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1、<p><b> 課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p> 題目名稱: 列管式換熱器設(shè)計(jì) </p><p><b> 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p> 2010-2011 學(xué)年一 學(xué)期 2011 年1 月11 日</p><p> 教研室主任(簽名)
2、 系(部)主任(簽名) 年 月 日</p><p><b> 前言</b></p><p> 換熱器是化學(xué),石油化學(xué)及石油煉制工業(yè)以及其它一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設(shè)備。</p><p> 它不僅可以單獨(dú)作為加熱器,冷凝器使用而且是一些化工單元操作的重要附屬設(shè)備。</p>&
3、lt;p> 因此在化工生產(chǎn)中占有重要的地位。</p><p> 在進(jìn)行換熱時(shí),一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入,在管流動(dòng),從封頭另一端的出口管流出,這稱之管程;另-種流體由殼體的接管進(jìn)入,從殼體上的另一接管處流出,這稱為殼程 。主要的換熱器有:</p><p> 1. 固定管板式換熱器:</p><p> 2. 浮頭式換熱器:</p><
4、;p> 3. U型管式換熱器:</p><p> 4. 填料函式換熱器:</p><p> 本次我的設(shè)計(jì)任務(wù)是選取一臺(tái)合適的換熱器,選取的換熱器僅要滿足工藝和生產(chǎn)要求,雖然說要求不是很高,也沒有一要求具體制作等那些較難的問題,但是我仍然會(huì)以認(rèn)真仔細(xì)的態(tài)度去對(duì)待之這次任務(wù),保證盡我最大的努力去做到最好。</p><p><b> 概述<
5、/b></p><p><b> 換熱器的概述</b></p><p> 列管式換熱器是目前化工上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ,可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí),一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入,在管流動(dòng),從封頭另一端的出口管流出,這稱之管程;另-種流體由殼體的接管進(jìn)入,從殼體上的另一接管
6、處流出,這稱為殼程。</p><p> 列管式換熱器種類很多,目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來分,主要有以下幾種: </p><p> 1. 固定管板式換熱器: </p><p> 這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價(jià)便宜,但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上,管板分別焊在外殼兩端,并在其上連接有頂蓋,頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系
7、列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的,而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此,當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí),由于兩者的熱膨脹不同,產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力,以至管子扭彎或使管子從管板上松脫,甚至毀壞換熱器。 </p><p> 為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置,一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí),為安全起見,換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置(膨脹節(jié))只能用在殼壁與管壁溫差低于60~70℃和殼程流體
8、壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?,就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。。 </p><p> 2. 浮頭式換熱器: </p><p> 換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接,另一塊管板不與外殼連接,以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮,但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋,稱之為“浮頭”,所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨
9、脹不變殼體約束,因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí),不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。</p><p> 3. U型管式換熱器: </p><p> U形管式換熱器,每根管子都彎成U形,兩端固定在同一塊管板上,每根管子皆可自由伸縮,從而解決熱補(bǔ)償問題。管程至少為兩程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難,管子更換困難,管板上排
