化工原理课程设计(换热器)

1设计题目：换热器的设计学院化学化工学院班级化工**姓名张子健学号000000000指导教师：***日期：2010.9.122列管式换热器设计任务书一设计题目：煤油冷却器的设计(3组：21-)二设计任务及操作条件1．处理能力：18万吨/年煤油2．设备形式：列管式换热器3．操作条件（1）煤油：入口温度110℃，出口温度35℃（2）冷却介质：自来水，入口温度25℃，出口温度40℃（3）允许压强降：不大于100kPa（4）煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃)（5）每年按330天计，每天24小时连续运行三选择适宜的列管式换热器并进行核算3.1传热计算3.2管、壳程流体阻力计算3.3管板厚度计算3.4U形膨胀节计算3.5管束振动3.6管壳式换热器零部件结构3目录1.概述..............................................................................................错误!未定义书签。2.设计标准......................................................................................错误!未定义书签。3.方案设计和拟订..........................................................................错误!未定义书签。4.设计计算.....................................................................................................................94.1确定设计方案...................................................................错误!未定义书签。4.1.1选择换热器的类型.................................................错误!未定义书签。4.1.2流动空间及流速的测定.........................................错误!未定义书签。4.2确定物性数据....................................................................错误!未定义书签。4.3计算总传热系数................................................................错误!未定义书签。4.3.1热流量.....................................................................错误!未定义书签。4.3.2平均传热温差.........................................................错误!未定义书签。4.3.3冷却水用量.............................................................错误!未定义书签。4.3.4总传热系数K........................................................错误!未定义书签。4.4计算传热面积....................................................................错误!未定义书签。4.5工艺结构尺寸....................................................................错误!未定义书签。4.5.1管径和管内流速.....................................................错误!未定义书签。4.5.2管程数和传热管数.................................................错误!未定义书签。4.5.3平均传热温差校正及壳程数..................................错误!未定义书签。4.5.4传热管排列和分程方法.........................................错误!未定义书签。4.5.5壳体内径.................................................................错误!未定义书签。4.5.6折流板.....................................................................错误!未定义书签。4.5.7接管.........................................................................错误!未定义书签。4.6换热器核算.......................................................................错误!未定义书签。4.6.1热量核算.................................................................错误!未定义书签。4.6.1.1壳程对流传热系数.......................................错误!未定义书签。4.6.1.2管程对流传热系数.......................................错误!未定义书签。4.6.1.3传热系数K..................................................错误!未定义书签。4.6.1.4传热面积S..................................................错误!未定义书签。4.6.2换热器内流体的流动阻力.....................................错误!未定义书签。4.6.2.1管程流动阻力...............................................错误!未定义书签。4.6.2.2壳程阻力.......................................................错误!未定义书签。4.6.2.3换热器主要结构尺寸和计算结果.............错误!未定义书签。5.设计小结......................................................................................错误!未定义书签。6.参考文献...................................................................................................................227.附图表........................................................................................错误!未定义书签。38.符号说明....................................................................................错误!未定义书签。541.概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。列管式换热器有以下几种：1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。2、U形管式U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的5两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。3、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。62.设计标准（1）JB1145-73《列管式固定管板热交换器》（2）JB1146-73《立式热虹吸式重沸器》（3）中华人民共和国国家标准.GB151-89《钢制管壳式换热器》.国家技术监督局发布，1989（4）《钢制石油化工压力容器设计规定》（5）JBT4715-1992《固定管板式换热器型式与基本参数》（6）HGT20701.8-2000《容器、换热器专业设备简图设计规定》（7）HG20519-92《全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》（8）中华人民共和国国家标准JB4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》（9）中华人民共和国国家标准JB4710-92《钢制塔式容器》（10）中华人民共和国国家标准GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》3.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷流体走管程，热流体走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特7点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。根据以下原则：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。(2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因