很用心做的换热器课程设计Word文件下载.docx

1、入口温度 80.1 出口温度 40 （2）冷却介质：循环水入口温度 25 出口温度 35 （3）允许压降：管程不大于30kPa 壳程不大于30kPa三、设计内容（1）、概述管壳式换热器的优点管壳式换热器的类型及工作原理（2）.设计参数苯的定性温度：，该温度下的物性如下：质量流量Ws1=1500t/day相对分子质量Mr=78密度1=836.6kg/m3粘度=0.38110-3Pa.s导热系数1=0.132W/（m.K）比热容Cph=1.828kJ/（kg.K）进口温度T1=80.1出口温度T2=40允许压强降 p=30kpa 水的定性温度：2=995.7kg/m32=0.8002=0.6176

2、W/（m.K）Cpc=4.174kJ/（kg.K）t1=25t2=35（3）、根据任务要求，确定设计方案（1）类型的选择。根据流体压强，管壁与壳壁温差及其污垢的清洗等多个方面考虑，采用固定管板式换热器。因为固定板式换热器具有结构简单和造价低廉等优点。虽然它仅适用于壳程流体压强小于0.6Mpa，管、壳程壁温差小于70，且管间只能通过清洁流体的场合。但针对本任务，管程和壳程都不大于30Kpa，用水冷却（水走壳程）满足管间通过清洁流体。 （2）流动路径的选择。满足以下主要考虑：A：对于固定关板式换热器，将易结垢的流体排走管程，而冷却水为处理过的软水，结垢不严重，安排走管间（即壳程）B：由于变换气被冷

3、却且要求压力降不允许超过30kpa，且考虑到具有腐蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时收到腐蚀节约耐腐蚀材料，降低成本，因此安排有腐蚀性的苯走管程。（苯对一些塑料有一定腐蚀性，特别在高温的时候，塑料会被苯溶解；苯对一些无机材质，如金属，陶瓷等，基本没有腐蚀性）C：虽然笨为被冷却的流体宜走壳程，但因为有毒流体宜走管程，减少泄露的机会。因此综合考虑还是安排有毒性的苯走管程。综合结论：苯走管程，冷却水走壳程。 （3）流速的选择：根据换热器中常用的流体的流速范围，苯这类有一定粘度的流体，流速一般在0.5m/s-1.5m/s之间，所以苯在管内的流速取ui=0.68m/s（4）换热器型号：BEM800-

4、0.6-138.16-4.5/25-4-I（4）、初算换热器的传热面积So（1）热负荷及冷却介质消耗量的计算标准状况下变换气的质量流量Ws1=1500t/day=62500kg/h热负荷 Q=WhCph（T1-T2）=625001.828（80.1-40）=4581425kJ/h=1272.618KW冷却水的消耗量 Ws2=109761kg/h（2）计算平均温度差tm，并确定管程数。选取逆流流向（逆流传热系数大，传热效果好，广泛应用于一般冷却），先按单壳程单管程考虑，计算出平均温度差tm：tm=27.3此温度差按照全逆流计算，但流体在关内并非完全逆流，因此需要进行温度校正。有关参数: R=4.

5、01 ，P=0.18根据R,P值，查化工原理上册P233图4-19可读得，温度校正系数w=0.870.8，可见用单壳程合适，因此平均温度差 tm=tm0.87=23.79（3）按经验数值初选总传热系数Ko（估），选取Ko（估）=430W/（m2.K）（4）所需传热面积So：So=123.0m2（5）、主要工艺及结构基本参数的计算选用25mm2.5mm钢管。5.2换热管数量及长度的确定 管数 n=98根 总管数目392 管长 l=15.99m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m6m（若大于6m下面算得的实际Ko会不对），Np =3.71 选用四管程。管子的排列方式，采用正三角形排列（三角形比

6、较好算，而且传热系数比较大，相同面积可布的管多）；管子与管板的连接，采用焊接法。5.4计算外壳内直径Di由于管中心距: t=1.25do=1.2525=32mm,横过管束中心线的管数 nc=1.1=21.78 取整nc=22根,管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 b=1.5do=1.50.025=0.038mDi=t（nc-1）+2b=0.032（22-1）+20.038=0.748m,按壳体直径标准系列尺寸圆整，取D=800mm。因为L/D=5.625，管长径比在425之间，合适。根据壳体直径Di、管中心距t、横过管束中心线的管数nc及其排列方式，绘出排管图。由排管图得出，中心有22

