循環(huán)水冷卻器設(shè)計全文

1、設(shè)計目錄設(shè)計任務(wù)書概述物性參數(shù)的確定設(shè)計方案的確定1選擇換熱器的類型流程安排估算傳熱面積1換熱器的熱負(fù)荷2平均傳熱溫差3傳熱面積工程結(jié)構(gòu)尺寸1管徑和管內(nèi)的流速管程數(shù)和傳熱管數(shù)目錄3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)4傳熱管排列和分程方法5管體內(nèi)徑106折流板107其它附件118接管11七 換熱器的核算111傳熱能力的核算11管程傳熱膜系數(shù)12污垢熱住和關(guān)閉熱阻12殼程對流傳熱膜系數(shù)。12總傳熱系數(shù)K132換熱器內(nèi)流體的流動阻力1414校核管程流體的阻力14殼程流體的阻力換熱器的主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表設(shè)備參數(shù)的計算1殼體壁厚2接管法蘭3設(shè)備法蘭4封頭管箱5設(shè)備法蘭用墊片6管法蘭用墊片15161616

2、171717178支墊179設(shè)備參數(shù)總表18十 參考文獻(xiàn) 19十一 學(xué)習(xí)體會與收獲 20十二 重要符號說明 21一、設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)：高分子材料與工程專業(yè)班級：高分子姓名：設(shè)計題目：循環(huán)水冷卻器設(shè)計設(shè)計條件：1 .設(shè)備處理量74T/h。2循環(huán)水：入口溫度55，出口溫度40。3冷卻水：入口溫度20 ，出口溫度30。4常壓冷卻熱損失5%。5 .兩側(cè)污垢的熱阻0.00017 m2/W。6 ,初設(shè) k= 900W/m2。設(shè)計要求1設(shè)計滿足以上條件的換熱器并寫出設(shè)計說明。2根據(jù)所選換熱器畫出設(shè)備裝配圖。指導(dǎo)教師：二、概述：熱過程是化工生產(chǎn)過程中存在的極其普遍的過程，實(shí)現(xiàn)這一過程的 換

3、熱設(shè)備卻種類繁多，形式多樣。換熱設(shè)備的傳熱方式劃分主要有直接接觸式、蓄熱式和間壁式三 類。雖然直接接觸式和蓄熱式換熱設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易等 特點(diǎn)，但由于在換熱過程中，有高溫流體和低溫流體相互混合或部 分混合，使在應(yīng)用上受到限制。因此工業(yè)上所有的換熱設(shè)備工業(yè)上 所有的換熱設(shè)備以間壁式換熱器居多。管式換熱器的類型也是多種 多樣的，從其結(jié)夠上大致可分為管式換熱器和板式換熱器。管式換 熱器主要包括蛇管、套管和列管式換熱器；板式換熱器主要包括板 式、螺旋板式、板殼式換熱器。不同類型的換熱器各有自己的優(yōu)點(diǎn) 和使用條件。、固定管板式定管板式換熱器是用焊接的方式將連接管束的管板固定在殼體兩 端。主要特點(diǎn)

4、是制造方便，緊湊，造價較低。但由于管板和殼體間 的結(jié)構(gòu)原因，使得管外側(cè)不能進(jìn)行機(jī)械清洗。另外當(dāng)管壁溫與殼體 壁溫之差較大時，會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。嚴(yán)重時會毀壞換熱器。此可知，固定管板式換熱器使用與殼程流體清潔，不易結(jié)垢?；蛘?管外側(cè)污垢能用化學(xué)處理方法去掉的場合，同時要求殼體壁溫與管 子壁溫之差不能太大，一般情況下，該溫差不得大于50。若超 過此值，應(yīng)加溫度補(bǔ)償裝置。通常是在殼體上加一膨脹節(jié)。、浮頭式換熱器頭式換熱器是用法蘭把管束一端的管板固定到殼體上，另一端管板 可以在殼體內(nèi)自由伸縮，并子這端管板上加一頂蓋成為“浮頭?！?這類換熱器的主要特點(diǎn)是管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束可

