列管式换热器课程设计

化工原理课程设计-1-化工原理课程设计专业班级小组成员指导老师设计时间化工原理课程设计-2-目录中英文概要----------------------------------------------------------------------(1)课程设计任务书-2---------------------------------------------------------------(2)第一章前言--------------------------------------------------------------------(3)第二章列管式换热器的设计-----------------------------------------------(4)（1）列管式换热器简介----------------------------------------------------(4)（2）设计过程----------------------------------------------------------------(5)附：过程流程图--------------------------------------------------------------(7)第三章正文--------------------------------------------------------------------(8)（1）初选换热器规格-------------------------------------------------------(8)（2）换热器核算-------------------------------------------------------------(10)（3）经济衡算----------------------------------------------------------------(13)（4）换热器工艺结构的确定----------------------------------------------(15)第四章化工原理课程设计小结-------------------------------------------(18)附：换热器主要结构尺寸和计算结果------------------------------------(19)参考文献------------------------------------------------------------------------(20)化工原理课程设计-3-摘要摘要：任务要求设计年处理量为41.2510吨正戊烷的正戊烷冷凝器。首先要通过经验数据和经济衡算确定冷热流体的流型、流速和进出口温度。本设计按照化工原理相关公式进行计算，选定固定管板式换热器，换热面积为41.6,换热管为8管程6m,管径为Φ25×2.5mm共112根管子。经过进一步核算，换热器压降，面积裕度，管壁温度均符合设计要求，。然后通过查阅资料合理计算确定封头、管箱、拉杆、定距管等结构尺寸和选取符合要求的辅助设备（主要是离心泵）。最后画出符合工程语言的设备总装图和带控制点的工艺流程图。关键词：列管式换热器设计计算经济优化Abstract:Theheatexchangeriswildlyusedinchemicalindustry.Todesigntheheatexchangerwhichcools1.25t/asteampentane,weshouldfirstchoosethecuringvelocityandthetemperatureofexportfloat.Weshouldselecttubesheetheatexchanger.Nominaldiameter:450mm,nominalpressure:2.5MPa,thetotaltubes:112.Thepress,theareaandthetemperatureallsuittotheassignmentrequest.Basedonthischosenheaterexchanger,weshalldesignthestructuresandcorrectthem,thendesignpropernozzles,flange,tierod,channel,tubesheet,spacerandsoon.Thefinalresultincludesacraftwork-flow-chart,afacilityfittingdraw,andainstruction.Keyword：Heatinterchangerrowtubulardesigncalculationeconomicoptimization化工原理课程设计-4-化工原理（含化工设备机械基础）课程设计任务书设计题目：列管式换热器的设计设计时间：2010年05月10日至05月28日指导老师：何兵设计任务：年处理12500吨正戊烷的正戊烷冷凝器1.设备型式立式列管式换热器2.操作条件（1）正戊烷：冷凝温度51.7℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；（2）冷却介质：井水，入口温度32℃，出口温度由经济衡算优化；（3）允许压强降：不大于105Pa；（4）每年按330天计算，每天24小时连续运行；（5）设备最大承受压力：P=2.5Mpa;设计报告：1.设计说明书一份2.主体设备总装图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图纸）一张化工原理课程设计-5-第一章前言化工原理课程设计属于化工设计的范畴。它是指将一个系统全部用工程制图的方法，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化为语言的过程。化工设计过程具有政策性强、技术性强、经济性强、综合性强的特点。在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为换热器。在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量。这里所讲的热换热器是以传热为其主要过程（或目的）的设备。在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。