換熱器設(shè)計(jì)書2

1、嘉興學(xué)院南湖學(xué)院管殼式換熱器課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè) 計(jì) 題 目：管殼式換熱器課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱： 嘉興學(xué)院南湖學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級(jí)： 化工N111 姓 名： 郭瀟瓊 學(xué) 號(hào)： 201145849209 指 導(dǎo) 教 師： 歐陽玉霞 2013年 7月11日目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書.工藝設(shè)計(jì)1、 選擇合適的換熱器.1 1.1 確定物性參數(shù).1 1.2 計(jì)算熱負(fù)荷和.1 1.3 計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù).1 1.4 估算換熱面積.2 1.5 試算和初選換熱器的規(guī)格.22、核算總傳熱系數(shù).3 2.1 計(jì)算管程給熱系數(shù).3 2.2 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù).4 2.3 確定污垢熱阻 .5 2.4 總傳

2、熱系數(shù).53、 核算壓強(qiáng)降.6 3.1 計(jì)算管程壓強(qiáng)降.6 3.2 計(jì)算殼程壓強(qiáng)降.6機(jī)械設(shè)計(jì)1管子數(shù)n.82 換熱管的排列形式.83 換熱器殼體直徑的確定.84 換熱器殼體壁厚的計(jì)算.95 換熱器封頭的選擇.96 容器法蘭的選擇.107管板.117.1管板與殼體的連接.117.2 管板厚度的計(jì)算.118 管子拉脫力的計(jì)算.129 計(jì)算是否需要膨脹節(jié).1310 折流板設(shè)計(jì).1411裙座設(shè)計(jì).14化機(jī)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)起訖時(shí)間2013年7月8日2013年7月19日。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一臺(tái)管殼式換熱器。三、設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)特性指標(biāo)（1）有機(jī)液：入口溫度：70，出口溫度：30質(zhì)量流量:1班：20

3、000+1000×10 = 30000kg/h 密度=950kg/m3，比熱cp=2.261 kJ/(kg·) 導(dǎo)熱系數(shù)=0.172W/( m·) 粘度µ=0.742×10-3 Pa ·s （2）水：入口溫度：25，出口溫度：40四、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）工藝設(shè)計(jì)：進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，選擇合適的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求（2）機(jī)械設(shè)計(jì)：進(jìn)行材料選擇和厚度計(jì)算，設(shè)計(jì)管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板等。（3）編寫課程設(shè)計(jì)說明書（嘉興學(xué)院稿紙）。（4）繪制換熱器的裝配圖（1張A2）。 1、 工藝設(shè)計(jì)1、選擇合適的換

4、熱器1.1 確定物性參數(shù)有機(jī)液的定性溫度： 水的定性溫度： 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下: 物性流體密度 /m3比熱KJ/(·oC)粘度 mPa·s導(dǎo)熱系W/(m·oC)有機(jī)液9502.2610.742×10-3 0.172水1994.8254.1740.764×10-30.6221.2 計(jì)算熱負(fù)荷和由熱量衡算2化原p148(5-22)1.3 計(jì)算溫差和估計(jì)傳熱系數(shù)逆流時(shí)， 3化原p148(5-24)而 由化工原理上冊(cè)頁查圖519(a)可得: ,管程數(shù) Np=6 所以 又因?yàn)?.82>，故可選用單殼程的列管換熱器。根據(jù)管程走有機(jī)液，殼

5、程走水，且逆流，總傳熱系數(shù)K的范圍是290870W/(·oC）4現(xiàn)暫?。?.4 估算換熱面積 5化原P154（5-23）1.5 試算和初選換熱器的規(guī)格 又因?yàn)橛袡C(jī)液走管程且初選，所以設(shè) 6由 V=Ms/p=31.58 可求得單管程的管子根數(shù)： 所以 據(jù)此初選固定管板式換熱器規(guī)格尺寸為：殼徑D=a（b-1）+2L 有化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P208表7-4可知，b=25，由表7-5可取a=25mm 所以 D=25*（25-1）+2*4.5=609mm圓整后為700mm殼 徑 D700管 子 尺 寸19×2mm管 程 數(shù) 4管 長L4.5 m管子總數(shù) n546管子排列方法正三角形 2、

6、核算總傳熱系數(shù) 2.1 計(jì)算管程給熱系數(shù) （與假設(shè)相一致 合適）化原P5（1-13）7化原p16(1-26) 8 所以 9 2.2 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 換熱器中心附近管排中流體流通截面積為： 10 式中 折流擋板間距，取200；t=25mm 因?yàn)槭钦切闻帕?，所?因?yàn)?所以 由正三角形排列得： 11 因?yàn)?在范圍內(nèi)，故可用下式計(jì)算 12 殼程中水被冷卻，取 ， 所以 2.3 確定污垢熱阻 管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為： 13 2.4 總傳熱系數(shù) 因?yàn)楣艹套哂袡C(jī)物，管子材料選用20R， 取其導(dǎo)熱系數(shù)為(m·oC)，總傳熱系數(shù)為： 14化原 p145(5-11c) ，所以合理由前面計(jì)