5、以在殼體內(nèi)自由伸縮，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。但這種換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價高，制造安裝要求高。以上特點(diǎn)可以看出浮頭式換熱器的應(yīng)用范圍很廣，能在較高的壓力 下工作，使用于殼體壁溫與管壁溫之差較大，或殼程流體易結(jié)垢的 場合。、U型管式換熱器類換熱器的管束是由彎曲成U型的傳熱管組成。其特點(diǎn)是，管束 可以自由伸縮，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡單，造價比浮頭式低， 管外容易清洗。但管板上排列的管子較少，另外由于管束中心一帶 存在間隙，且各排管子回彎曲率不同，長度不同，故物料分布不夠 均勻，影響傳熱效果。型管式換熱器適用于殼程流體易結(jié)垢，或是殼體壁溫與管壁溫之差 較大的場合，但要求管程流體應(yīng)較為清潔，不易結(jié)垢。、填

6、料函式換熱器類換熱器具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺 點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，制造方便，易于檢修清洗。對于一些腐 蝕嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換管束的場合常采用這種換熱器。但這種換熱 器密封性能差，故殼程不宜處理易燃、易爆或有毒的氣體。同時要 求殼程流體的壓力不宜過高。目前所適用的填料函式換熱器的直徑 一般在7000mm 一下，很少采用大直徑的填料函式換熱器。三、計算物性參數(shù)1、定性溫度下兩流體的物性參數(shù)（1）循環(huán)水對于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均制，故循環(huán)水的定性溫度為：55 + 41=47.5 m根據(jù)定性溫度，分別查處有關(guān)的物性參數(shù)如下：度ph=989.1 kg/

7、m3 ;熱容Cph=4.174 kJ/kg熱系數(shù)=0.6443 W/m5=0.000648 Pas(2) 冷卻水對于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均 制，故冷卻水的定性溫度為：20 + 3o m=25 根據(jù)定性溫度，分別查處有關(guān)的物性參數(shù)如下：度pi=996.9kg/m3熱容Cpi=4.179kJ/(kg)熱系數(shù)入i=0.6083W/(m)度M=0.0009025Pas、設(shè)計方案的確立.選擇換熱器類型熱流體循環(huán)水的進(jìn)口溫度為55，出口溫度為40。冷流體冷卻水的進(jìn)口溫度為20，出口溫度為30。以上數(shù)據(jù)可知?dú)んw壁溫與管子壁溫之差小于50，且冷卻過程為 常壓冷卻，因此可以選用固定管

8、板式換熱器。定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它 的結(jié)構(gòu)簡單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，由于這 種結(jié)構(gòu)使殼側(cè)清洗困難，所以殼程易用于不易結(jié)垢和清潔的流體。定管板式換熱器.流程安排:由于是常溫冷卻，并且循環(huán)水相對比較潔凈，所以選擇循環(huán)水 走管間,冷卻水走管內(nèi)，既有利于冷卻水冷卻效率，也可借助于外 界溫度加速循環(huán)水冷卻。五、估算傳熱面積.換熱器的熱負(fù)荷：Q =咋%*=74000 x4.174x(55-40)x95%=4.401x106 kJ/h1222.5 kw.平均傳熱溫差（對流傳熱）：冷卻水用量：.傳熱面積：由已知K=900 W/m2。Q 1222.5 X

9、IO3pS = =-= 60-59 in2Kitm 900 X 22.42考慮到估計性質(zhì)的影響，根據(jù)經(jīng)驗范圍，取實(shí)際傳熱面積為估計值 的1.15倍。S=60.59x1.15=69.68 m2六、工程結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管程流速： 選用25x2.5傳熱管，取內(nèi)管流速1.2m/s2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程管傳熱管數(shù)= 77.9105312.3% = 996.9 x 360o x 0.78s x O.O22 x 1.2 所以ns=78 （根） 按單管程計算，傳熱總管長度為：現(xiàn)在取傳熱管長l=6 m，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總跟數(shù)：N=78 2=156 （根）.平均傳熱溫差校正

