化工設(shè)計(jì)概論期末論文

.z."化工設(shè)計(jì)概論"期末論文換熱器一．換熱器原理及分類一．原理換熱器，是將熱流體的局部熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式根本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。二．分類1.按傳熱原理："1"、外表式換熱器外表式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁外表對流，兩種流體之間進(jìn)展換熱。外表式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。"2"、蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)到達(dá)一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之到達(dá)熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。"3"、流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器，是把兩個外表式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體承受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。"4"、直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進(jìn)展換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。2、按用途分為：

1、加熱器;加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。

2、預(yù)熱器;預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。

3、過熱器;過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀態(tài)。

4、蒸發(fā)器;蒸發(fā)器用于加熱流體，到達(dá)沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。3、按換熱器的構(gòu)造可分為：分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。二．換熱器設(shè)計(jì)一．設(shè)計(jì)任務(wù)2.傳熱計(jì)算和壓降計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算二．設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容三．設(shè)計(jì)流程圖確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動空間確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動空間①①估計(jì)傳熱總數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算估計(jì)傳熱總數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算②②選擇傳熱管參數(shù)，并計(jì)算管程相應(yīng)參數(shù)選擇傳熱管參數(shù)，并計(jì)算管程相應(yīng)參數(shù)計(jì)算值與假定值相差較大計(jì)算值與假定值相差較大③③估計(jì)冷凝給熱系數(shù)估計(jì)冷凝給熱系數(shù)計(jì)算值與假定值相差較大計(jì)算值與假定值相差較大④④壓降大于設(shè)計(jì)壓力壓降大于設(shè)計(jì)壓力裕度過大或過小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)裕度過大或過小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)⑤⑤總傳熱系數(shù)核算總傳熱系數(shù)核算⑥計(jì)算值與假定值相差不大⑥計(jì)算值與假定值相差不大折流板計(jì)算折流板計(jì)算⑦⑦殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比擬殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比擬⑧壓降小于設(shè)計(jì)壓力⑧壓降小于設(shè)計(jì)壓力裕度系數(shù)校驗(yàn)裕度系數(shù)校驗(yàn)考慮夏冬季的溫度差異，改變冷流體進(jìn)口溫度考慮夏冬季的溫度差異，改變冷流體進(jìn)口溫度裕度適宜⑨裕度適宜⑨計(jì)算換熱器其余零件⑩確定換熱器根本尺寸計(jì)算換熱器其余零件⑩確定換熱器根本尺寸三．