7、算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)，要求過程的總傳熱系數(shù)為，在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的為，其安全系數(shù)為：故所選擇的換熱器是合適的。3、核算壓強(qiáng)降3.1 計(jì)算管程壓強(qiáng)降 15 前面已算出：， （湍流）取不銹鋼管壁粗糙度 則，由化工原理上冊(cè)第一章P25的關(guān)系圖中查得： 所以 對(duì)于的管， 3.2 計(jì)算殼程壓強(qiáng)降 16 其中 管子為正三角形排列，取F=0.5 取折流擋板間距 折流擋板數(shù)： 所以 所以 由上面計(jì)算可知，該換熱器管程與殼程的壓強(qiáng)均滿足題目要求，故所選換熱器合適。機(jī)械設(shè)計(jì)1管子數(shù)n選的20R無縫鋼管，管長4.5m , F為A估 其中安排拉桿需減少6根，故實(shí)際管數(shù)n=549-6=543根2

8、 換熱管的排列形式采用正三角形排列，由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-4查的層數(shù)為12，查表7-5，取板間距a=25mm。3 換熱器殼體直徑的確定其中換熱器內(nèi)徑，mmb正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，查表7-4的b=25L最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取圓整后取殼體內(nèi)徑4 換熱器殼體壁厚的計(jì)算材料選用20R計(jì)算壁厚為： 化設(shè)p90(4-5) 式中:為計(jì)算壓力，假設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取=0.1Mpa；700mm；采用雙面焊的對(duì)接接頭100%無損檢測(cè)，所以=1;t =132Mpa（設(shè)殼壁溫度為70°C） 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知： 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-9得 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-11

9、取 ；GB150-1998鋼制壓力容器中對(duì)容器最小厚度的規(guī)定是：對(duì)碳素鋼取所以5 換熱器封頭的選擇上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746-2000標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN700×3，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-15得曲面高度 ，直邊高度 ，材料選用20R鋼 6 容器法蘭的選擇材料選用16MnR 根據(jù)JB/T4703-2000 選用DN700，PN1.6Mpa的榫槽密封面長頸對(duì)焊法蘭。7管板7.1管板與殼體的連接本次換熱換熱管為碳素鋼，設(shè)計(jì)壓力<4MPa,設(shè)計(jì)溫度在300以內(nèi)，并無明顯的應(yīng)力腐蝕，所以采取脹接的連接方法7.2 管板厚度的計(jì)算根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第147頁，1-6-9

10、得最小厚度為40mm8 管子拉脫力的計(jì)算計(jì)算數(shù)據(jù)按表項(xiàng)目管子殼體操作壓力/Mpa0.10.1材質(zhì)20鋼20R線膨脹系數(shù)彈性模量許用應(yīng)力/Mpa132132尺寸管子根數(shù)543排列方式正三角形管間距/mm25管殼壁溫差/管子與管板連接方式開槽脹接脹接長度/mm50許用拉脫力/Mpa4.01、在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 化設(shè)p217(7-9) 其中 , mm 2、溫差應(yīng)力引起的每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的拉脫力 化設(shè)P218（7-10） 其中 由此可知，作用方向相同，都使管子受壓，則管子的拉脫力： 因此拉脫力在許用范圍內(nèi)。9 計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力為： 壓力作用于殼體上

11、的軸向力： 其中 = 壓力作用于管子上的軸向力為： 則 根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器條件成立，故本換熱器不必要設(shè)置膨脹節(jié)。10 折流板設(shè)計(jì)折流板為弓形，折流板間距取525mm，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-7得折流板最小厚度為6 mm,查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-9折流板外徑為696 mm,材料Q235-A鋼查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表7-10拉桿12，共8根，材料Q235-AF鋼11 裙座設(shè)計(jì)采用圓筒形裙式支座，裙座與塔體的連接采用焊接，由于對(duì)接焊縫的焊縫受壓，可承受較大的軸向力，故采用對(duì)接形式。取裙座外徑與封頭外徑相等。并且取裙座的厚度與封頭的厚度相同，即裙座尺寸為700×3mm.。裙座材

12、料選用Q235-A。文獻(xiàn)1 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 251-251 附錄52 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 148-148 公式5-223 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 148-148 公式5-244 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 146-146 表5-65 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 148-148 公式5-236 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 203-203表6-17 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 16-16 公式1-268 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 164-1649 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 165-165 公式5-63a10 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 172-172 公式5-7411 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4 171-171 公式5-73a12 譚天恩，竇梅化工原理M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20