10、列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,適用于高溫高壓條件。</p><p> 4. 填料函式換熱器: </p><p> 這類換熱器管束一端可以自由膨脹,結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單,造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能,殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。</p><p><b> 設(shè)計(jì)概述</b></p><p
11、> 根據(jù)估算數(shù)據(jù),先選取一比估算面積稍大的換熱器,然后進(jìn)行換熱器換熱面積的校核及管程、殼程的阻力壓降,逐步調(diào)節(jié)折流擋板間距等措施,最終使所選取的換熱器符合要求,同時(shí)要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn),為以后做準(zhǔn)備。</p><p> 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn):恰當(dāng)估算換熱面積;正確選取換熱器的型號(hào);認(rèn)真校核換熱面積及阻力壓降。</p><p><b> 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案</b><
12、;/p><p><b> 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p> 流量為30kg/s的某原油在列管式換熱器殼程流過,從150降到110,將管程的油品從25加熱至60。試選一臺(tái)適當(dāng)型號(hào)的列管式換熱器或設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器,已知定性溫度下的兩流體的物性參數(shù)如下:</p><p><b> 表2-1</b></p>
13、<p> 按規(guī)定的工藝實(shí)際條件,此設(shè)計(jì)為無相變化的熱冷流體見換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)。 </p><p><b> 設(shè)計(jì)方案 </b></p><p> 估算所需要的換熱面積,選取一個(gè)合適的換熱器。</p><p> 校核傳熱面積及管程、殼程的壓力降。</p><p><b> 結(jié)果匯總及評(píng)述
14、。</b></p><p> 符號(hào)說明、參考文獻(xiàn)及附圖。</p><p><b> 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b> 原油物性</b></p><p><b> 進(jìn)口溫
15、度:</b></p><p><b> 出口溫度:</b></p><p><b> 密 度:</b></p><p><b> 定壓熱容:</b></p><p><b> 導(dǎo)熱系數(shù):</b></p><p&
16、gt;<b> 粘 度:</b></p><p><b> 污垢熱阻:</b></p><p><b> 流 量:</b></p><p><b> 油品物性</b></p><p><b> 進(jìn)口溫度:</b>
17、</p><p><b> 出口溫度:</b></p><p><b> 密 度:</b></p><p><b> 定壓熱容:</b></p><p><b> 導(dǎo)熱系數(shù):</b></p><p><b>
18、 粘 度:</b></p><p><b> 污垢熱阻:</b></p><p><b> 計(jì)算熱負(fù)荷</b></p><p> 當(dāng)不記熱損失時(shí)候,換熱器熱負(fù)荷為:</p><p><b> W</b></p><p><
19、;b> 物料衡算</b></p><p><b> 逆流平均溫差計(jì)算</b></p><p> 逆流過程如圖所: </p><p> 初估值 : </p><p><b> 1.14</b></p><p> 初步?jīng)Q定采用單殼程、偶數(shù)
20、管程的換熱器。查表得校正系數(shù)=1.0;因?yàn)?.8,故可行。</p><p><b> 估算傳熱面積</b></p><p> 查表的初步估算傳熱系數(shù)=250W/(),則得</p><p><b> 換熱器的選取</b></p><p> 由于兩流體溫差較大,同時(shí)為了便于清洗,參照附化工原理上
21、冊(cè)附錄中的換熱器系列標(biāo)準(zhǔn),初步選定BES-700-1.6-120-6/25-4I型浮頭式換熱器,有關(guān)數(shù)據(jù)見下表:</p><p> BES-700-1.6-120-6/25-4I</p><p><b> 表3-1</b></p><p> 傳熱面積及壓降的校核</p><p><b> 傳熱系數(shù)計(jì)算&
22、lt;/b></p><p> 管程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p> 、管程流通面積: </p><p><b> 、管程油品流速:</b></p><p> 、雷諾數(shù): </p><p> 、由于管程油品被加熱v,則其對(duì)流傳熱系數(shù):</p>&
23、lt;p> 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p><b> 、擋板的選取</b></p><p> 選取缺口高度為25%的弓形擋板,取折流擋板的間距為300mm,故折流擋板數(shù)目為:NB ,即采用了19個(gè)缺口高度為25%的弓形擋板,間距為300mm。</p><p><b> 、殼程流通面積:</b></