換熱器主要應(yīng)用領(lǐng)域及局部實(shí)例"1"化工行業(yè)堿液冷卻，煤油冷卻，硫酸冷卻，鹽酸冷卻，乙醇冷卻，氯氣枯燥，堿廠CO2冷卻，過程冷卻，循環(huán)水冷卻等。"2"供熱行業(yè)集中供熱，地板采暖等。采暖工業(yè)用和民用兩種。暖通空調(diào)區(qū)域供熱中心、水處理加熱、游泳池加熱、熱泵裝置、熱回收裝置、加熱水預(yù)熱、地?zé)嵴?、太陽能站熱量回收、空調(diào)裝置中的冷卻、中央冷卻。"3"電力行業(yè)柴油發(fā)電機(jī)冷卻，傳動油冷卻，燃?xì)廨啓C(jī)冷卻，電廠廢水熱回收，閉式循環(huán)水冷卻，主機(jī)潤滑油冷卻等。"4"食品行業(yè)啤酒、飲料的巴氏殺菌、冷卻；牛奶的加熱、冷卻、殺菌；食用油加熱冷卻；脂肪酸冷卻，果汁加熱，糖漿加熱等。"5"醫(yī)藥行業(yè)乳液冷卻、血漿加熱、輸液冷卻，維生素工藝過程等。其他相關(guān)行業(yè)；"1"造紙行業(yè)廢水冷卻，清洗水冷卻，廢水蒸發(fā)、熱回收系統(tǒng)木漿的凝縮等。"2"船舶行業(yè)潤滑油冷卻，燃料油預(yù)熱，傳動油油冷卻，活塞冷卻劑冷卻，中央冷卻等。"3"冶金行業(yè)鑄模冷卻，乳液冷卻，連鑄機(jī)冷卻，高爐密閉循環(huán)冷卻，液壓油冷卻，氨溶液冷卻，爐水冷卻，焦化廠水冷卻，進(jìn)料水冷卻等。"4"鋼鐵行業(yè)鑄模冷卻、連鑄機(jī)冷卻、液壓油冷卻、爐水冷卻、焦化廠水冷卻、機(jī)器冷卻劑冷卻、壓縮機(jī)冷卻劑、進(jìn)料水冷卻、爐體〔電極支座、變壓器〕的冷卻、電解液的加熱和冷卻外表處理電解液冷卻、油漆冷卻、電鍍浴冷卻、除油浴加熱、磷化液加熱。應(yīng)用舉例；石化行業(yè)；"1"原油加工一般很少，但工藝系統(tǒng)水的冷卻和余熱回收都有，實(shí)際裝置上很少；生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原材料，所有的稀烷類的大的化工廠都用大的板換；精細(xì)化工〔指進(jìn)一步深加工原材料，變成可以使用的成品〕這個局部使用的根本都是工藝上用。"2"在制鋼鐵和賣焦炭和煤氣時有副產(chǎn)品的焦化：在粗煤氣回收用板換。焦?fàn)t氣〔650—800〕——粗冷器——氨水澄清槽——土焦油——脫萘工段——脫硫——洗氨——終冷——苯回收。這里焦油深加工管換比擬多，氨水回收螺旋板多，但現(xiàn)在根本用焊接的給替代了。其余都用板換。"3"電力行業(yè)：煤電、水電、核電都用板換和機(jī)組。煤電：閉式水冷器一般指一側(cè)開，另一側(cè)閉。為板換多取樣水冷卻器、生水加熱器一般為管換。冷渣器〔爐排冷卻〕一般為板換。閉冷的典型工況為對數(shù)溫差5—8度，一次水為30——38度左右。一般一個機(jī)組用兩臺、也有用3臺的。冷卻的是所有轉(zhuǎn)動部件，一般都有夾腔。"4"氯堿廠各工序使用實(shí)例硅整流工序的兩種換熱器均屬于液液換熱。其中變壓器的油冷卻器可使用鋁黃銅板片材質(zhì)、耐油丁腈橡膠墊片的板式換熱器;整流柜的純水冷卻器可使用1Cr18Ni9Ti的板片材質(zhì)、丁腈橡膠墊片的板式換熱器。鹽水工序"5"氯氣處理工序在氯氣處理工序中,鈦管冷卻器板片可使用TA2鈦材材質(zhì),由于濕氯氣的化學(xué)腐蝕較重,所以選用耐氧化的三元乙丙橡膠墊片,同時有氯水的冷凝,必須使用冷凝式板式換熱器;同樣氯水冷卻器可使用板片材質(zhì)為TA2、墊片為三元乙丙橡膠的板式換熱器;納氏泵的循環(huán)酸、各塔循環(huán)酸換熱器板片可使用耐濃硫酸和氯氣腐蝕的哈式合金C-276材質(zhì)以及氟橡膠墊片。其他行業(yè)；"1"冷油器是用來冷卻電力系統(tǒng)中所有用汽輪機(jī)組絕緣油的設(shè)備，是電廠系統(tǒng)中重要設(shè)備之一。"