10、及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查表得：t=0.8平均傳熱溫差：由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大故取 單殼程合適。.傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用 正方型排列，取管心距t=1.25d貝t=1.25x25=31.25=32 ( mm )隔板中心到離其最近一排管中心距離:=t/2+6 mm=32/2+6=22 mm隔板兩側(cè)相鄰管心距為：ac=2s=44 mm通過管束中心線的管數(shù)：n = 1.19 N = 1.197156 = 15(根).殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7，則殼體內(nèi)徑為：D = 1.05

11、UN/ = 1.05 x 32J156/0.7 = 501.6( mm)圓整可?。篋=600 ( mm ).折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)經(jīng)的25%，則切去的圓缺高度為：h=0.25x600=150 ( mm )取折流板間距 B=0.3D，貝IB=0.3x600=180 ( mm )可取 B=200 ( mm )折流板數(shù)：NB傳熱管長折流板間距6002001 = 29(塊).附件取拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為4根殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。.接管管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速為：u=2m/s則接管內(nèi)徑：殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為：u=2m/s則接管內(nèi)徑；

12、所以取標(biāo)準(zhǔn)管：殼程接管：127x45，管程接管：146x45。七、換熱器的核算1.傳熱能力核算管程傳熱膜系數(shù)：ai=0.023Reo.8Pr0.4 入 i/di管程流速截面積：凡=.n*= 0.785 x 0.02* x孚=0.0245 m 管程流體速度：105312.3 996.9 x360ox 0.0245=L198?0.02 x 1.198 x 996.90.0009025=26466.2污垢熱阻和管壁熱阻污垢熱阻：Rsi=0.00017 (m2)/WRso=0.00017 (m2)/W管壁導(dǎo)熱系數(shù)：入=50W/m殼程對流傳熱膜系數(shù)：當(dāng)量直徑：可根據(jù)公式：殼程流通面積：So = B DW

13、) = 0.2o X 0.6o 6 I 0.03a0.02625 m7400oU = 0.02625 x360o x 989.1= 0.792?Re00.020 X 0.792 X 989.1 =.000648 =24178粘度校正0 64431a0 = 0.36 x p02 x 241780 55 x 4.23 = 4819.4總傳熱系數(shù)K傳熱面積：c Q 1222.5 X 1037二=1132.4 X 17.936 = 6匚6 m實(shí)際傳熱面積：Sp = nd0LNt = 3.14 x 0.025 x 6 x 156 = 73.48 m2面積裕度：2換熱器內(nèi)流動的流動阻力管程流動阻力：F =

14、 1.4l P u 25 p u 2A P =人 一 , A P = q 1 d 222由Re=26510.36，傳熱管相對粗糙度0.0 1/20=0.005，查莫圖得入 i=0.0322w/mCp,=1.2m/sp=996.9kg/m3,所以平=0.033x(6/0.02)x(1.22x996.9/2)=6933.64 PaP2=Ski2/2=3x996.9x1.22/2=2153.304 PaZPi =(6933.64+2153.304)x1.5x2 = 27260.832 Pa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力：nP0= ( P1+P2 ) FtNsFt=1.15Ns=1流體經(jīng)管束的阻

15、力：Pi=Ffonc(NB+1)Pk2/2F=0.510=5x24178-0.228=0.501nc=1.1No.5=1.1x156o.5=13.74Nb=29p0=0.792m/sP0=0.5x0.501x13.74x(29+1)x0.7922x989.1/232031.4Pa流體經(jīng)過折流板缺口的阻力損失：P2=NB(3.5-2B/D)M2p/2B=0.20D=0.60P2=29(3.5-2x0.2/0.6)x0.7922x989.1/2=25489.2Pa 總阻力損失：P 總=32031.4+25489.2=57520.6Pa殼程流動阻力在允許范圍內(nèi)。八、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表管程