7、根管道时，按照正三角形排列，可排352根，每边各加13根，总共可以排列394根，（正三角形排列，管数理论管数值，传热面积不够，因此要在边上加13根）除去4根拉杆，总共可以排出390，与上述计算相差不大，所以实际管子数目为n=390根。5.6计算实际传热面积So及过程的总传热系数Ko（选）So=Ndo（L-0.1）=3793.140.025（4.5-0.1）=124.41m2Ko（选）= =390.63W/（m2.K）选取折流板与壳体间的间隙为3.5mm，（选择原因：折流板尽量选取与壳板间隙较小的，因为间隙太大会达不到折流效果）因此，折流板直径 Dc=793mm切去弓形高度 h=0.25D=20

8、0mm折流板数量 NB=-1取折流板间距ho=600mm，那么 NB=-1=8.78取整得NB=9块实际折流板间距 h=440mm选用12mm钢拉杆，数量6条。定距管采用25mm由于 50，故无需考虑设置温度补偿圈。外壳直径： Di=800mm换热面积： So=138.16mm换热管数量： N=388根管长： L=4500mm管子规格： 25mm2.5mm（钢管）管中心距： t=32mm管子排列方式： 正三角形管程数：壳程数：折流板数量： NB=9块折流板间距： h=440mm拉杆数量： 4根拉杆直径： 12mm定距管： 与换热管相同规格通过管板中心的管子数： nc=22根（6）、换热器主要构

9、件尺寸与接管尺寸的确定换热器主要构件有封头、筒体法兰、管板、筒体、折流板、支座。主要接管有：流体进出口接管，排液管等。（1）筒体壁厚的确定选取设计压力p=0.6MPa，壳体材料为Q235，查的相应的许用应力；焊接系数（单面焊），腐蚀裕度，所以根据钢板厚度标准，取厚度为12mm，即=12mm（2）封头、筒体法兰、管板、支座选取标准件。根据壳体的直径为800mm，封头选择公称直径为800mm的标准封头，参数如下：曲面高度为200mm，直边高度为25mm，厚度为6mm，质量36kg，具体参照JB/T4729-94根据壳体的直径为800mm，筒体法兰选择公称直径800mm的甲型平焊法兰，D为930mm

10、，D1为890mm，厚度40mm，质量50.33kg具体可以参照TB4702-92管板采用公称直径为800mm的管板，D为930mm，D1为890mm，D2为790mm，D3为793mm，厚度32mm，螺栓孔数目32。支座选择公称直径为800mm的鞍式支座，高度200mm，质量35kg，具体尺寸参考JB/T4712-92（3）流体进、出口接管直径计算。苯进出口接管d1,苯的流速一般在0.5-1.5m/s之间，取u1=1.5m/s那么d1=0.1328m经圆整采用热轧无缝钢管（GB8163-87）实际苯的进出口管内流速为 u1=1.806m/s水的流速可以在1-3m/s之间，进出口接管d2,取u

11、2=2m/s，那么d2=0.1397m 热轧无缝钢管（GB8163-87）实际水流速u2=2.381m/s（7）、管、壳程压强降的校验（1）管程压强降：pi=（p1+p2）FtNsNp据上述结果可知：管程数Np=4，串联壳程数Ns=1，对于25mm2.5mm的换热管，结构校正系数为Ft=1.4。流体流经直管段的压力降为:p1=（+e+c）=（+1.5）由于 Gi=144.74 Rei=29616.03取=0.2mm,那么/di=0.2/20=0.01,可查得=0.035，故p1=1419.65 N/m2流体流经回弯管的压力降为p2=3（）=570.71N/m2所以pi=11146.0 N/m2

12、 500 f=0.664p1=2819.25 N/m p2=2993.48 N/ mNs=1（单壳程） Fs=1.15（液体）所以p=6684.64N/m2 30kpa，壳程压强降满足题给要求。（8）、总传热系数的校验总传热系数由下式计算： =+R+其中，管内变换气的传热系数的计算=0.023R=944.48 W/（ m.K）管间水的传热系数o的计算 o=0.36由于水被加热，取粘度校正系数w=1.05=2641.41W/（ m取水侧与苯侧污垢热阻分别为0.2610-3（m2K/W）、1.719710 （ m2K）/W，查得钢管导热系数=51 W/（ mK），故 =2.24 m2K/WKo（计

13、）=446.08 W/（ mK），所以， 一般Ko（计）/ Ko（选）应在1.151.25之间。本设计的换热器可适用。（9）、换热器主要结构尺寸和计算结果工艺参数换热器型式固定管板式换热器面积（）138.16名称管程壳程物料名称苯循环水操作压力，N/18114.666926操作温度，60.0530流量，kg/h62500109761.02流体密度，kg/m3836.6995.7流速，m/s0.680.44对流传热系数，w/k944.482641.41污垢系数，k/w0.00260.000172程数41使用材料碳钢传热量，kw1272.62总传热系数，w/446.68管子规格=25mmX2.5m