2"閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，一是將電廠的轉(zhuǎn)動的機(jī)械軸瓦冷卻水等組成一個專門的閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)；另一個是在裝有水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)組的電幫，將內(nèi)冷水池組成一個閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。另一側(cè)冷卻水可以是廢水、江湖水、城市中水等。在閉式循環(huán)水系統(tǒng)中，板式換熱器是系統(tǒng)中的主要設(shè)備。"3"丁二烯冷卻器是合成橡膠廠將汽態(tài)丁二烯用循環(huán)水冷凝為液態(tài)丁二烯。硫酸冷卻器是硫酸廠枯燥塔、吸收塔將硫酸的溫度用冷水降溫，使之滿足工藝要求。"4"變壓器油冷卻器是在電站變壓器油循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，用冷卻水將變壓器油降溫冷卻到≤40℃"5"牛奶冷卻器是畜牧場用板式換熱器對牛奶進(jìn)展迅速冷卻，以抑制乳品中微生物繁殖，保持乳品新鮮度。工藝是用冷凍冰水通過板式換熱器將鮮奶冷卻至5℃"6"空調(diào)制冷換熱器主要是在高建筑中用，低層冷凍水直供，高層通過板式換熱器換熱用7℃左右冷凍水把二次側(cè)回水降到8℃左右供出，平均溫差可達(dá)四．換熱器物料走向；換熱器要考慮的一方面就是提高換熱效率，用有限的面積實(shí)現(xiàn)換熱最大化。蒸汽加熱時存在明顯的相變，從而出現(xiàn)不同的換熱階段，蒸汽的密度也會發(fā)生變化，介質(zhì)流向會對換熱產(chǎn)生影響。1殼程為蒸汽，蒸汽冷凝考慮重力排水的因素，一般只會上進(jìn)下出，物料考慮下進(jìn)上出形成逆流，對數(shù)平均溫差會大些；

2物料下進(jìn)上出容易空氣的排出；如果殼程是液相，且由于工藝和布置的要求下進(jìn)上出，此時排氣的因素可以忽略，先考慮逆流物料可能會上進(jìn)下出，3.一般原則是冷介質(zhì)下進(jìn)上出，熱介質(zhì)上進(jìn)下出至于是封頭進(jìn)還是管箱進(jìn)沒什么區(qū)別只是GB151要求管程介質(zhì)沿?fù)Q熱管軸向進(jìn)設(shè)備也就是從封頭進(jìn)時要設(shè)置防沖板。五．換熱器的清洗與維護(hù)在科學(xué)開展的今天要想完全的防止污垢的產(chǎn)生是幾乎不可能的，所以，換熱器等設(shè)備的清洗便成為工業(yè)生產(chǎn)，尤其是石油化工及熱電工廠生產(chǎn)中所不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。換熱器是化工生產(chǎn)中廣為使用的設(shè)備之一。由于很多方面的原因，換熱器設(shè)備和管道線路線中都會產(chǎn)生很多如結(jié)焦、油污垢、水垢、沉積物、腐蝕產(chǎn)物、聚合物、菌類、藻類、粘泥等污垢。據(jù)調(diào)查90%以上的換熱設(shè)備都存在不同程度的污垢問題一、設(shè)備結(jié)垢的危害；1.惡化換熱器的傳熱性能，增加能耗2.引起整個換熱器的流動阻力壓降的增大3.局部過熱或超高溫而導(dǎo)致機(jī)械性能的下降，引發(fā)事故。4.污垢的積聚威脅換熱設(shè)備的平安運(yùn)行。二．清洗方法〔分為兩類〕；第一類；機(jī)械清洗技術(shù)機(jī)械清洗是靠流體的流動或機(jī)械作用提供一種大于污垢粘附力的力而使污垢從換熱面上脫落。機(jī)械清洗的方法有兩類：一類是強(qiáng)力清洗法，如噴水清洗、噴汽清洗、噴砂清洗、刮刀或鉆頭除垢等；另一類是軟機(jī)械清洗，如鋼絲刷清洗和膠球清洗等。下面分別介紹這幾類方法："1"噴水清洗，是用高壓水噴射或機(jī)械沖擊的除垢方法。采用這種方法時水壓一般為20~50MPa。現(xiàn)在也有采用更高壓力的50~70Mpa。噴汽清洗，這種清洗器在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上與噴水清洗器類似，用這種設(shè)備將蒸汽噴入換熱器的管側(cè)和殼側(cè)，靠沖擊力和熱量除去污垢。"2"噴砂清洗，是將篩分的石英砂(一般粒徑在3~5mm)用壓縮空氣(300~350kPa)通過噴槍產(chǎn)生強(qiáng)大的線速度，沖刷換熱器的管內(nèi)壁，去除掉污垢，使管子恢復(fù)原有的換熱特性。刮刀或鉆頭除垢，這種清洗機(jī)械只適用于管子或圓筒里面的污垢。