一個(gè)， 材料采用高合金鋼， 公稱直徑D:=600mm（以內(nèi)徑為公稱直徑） ， 曲面高度h】= 150mm,直邊 咼度h： =40mm,厚度=8mm, .ll量二16. 6kg。焊接于管箱。6. 6. 2管箱管箱長L二400mm,管箱內(nèi)徑二6000mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚二8mm管箱質(zhì)量:m=3. 14X0. 600X0. 400

24、X0. 008X7850=47. 32 kg。6. 6. 3筒體法蘭及管箱法蘭查閱材料與零部件（上）P386,表2-2-22,采用凹法蘭，在公稱壓力1. 01. 6MPa范I韋I內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為D二730mm,公稱直徑二600mm,孔間距D產(chǎn)690mm, D：二655mm?？字?徑=25mm,厚度b二32mm ,法蘭重量=35. lkg。所用螺栓規(guī)格M20X90mm,螺栓數(shù)目：28。 一個(gè)法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個(gè)法蘭焊接在筒體，與后管板連接。6. 7接管及其法蘭根據(jù)流體力學(xué)與傳熱P207,接管直徑公式，同時(shí)也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng) 管、殼程流速的1.21.4倍。殼程流體

25、進(jìn)出II接管： 取接管內(nèi)水的流速為m二0.5m/s,則接管內(nèi)徑為A =取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200 mmX4400 /(3600 X815)二0. 195 m3.14X0.54匕兀比第XII頁查表 材料與零部件 （上） P655表2-8-1,取管的內(nèi)徑=200mm,管厚=6mm,伸出 咼度=150mm。接管質(zhì)量二3. 14X0.2X0. 004X0. 15X7850=2. 957kg原油進(jìn)出I】采用凸法蘭，查閱材料與零部件P380,表2-2-19,取法蘭直徑=340mm,厚度b二26mm,螺栓孔間距Di = 295mm, D：=219mm,螺栓孔直徑=22mm。法蘭重量：法蘭=2. 42kg,螺栓規(guī)格：M20,螺栓數(shù)量為8。由于P xur=815X0. 5=203. 7 1400二4190mm。6.10.2支座承載能力校核（1）換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)于卞表：序號(hào)各零部件數(shù)量單件重量/kg重量/kg第XII頁1殼體1829. 24829. 242管板246. 3992. 783殼程接管21.913. 824殼程接管法蘭25.5115管程接管22. 575. 146管程接管法蘭24. 849. 687隔板320.8462. 568封頭116.6016. 60第XIII頁9封頭法蘭117. 8017. 8012傳熱管1684.4274