换热器课程设计Word文件下载.docx
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姚刚
【
设计地点成贤院315
设计时间:
2013年09月02日至2013年09月12日
完成时间:
2013年09月12日
前言…………………………………………………………………………………………3
`
1.管壳换热器的设计书……………………………………………………………………6
2.设计方案的确定…………………………………………………………………………6
.管壳换热器的型式…………………………………………………………………6
.流程的选择…………………………………………………………………………6
3.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式……………………………6
.定性温度……………………………………………………………………………7
.物性参数……………………………………………………………………………7
4.换热器的工艺计算…………………………………………………………………………7
*
.估算总传热系数………………………………………………………………………7
热流量…………………………………………………………………………7
平均传热温差…………………………………………………………………7
冷却剂水用量………………………………………………………………8
选取K值,估算总传热系数………………………………………………8
估算传热面积…………………………………………………………………………8
5.换热器的工艺结构尺寸设计………………………………………………………………8
6..管径和管内流速………………………………………………………………………8
)
.管程数和传热管数……………………………………………………………………8
.传热管排列和分程方法………………………………………………………………8
.计算平均传热温差……………………………………………………………………9
.壳体内径………………………………………………………………………………9
.折流板…………………………………………………………………………………9
.计算壳程流通面积及流速……………………………………………………………9
.计算管程流通面积及流速…………………………………………………………10
6.换热器核算…………………………………………………………………………………10
(
传热系数的校核………………………………………………………………………10
传热面积………………………………………………………………………10
核算总传热系数…………………………………………………………………11
污垢热阻…………………………………………………………………………11
对流传热系数……………………………………………………………………11
壳体对流传热系数………………………………………………………………11
.6.传热面积…………………………………………………………………………11
.换热器内流体的流动阻力………………………………………………………………12
…
管程流动阻力……………………………………………………………………12
壳程流动阻力……………………………………………………………………12
7.换热器的主要结构尺寸和计算结果…………………………………………………………13
8.在ChemCAD中的结果……………………………………………………………………………14
9.附图……………………………………………………………………………………………15
10.总结……………………………………………………………………………………………17
11.参考文献………………………………………………………………………………………17
,
前言
换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。
在化工厂,换热器的费用约占总费用的10%~20%,在炼油厂约占总费用35%~40%。
换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。
因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型按传热方式的不同可分为:
混合式、蓄热式和间壁式。
其中间壁式换热器应用最广泛,如表2-1所示。
表2-1传热器的结构分类
类型
特点
间
壁
:
式
管
壳
{
列
/
固定管式
刚性结构
用于管壳温差较小的情况(一般≤50℃),管间不能清洗
!
带膨胀节
有一定的温度补偿能力,壳程只能承受低压力
浮头式
管内外均能承受高压,可用于高温高压场合
U型管式
管内外均能承受高压,管内清洗及检修困难
填料函式
外填料函
管间容易泄露,不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质
内填料函
密封性能差,只能用于压差较小的场合
釜式
壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮
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双套管式
结构比较复杂,主要用于高温高压场合和固定床反应器中
套管式
能逆流操作,用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器
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螺旋管式
沉浸式
用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式
只用于管内流体的冷却或冷凝
板面式
板式
拆洗方便,传热面能调整,主要用于粘性较大的液体间换热
螺旋板式
可进行严格的逆流操作,有自洁的作用,可用做回收低温热能
伞板式
结构紧凑,拆洗方便,通道较小、易堵,要求流体干净
板壳式
板束类似于管束,可抽出清洗检修,压力不能太高
|
混合式
适用于允许换热流体之间直接接触
蓄热式