14、m管长，mm4500管间距，mm25正三角形折流挡板型式上下间距，mm440切口高度25%壳体内径，mm800传热面积138.16m2项目数据壳径D（DN）800mm管尺寸 25mmX2.5mm管程数Np（N）管长l（L）4.5m管数n390管排列方式正三角形排列中心排管数nc22管心距25mm（十）、设计评述图纸设计方面，基本上都用了所算得的符合要求的参数按图纸比例作图，并结合本小组的实际设计任务，画出列管式换热器工程图。（即设计结果是怎样就怎样，相对于常用化工单元设备设计书上的有所改动,非照搬。）另外，本设计还把图上把该放大的放大，该剖面的剖面。虽然由于图纸不够大，设计图省略了一个折流板（

15、图上以断开表示省略）。总的来说，基本符合设计图纸标准。在理论运算设计方面，在参考了一大堆资料和文献的基础上，本设计有了雄厚的理论知识背景，加上设计全过程遵循设计标准，因此设计成品大体符合要求，令人满意。首先，本设计采用固定管板式换热器，其具有结构简单和造价低廉等优点。其次，虽然设计的管程数为四，比起二管程、单管程，其流动阻力加大，增加动力费用；但同时多程会使平均温度差下降，减少传热动力。多管程隔板使管板上可利用的面积减少，而且四管程所需的管长及筒体长度较少，节省了制作材料的成本和放置的空间，保证了一定的传热系数。再者，在找管程壳程安排上，水走壳程，苯作为热流体走管程，符合一般流动路径的选取原则

16、。另外，冷却剂选用水，其来源广、价格便宜，而且水的比热比较大，很适合作为传热介质，符合经济要求。总的来说，该设计从工艺方面来说比较合理，从经济方面来说，只是所需动力费较其他管程多点，其他的还算节省，所以总体设计合理。结束语第一次进行的课程设计给我留下了太多记忆深刻的东西，学到了很多课本上学不到的知识。设计过程真的有很多感慨，恨不得都把它们记录下来，下面就小抒几点，作为报告的体会：第一，我们的设计任务“列管式换热器”还是上学期所学的知识，想要设计出高效合理的换热器，我得从新把上学期的知识温故，并且查阅更多的文献和资料，力求对理论有透彻的理解。而在温故而知新得到过程中，我就像海绵吸水一样吸取着换热

17、器方面的知识，开阔设计性的思维。第二，在温故知新的学习过程，列管式换热器的设计蓝图已经在我脑海中浮现，剩下的就是把蓝图变为实物的工作，一次我一下子就有了逾理论于实践的激情。因此，这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，还培养了我分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。第三，化工原理的课程设计和化工原理的理论课完全不一样，老师只是给出了任务，并没有具体的操作方法和更多详尽的介绍。这才能真正地让我们锻炼到独立思考。相反有时候觉得化工原理实验每个步骤都告诉我们该怎么做，对设计思维的锻炼就稍微欠缺。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一

18、个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。第四，计过程中由于参数的可选定范围太大，而且有多个参数可以自由设定，而且往往算到最后才知道所设定的参数不符合条件，一切又要从新来过，因此很多同学都为之而抓狂，我也不例外。但正是由于设计具有这样的难度，才更赋予我们挑战性，而当设计成功时所获得的成就感也才更无与伦比，以至到此时我还在怀念那种苦尽甘来的喜悦。挑战和挫折往往磨砺我们的耐性和韧劲，更甚者迫使我们的潜能爆发，具体到本次设计表现为：若不是用计算器算到抓狂都得不到合适参数，我们也不会想到用excel处理。用excel不但可以避免认为的计算错误，还高效准确，即使重新设定参数再重头算一遍，也不至于让

19、人抓狂。我们都为能想到用excel处理数据而自豪。第五，在本次课程学习中我真的学到很多知识，而且设计气氛自由，我可以在设计过程中验证了自己的一些猜想，开始感觉自己有点科学家精神了！如果真的拿出了自己的全部精力去对待，就一定可以得到想要的结果！最后，毕竟设计最终要以生产为实现。就以本设计所得出的一些结论在生产上的应用作为结束吧：从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为水的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K。因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大。通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要。参考文献1.常用化工单元设备设计,李功祥,陈兰英,崔英德.广州：华南理工大学出版社,2009.8；2.化工原理上册修订版,夏清,陈常贵等.天津:天津大学出版社,2005.1；3.画法几何与机械制图第二版,冯开平,左宗义等.广州:华南理工大学出版社,2007.7.4化工数据手册