在撓性旋轉(zhuǎn)軸的頂端安裝除垢的刮刀或鉆頭，靠壓縮空氣或電力(也有使用水力或蒸汽的)使刮刀或鉆頭旋轉(zhuǎn)。"3"膠球清洗，是用噴丸清洗器進(jìn)展的。噴丸清洗器是由海綿球和將球推進(jìn)需清洗的管子內(nèi)部的流體噴槍組成，球?yàn)榕趶椥?，以半硬質(zhì)發(fā)泡聚氨基脂的海綿體擠壓而成，富有彈性。第二類；化學(xué)清洗技術(shù)化學(xué)清洗就是在流體中參加除垢劑、酸、酶等以減少污垢與換熱面的結(jié)合力，使之從換熱面上剝落。目前采用的化學(xué)清洗方法有："1"循環(huán)法：用泵強(qiáng)制清洗液循環(huán)，進(jìn)展清洗。"2"浸漬法：將清洗液充滿設(shè)備，靜置一定時間。"2"浪涌法：將清洗液充滿設(shè)備，每隔一定時間把清洗液從底部卸出一局部，再將卸出的液體裝回設(shè)備內(nèi)以到達(dá)攪拌清洗的目的。在設(shè)備清洗前應(yīng)做好如下準(zhǔn)備工作：了解和檢查被清洗設(shè)備的種類、型式、幾何形狀和尺寸；掌握設(shè)備的材質(zhì)及應(yīng)清洗到的地方；根據(jù)實(shí)際情況確定清洗劑的種類、清洗液的濃度和用量；妥善安排清洗用的水源、加熱清洗液用的熱源以及污水的處理和排放；安排清洗地點(diǎn)；進(jìn)展污垢調(diào)查；與機(jī)械清洗相比化學(xué)清洗的優(yōu)點(diǎn)是：不必拆開設(shè)備；能清洗到機(jī)械清洗不到的地方；化學(xué)清洗均勻一致，微小的間隙均能洗到，而且不會剩下沉積的顆粒，形成新垢的核心；可以防止金屬外表的損傷，如機(jī)械清洗中的尖角能促進(jìn)腐蝕并在其附近形成污垢；進(jìn)展了防銹和鈍化處理清洗后可防止生銹；化學(xué)清洗可在現(xiàn)場完成，勞動強(qiáng)度比機(jī)械清洗小；六．換熱器開展前景近幾年來,隨著高溫?zé)峁芗夹g(shù)研究的不斷成熟和深入,高溫?zé)峁軗Q熱器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和國防等各個領(lǐng)域。在冶金、化學(xué)、陶瓷、建材及輕工等工業(yè)生產(chǎn)中,常需要500℃以上的清潔空氣以滿足助燃、枯燥和供氧等需要,采用高溫?zé)峁芸諝饧訜崞骺梢暂p易地到達(dá)這一要求,高溫?zé)峁芗夹g(shù)在噴霧枯燥中的應(yīng)用取得成功,并已收到了令人滿意的實(shí)際效果。根據(jù)現(xiàn)場測試的參數(shù)說明,高溫?zé)峁軗Q熱器到達(dá)的*些性能指標(biāo),是其他類型熱風(fēng)發(fā)生器所達(dá)不到的,因而在*些特定工況條件下的應(yīng)用也是無法取代的:1.向各類枯燥設(shè)備(噴霧于燥、沸騰枯燥、氣流枯燥、隧道枯燥及鏈板式枯燥等)提供清潔的高溫?zé)犸L(fēng)。2.向氣流焙爐提供800℃以上的高溫?zé)犸L(fēng),3.向各類燃燒器提供助燃熱風(fēng),改善燃燒狀況,提高燃燒效率,節(jié)約燃料。據(jù)資料介紹,用普通換熱器將助燃風(fēng)加熱到300~400‘C可節(jié)燃料15%~25%,用高溫?fù)Q熱器可節(jié)約燃料40%以上。4.回收利用六大耗能工業(yè)(冶金、化工、煉油、玻璃、水泥及陶瓷)的高溫余熱,使這些領(lǐng)域的能源利用率到達(dá)一個新的水平。由以上可以預(yù)見,高溫?zé)峁軣犸L(fēng)發(fā)生器將具有廣闊的推廣應(yīng)用前景,對工業(yè)生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)的開展產(chǎn)生重大的影響。七．化工設(shè)計(jì)心得經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我們不難發(fā)現(xiàn)化工設(shè)計(jì)涵蓋了很多內(nèi)容，是整個工程設(shè)計(jì)的龍頭。如果我們是工程經(jīng)理，拿到一個工程后，物料衡算，熱量衡算，時間平衡等是必須清楚的。尤其的熱量衡算(也包括反響熱的計(jì)算)，如果反響熱不會計(jì)算，那是很可怕；其次，要懂控制方案，是比值控制、串級控制還是前饋控制等要很清楚；還有，要懂設(shè)備，懂設(shè)備選型、材質(zhì)，加工特點(diǎn)，動設(shè)備，靜設(shè)備。"1"首先要有扎實(shí)的根底知識，沒有，那就趕快補(bǔ)；多去現(xiàn)場；多去其他廠家參觀；多和同行交流；最后一點(diǎn)就是要刻苦，多學(xué)。"2"