换热过程分阶段交替进行,适用于从高温炉气中回收热能的场合
1.管壳式换热器
管壳式换热器又称列管式换热器,是一种通用的标准换热设备,它具有结构简单,坚固耐用,造价低廉,用材广泛,清洗方便,适应性强等优点,应用最为广泛。
管壳式换热器根据结构特点分为以下几种:
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(1)固定管板式换热器
固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起,这类换热器结构简单,价格低廉,但管外清洗困难,宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。
带有膨胀节的固定管板式换热器,其膨胀节的弹性变形可减小温差应力,这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。
(2)浮头式换热器
浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接,该端被称为浮头,管束连同浮头可以自由伸缩,而与外壳的膨胀无关。
浮头式换热器的管束可以拉出,便于清洗和检修,适用于两流体温差较大的各种物料的换热,应用极为普遍,但结构复杂,造价高。
(3)填料涵式换热器
填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀,与浮头式换热器相比,结构简单,造价低,但壳程流体有外漏的可能性,因此壳程不能处理易燃,易爆的流体。
2.蛇管式换热器
蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单,操作最方便的一种换热设备,通常按照换热方式不同,将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。
3.套管式换热器
套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管,其内管用U型时管顺次连接,外管与外管互相连接而成,其优点是结构简单,能耐高压,传热面积可根据需要增减,适当地选择管内、外径,可使流体的流速增大,两种流体呈逆流流动,有利于传热。
此换热器适用于高温,高压及小流量流体间的换热。
1平盖2平盖管箱(部件)3接管法兰4管箱法兰5固定管板6壳体法兰7防冲板8仪表接口9加强圈10壳体(部件)11折流板12旁路挡板13拉杆14定距管15支持板16双头螺柱或螺栓17螺母18外头盖垫片19外头盖侧法兰20外头盖法兰21吊耳22放气口23凸形封头24浮头法兰25浮头垫片26球冠形封头27浮动管板28浮头盖(部件)29外头盖(部件)30排液口31钩圈32接管33活动鞍座(部件)34换热管35挡管36管束(部件)37固定鞍座(部件)38滑道39管箱垫片40管箱圆筒(短节)41封头管箱(部件)42分程隔板
换热器材质的选择
在进行换热器设计时,换热器各种零、部件的材料,应根据设备的操作压力、操作温度。
流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。
当然,最后还要考虑材料的经济合理性。
一般为了满足设备的操作压力和操作温度,即从设备的强度或刚度的角度来考虑,是比较容易达到的,但材料的耐腐蚀性能,有时往往成为一个复杂的问题。
在这方面考虑不周,选材不妥,不仅会影响换热器的使用寿命,而且也大大提高设备的成本。
至于材料的制造工艺性能,是与换热器的具体结构有着密切关系。
一般换热器常用的材料,有碳钢和不锈钢。
(1)碳钢
价格低,强度较高,对碱性介质的化学腐蚀比较稳定,很容易被酸腐蚀,在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。
(2)不锈钢
(3)奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表,它是标准的18-8奥氏体不锈钢,有稳定的奥氏体组织,具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。
正三角形排列结构紧凑;
正方形排列便于机械清洗;
同心圆排列用于小壳径换热器,外圆管布管均匀,结构更为紧凑。
我国换热器系列中,固定管板式多采用正三角形排列;
浮头式则以正方形错列排列居多,也有正三角形排列。
我国换热器系列中,固定管板式多采正三角形排列;
1.化工原理课程设计任务书
设计题目:
水冷却氯苯换热器的设计
设计任务书:
操作条件:
①氯苯:
入口温度120℃,出口温度21℃
②冷却介质:
河水,入口温度20℃
③允许压强降:
不大于100KPa
④每年按330天计,每天24小时连续运作
处理能力:
41万吨/年
设备型式:
管壳式换热器
设计要求:
1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程
:
2.管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计
3.设计结果概要或设计结果一览表
4.设备简图(要求按比例画出主要结构及尺寸)
5.对本设计的评述及有关问题的讨论
2.设计方案的确定
.管壳换热器的型式:
用河水做冷却剂时,出口温度不宜超过40度,选定出口温度为30度。
两流体温的变化情况:
热流体进口温度120℃,出口温度21℃;
冷流体进口温度20℃,出口温度为30℃,该换热器用循环河水冷却,冬季操作时,其进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,两侧的温差比较大。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
故因此初步确定选用列管式换热器。
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流程的选择:
从两物流的操作压力看,应使氯苯走管程,循环冷却水走壳程。
但由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,所以从总体考虑,应使循环水走管程,氯苯走