16、殼程率 kg/h40001108680.6度進(jìn)/出20/3055/40壓力MPa1.61.6物性定性溫度2547.5密度kg/m 3996.9989.1熱容kJ/(kg.)407194.174粘容Pa.s90.25x10-564.8x10-5導(dǎo)熱系數(shù)W/(m)60.83x10-564.43x10-5普蘭特數(shù)6.323.74設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)型式固定管板式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑 mm600殼層數(shù)1管徑 25 x2.5管心距32管長6000管子排列管數(shù)目(根)156折流板數(shù)29傳熱面積m262.20折流板距200管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼接管殼程內(nèi)徑 127 x4.5接管管程內(nèi)徑 146 x4.5主要計算結(jié)果管

17、程殼程流速m/s0.9950.792傳熱膜系數(shù)w/m24317.14819.3污垢熱阻m2/w0.000170.00017阻力損失0.0190.025熱負(fù)荷kw1222.5傳熱溫差18.38傳熱系數(shù)w/m21069.4裕度18.14%九、設(shè)備參數(shù)計算1. 殼體壁厚S, c=PDi/2&taP=1.6 x600/2x113x0.9-1.6=4.76mmC=1.24mmSc=Sc，+C=6mm2. 接管法蘭Dg管子平焊法蘭螺栓焊縫dHSDD1D2fbd重量(kg )數(shù)量直徑KH.設(shè)備法蘭.封頭管箱封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭公稱直徑Dg曲面高度h1直邊高度h2內(nèi)表面積F(m2 )容積v (

18、m3 )600150400.4640.396.設(shè)備法蘭墊片(橡膠石棉板)公稱直徑Dg墊片內(nèi)徑d公稱壓力F(m2)墊片外徑D60061516655.管法蘭用墊片法蘭公稱壓力Mpa介質(zhì)溫度密封面型式墊片名稱材料冷卻水1.660光滑橡膠墊片橡膠板循環(huán)水1.660光滑橡膠墊片橡膠板. 管板管板厚度30，長度666，材料為16MnR。. 支墊（鞍式支座）公稱直徑Dg每個支座允許負(fù)荷tbiLBlK1bm重量(kg )60036.81805501202604209022026.3、設(shè)備參數(shù)總表序號圖號標(biāo)準(zhǔn)名稱數(shù)量材料單重（kg ）總量（kg ）1LNQ-001-3前瑞管箱1組合件84.52HG20592法蘭

19、2Q235-B2.625.24PL100-1.0RF3GB8163-87接管108X5L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板29Q235-A7.5217.55筒體DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉桿4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684級0.040.328LNQ-001-3法蘭120II879墊片642/0600 S=34石棉橡膠板0.310JB/T4701-2000法蘭-FM600-1.01Q235-B40.811筒體DN600X8L=1401Q235-B16.812JB/T4746-2002封頭EHA600X51Q235-B171

20、3GB/T14976換熱管25X2.5 ,L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座500-S2Q235-A/Q235-B26.315JB/4701-2000法蘭-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65墊片2橡膠板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母M201286級0.0648.220JB/T4707螺栓M20X150-A626.8級0.3320.4621SYJ11-65墊片1橡膠板0.3十、參考文獻(xiàn)夏清、陳常貴主編.化工原理（上、

21、下）.天津：天津大學(xué)出版社，2005化工原理課程設(shè)計化工原理教研室選編.化工原理課程設(shè)計.齊市：齊大，2008大連理工大學(xué)化工原理教研.化工原理課程設(shè)計.大連：大連理工大學(xué)出版社, 1996匡國柱，史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002上海醫(yī)藥設(shè)計院編寫.化工工藝設(shè)計手冊（上、下）. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，1986柴誠敬等. 化工原理課程設(shè)計.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 1995譚慰主編.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ).天津：天津大學(xué)出版社，2000刑曉林主編.化工設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005程達(dá)芳等主編.化工過程及設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000樣祖榮主編.化工原理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004鄭津洋等主編.過程設(shè)備設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005匡照忠主編.化工機(jī)器與設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006十一、學(xué)習(xí)體會與收獲化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)個人