循环水冷却器的设计.doc
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1、化工课程设计说明书 目录1设计任务书11.1设计题目:循环水冷却器的设计11.2设计日任务及操作条件11.3厂址:齐齐哈尔地区12设计摘要 23主要物性参数表 34工艺计算 4 4.1确定设计方案 4 4.2核算总传热系数 8 4.3核算压强降115设备参数的计算 15 5.1确定换热器的代号15 5.2计算壳体内径D15 5.3管根数及排列要求16 5.4计算换热器壳体的壁厚16 5.5选择换热器的封头17 5.6选择容器法兰19 5.7选择管法兰和接管21 5.8选择管箱22 5.9折流挡板的设计23 5.10支座选用 23 5.11拉杆的选用和设置 24 5.12垫片的使用 267总结评
2、述 278参考文献 289主要符号说明 2910附表301设计任务书1.1设计题目:循环水冷却器的设计1.2设计任务及操作条件1.2.1、设计任务处理能力:70000kg/h设备型式:列管式换热器1.2.2、操作条件循环水:入口温度60,出口温度45冷却介质水:入口温度15,出口温度40管程和壳程的压强不大于1.6MPa换热器的热损失5%1.1、 厂址: 2设计摘要在国内外的化工生产工程中,列管式换热器在目前所用的换热器中应用极为广泛由于它具有结构牢固,易于制造,生产成本较低等特点。管壳式换热器作为一种传统的标准换热器,在许多部门中都被大量使用。其结构由许多管子所组成的管束,并把这些管束固定在
3、管板上,热管板和外壳连接在一起。为了增加流体在管外的流速,以改善它的给热情况在筒体内安装了多块挡板。我们的进行作业时列管换热器的设计,根据所给的任务,进行综合考虑。首先确定流体流径。我们选择冷却水通入管内,儿循环水通过入管间。其次,我们确定两流体的定性温度,由于温度引起的热效应不大,可以选择固定管板式换热器。根据初算的总传热系数和热负荷,以及换热器的换热面积,换热器的根数和长度,来确定管程数。并查阅相关资料。初步工作完成之后,对设备的各种参数校核,包括换热器壳体,封头,管箱,管板,法兰的选用等等,接着进行一系列的检查。选择这些附件,不仅要与所选换热很好的匹配,而且要兼顾经济的要求,让换热器既造
4、价低廉又坚固耐用,以达到即经济又实惠的效果。主要物性参数表在定性温度下:t定冷=(10+35)/2=22.5 t定循=(55+40)/2=47.5表3-1物性参数表物性壳程(循环水)管程(冷却水)符号数据符号数据密度/m2987.05996.74比热容kJ/(kgCp14.176Cp14.178粘度Pas154910-62886.30导热系数w/m650.7910-3610.510进口温度T155t210出口温度T240t2354工艺计算4.1确定设计方案 4.1.1 选择换热器的类型 (1)两种流体的变化情况: 热流体(循环水)进口温度55,出口温度40; 冷流体(冷却水)进口温度10,出口
5、温度35;冷水定性温度:t定冷=(10+35)/2=22.5 循环水定性温度:t定循=(55+40)/2=47.5 由于两流体温差小于50,不必考虑热补偿。因此初步确定选择用固定管板式换热器。 (2)流程安排 由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器,应使循环水走壳程,以便于排除冷却水。4.1.2计算热负荷和冷却水流量 (1)热负荷的计算 Qh=mhcpht1 =(74000/3600) 4180.5(55-40) =1.289106w 热负荷 Qh=Qh-Q1 =(1-5%)Qh =0.951.289106w =1022455106w(2)冷却水流量的计算Q=0.95mhcph(T1-T2) =
6、mhcph(t1-t2)所以mc=0.95700004.805(55-40)/36004.181(35-10) =11.72/s4.1.3计算两流体的平均温差,确定管程数 (1)平均传热温差 tm=t1-t2/ln(t1-t2)(按逆流计算) 其中:t1=55-35=10;t2=40-10=30tm=25 P=t2-t1/T1-t1=0.56 R=T1-T2/t1-t2=0.6由P、R值查阅化工原理(天津大学出版社)(上册)图4-19,可得:t=0.88,则有tm=0.8825=22(2)确定管程数由于t=0.880.8,故此换热器应选用双壳程4.1.4工艺结构尺寸(1)初选换热器的规格 假设