24、p><p><b> 、殼程原油流速:</b></p><p> 、正方形錯(cuò)列當(dāng)量直徑:</p><p><b> 0.027m</b></p><p><b> 、雷諾數(shù):</b></p><p><b> 、普蘭特?cái)?shù):</b&g
25、t;</p><p> 、殼程原油被冷卻,取=0.95,則其對(duì)流傳熱系數(shù): </p><p><b> 壓降核算</b></p><p><b> 管程壓降</b></p><p> 取管壁粗糙度,查圖可得摩擦系數(shù)</p><p><b> 所以,&
26、lt;/b></p><p> 經(jīng)過計(jì)算可知, 均小于100000Pa,則選用的換熱器管程的阻力壓降降符合要求。</p><p><b> 殼程壓降</b></p><p> 經(jīng)過計(jì)算可知, 小于100000Pa,則選用的換熱器殼程的阻力壓降降符合要求。</p><p><b> 總傳熱系數(shù)計(jì)算&
27、lt;/b></p><p><b> 忽略管壁熱阻。</b></p><p><b> 則:</b></p><p><b> 計(jì)算傳熱面積及校核</b></p><p><b> 計(jì)算傳熱面積為:</b></p><p
28、> 所得結(jié)果與原估計(jì)值相近似,由附表查得此換熱器的換熱面積為118.1m2</p><p><b> 計(jì)算面積裕度:</b></p><p> 即此換熱器換熱面積有23%的裕度,符合設(shè)計(jì)的面積要求。 </p><p><b> 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p> 換熱器的參數(shù)及
29、實(shí)際計(jì)算數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤?-1:</p><p><b> 表5-1</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)符號(hào)說明</b></p><p> Q:熱負(fù)荷 :普蘭特常數(shù) :阻力壓降 d:管經(jīng)</p><p> μ :流體粘度
30、 l:管長:流體密度 t:管中心距 λ:流體導(dǎo)熱系數(shù) S: 流體流通面積</p><p> T: 流體溫度 流體雷諾數(shù)</p><p> ?。憾▔簾崛?U: 流體流速</p><p> :對(duì)流傳熱系數(shù) </p>
31、<p> ?。盒U禂?shù) </p><p> ?。耗Σ料禂?shù) </p><p> ?。汗鼙诤穸?</p><p><b> A: 傳熱面積</b></p><p><b> D:外殼直徑</b></p>
32、<p><b> NP:管程數(shù)</b></p><p><b> K:總傳熱系數(shù) </b></p><p><b> 自我評(píng)述</b></p><p> 換熱器的選型設(shè)計(jì)相對(duì)來說要比設(shè)計(jì)簡單些,但也不能輕視,當(dāng)選擇換熱器是應(yīng)當(dāng)慎重選擇以保證以后的校核能夠快速完成!</p&g
33、t;<p> 對(duì)于跟換熱計(jì)算的公式應(yīng)當(dāng)牢記,更應(yīng)當(dāng)熟練應(yīng)用,以便在設(shè)計(jì)中能夠快速并正確的處理數(shù)據(jù),合理計(jì)算。</p><p> 計(jì)算固然重要,但同時(shí)還應(yīng)當(dāng)選擇合理的換熱器,否則將會(huì)帶來不必要的頻繁的計(jì)算,不僅費(fèi)神費(fèi)力,還得不到心儀的結(jié)果。</p><p> 不過選錯(cuò)也是在所難免的,在的不合適時(shí)更應(yīng)當(dāng)耐心些因?yàn)樵O(shè)計(jì)本身就是有著很大的計(jì)算量,如果稍不耐心就容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,而且
34、一錯(cuò)就會(huì)錯(cuò)到底,盡是給自己帶來不必要的麻煩,還是耐心認(rèn)真,爭取盡快完成設(shè)計(jì),同時(shí)也提高了我們的能力。</p><p> 這次的設(shè)計(jì)任務(wù)給我了很大的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),使我不僅對(duì)換熱器有了更深層次的了解也使我更熟悉了Word的功能。</p><p> 最后我要感謝我的指導(dǎo)老師蔡香麗老師,她為我們的設(shè)計(jì)提供了很大的幫助,這對(duì)于我完成設(shè)計(jì)起到了很大作用。</p><p><
35、;b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 1. 陸美娟、張浩琴主編.《化工原理》(上冊(cè),修訂版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2006.4</p><p> 2.黃振仁、魏新利主編.《過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南》.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2002.12</p><p> 3. 婁愛娟、吳志泉主編.《化工設(shè)計(jì)》.上海:華東理工大學(xué)出版社.2002.8
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