在一般化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的40%。随着化工、石化、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。根据热换热器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有：(1)满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失小，在有利得平均温差下工作。(2)要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠。(3)设备紧凑。(4)保证较低的流动阻力，以减小热换热器的动力损失。换热器的类型很多．特点各异，分类方法也不尽相同。若按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。若按其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式利翅片管式等。若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，化工原理课程设计-6-也是应用最普遍的一种换热设备。第二章列管式换热器的设计一、列管式换热器简介列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备，它以其对温度、压力、介质的适应性，耐用性及经济性，在换热设备中始终占有约70%的主导地位。因此列管式换热器的标准化工作为世界各工业发达国家所重视，也为ISO国际标准化组织的所重视。列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板(又称花板)、封头(又称端盖)等部件组成。换热器在圆筒形的筒体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。封头用螺钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，可将封头盖拆除。冷、热流体在列管式换热器内进行换热时，一种流体在管束与壳体的环隙内流动，其行程称为壳程；另一种流体在换热管内流动，其行程称为管程。列管式换热器的种类很多，分类方法各异，目前广泛使用的列管换热器主要以有无效补偿和补偿办法不同来进行分类。因为列管式换热器在使用时，由于冷、热流体温度不同，使大体和管束受热不均，其热膨胀程度不同。如果两者温差大于50摄氏度，就可能使管束弯曲变形，从管板上松脱，甚至整个设备变形、毁坏。所以要从结构上加以改进，以消除或减轻热膨胀的不利影响。这种结构改进方法称为热补偿或温差补偿。按有无这种补偿和不同补偿办法，列管式换热器主要分为以下三类：1.固定管板式换热器固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易走不易结垢和清洁的流体。这种换热器比较适合用于温差不大或温差大但壳程压力不高的场合。2．浮头式换热器在这种换热器中，一端的管板用法兰与外壳连接，另一端的管板不与壳体连接，可相对于壳体作某些移动，并在这块管板上连接一个端盖，称之为浮头。当壳体与管束之间因温度不同而引起不同热膨胀时，管束连同浮头就可以在壳体内沿管轴方向自由伸缩，以消除温差应力。这种结构较复杂，造价也较高，但由于化工原理课程设计-7-管束可整体从壳体中拉出，清洗和检修方便，能适应管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。3．U型管式换热器U形管式列管换热器只有一个管板，管程至少为两程，每根管子都变成U形，两端固定在同一块管板上。这样，每根管于均可以按管长方向自由伸缩，以解决热补偿问题。这种换热器结构简单、质量小，管束可抽出，检修和清洗方便。但管内不易清洗，所以要求管程流体应清洁。另外管板利用率较低，管子更换困难。这种换热器适用于高温和高压场合。4、填料函式换热器此类换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料函式密封。它的管束可自由膨胀，所以管壳之间不会产生热应力，且管程和壳程都能清洗，结构较浮头式简单，造价较低，加工制造方便，材料消耗较少。二、设计过程列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用要求时均需进行这方面的工作。热力设计指根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。流动设计主要计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备，例如泵的选择做准备。结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸，例如管子的长度、直径、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目，等等。在某些情况下还需对换热器的主要零部件，特别是受压部件做应力计算，并校核其强度。这是保证安全生产的前提。列管式换热器的工艺设计主要过程包括以下内容：①根据换热任务和有关要求确定设计方案。②初步确定换热器的结构和尺寸。③核算换热器的传热面积和流体阻力。④经济衡算确定所选换热器的冷流体最优出口温度。（一）设计方案的确定化工原理课程设计-8-1、确定换热器型式；2、管程、壳程流动空间的选择；3、流体流速的选择；4、流体出口温度的选择5、结构参数的选择（二）列管式换热器的结构1、管程结构：①管子在管板上的固定；②确定管子规格和排列方式；③管程分布；2、壳程结构：①壳体内径Di（一般为DN）；接管（尺寸按外径算）；两端封头；②折流挡板（间距一般50的整数倍）；③其他附件:主要考虑拉杆和定距管；（三）列管式换热器的设计计算1、确定型式，管程、壳程流体；2、假定冷流体出口温度，计算定性温度，以确定流体的物性数据；3、计算热负荷Q，并确定第二种换热流体的用量；4、初算有效平均温差mt，一般先按逆流计算，然后在校核；5、由经验数据确定K估，并计算初估传热面积QAKmt估估；6、由初估传热面积确定传热管数和管程数：mos2ui4qnd、oSduL