7、K=900 W/(m) 则估算的传热面积为: A=Q/Ktm=61.85(2)管径和管内流速 选用252.5的碳钢传热器 取管内流速为ui=0.5m/s (3)估算管程数和传热管数V=ns3.14/4di2ui 由4.1.2可知:冷却水用量=11.08kg/s则 Mc/ c=0.0111m3/sNs=0.111/3.14/4(0.02)20.5=75根根据列管式换热器传统标准,此数据可选取按单程算,所需的单程热管长度 L=A/3.14dins=13.7m 取传热管长l=6m 则该传热管的管程数为 Np=L/l=2 传热总根数NT=Npns=275=150根实际传热面积So=N3.14d(1-0
8、.1)=77.81则要求过程的总传热系数为 Ko=Q/Sotm=715.3w/() 该换热器的基本结构参数如下:表4-1换热器的基本结构参数公称直径:500m工程压强:1.6MPa总管数:NT=168根管间距:t=32mm管数:84管程数:m=2管长:6.0m工程面积:80管子排列方式:正三角形排列4.2 核算总传热系数4.2.1 管程对流传热系数普兰特准数:4.2.2 壳程传热系数取换热器管心距t=32 mm壳程流通截面积为:其中:h-折流板间距。取为150。D-壳体公称直径,取为150d-管子外径,可取25t-中心距,可取32。壳程流体流速:当量直径按三角形排列有:,当量直径:普兰特准数:
9、用壳方流体的对流传热系数的关联式计算带入数据得:4.2.3 计算总传热系数其中:壳程管程对流传热系统w/换热管外径内径和内外径的平均值mm管内侧外侧污垢热阻/w;b换热器壁厚,取 0.0025m碳钢的导热系数,取45 w/管壁热阻碳钢在该条件下=45 w/ 计算安全系数核算表明该换热器可以完成任务。4.3 核算压强降4.3.1 管程流体阻力 (1)对于P1的计算:管程流通截 由此可知 设管壁粗糙度=0.037代入计算式P1=0.037(2)对于的计算(3)对于的计算则:由此可知,管程流通阻力在允许范围之内。4.3.2 壳程压强降校核 其中: Fs是壳程压强降届后校正因数,液体取1.15;Ns是
10、壳程数,为1(1)对于 的计算由于换热器列管呈三角形排列F=0.5取折流板间距为300mm;块壳程的流通面积可见500故可应用下式计算 (2)对于 的计算 (3)对于 的计算计算表明: 管程压强降为3487.32,小于压强1.6壳程压强降为34270.6,亦小于设计压1.6;综上可知,管程和壳程压强降均能满足题设要求5 设备参数的计算5.1 确定换热器的代号5.1.1 换热器的代号所选换热器的代号为 5.1.2 确定方法此代号根据工艺计算反列管式固定管板式换热器系列标准对G系列列管式固定管板换热器的规定。查化学化工出版杜化工工艺设计手册(上)第120页表3-10列管式固定管板换热器标准图号和设
11、备型号得到壳体内径Di,公称压强,管根数及排列要求而确定。5.2 计算壳体内径Di 公式:其中:管中心距, m对横过管束中心线的管线,用计算管束中心线上2管的中心到壳体内辟的距离,取计算:5.3 管根数及排列要求(1)换热器采用的无缝钢管,材质选用可焊接性好的10号钢,管长6m ,共168根管。(2)排列方式及管中心距的确定1)可该换热器列管采用三角排列2)管子与管板采用焊接,故可取 5.4 计算换热器壳的壁厚5.4.1选适宜的壳体材料根据化工设备手册-材料与部件(上海)第102页压力容器用碳素碳及普通低合金厚板钢,换热器公称压强为选用钢板。5.4.2 该钢板的主要工艺参数性能加工工艺性能好,
12、可冷卷,气割下料开坡口,炭弧气刨挑焊根开坡口。冷冲压力热冲压性能好,使用温度,可以作中低压设备,所以简体材质选用钢板,钢板标准。5.4.3 壁厚的计算(1) 公式: 其中:钢板在不考虑加工裕量时的厚度,mm;计算厚度,mm;钢板负偏差,mm;腐蚀裕量,mm;圆整值。式中为设计厚度,可用下式计算:其中:Pc设计压力,取;Di壳体内径,mm;设计温度下材料的许用应力,;焊缝系数。(2) 查算:依据化工设备机械基础(华东理工大学出版社)表14-3,钢制压力容器中使用的钢板许用应力可得=113,依表14-4焊缝系数可得=0.85,依表14-6腐蚀裕量可得=2mm。依化工设备机械基础(华东理工大学出版社
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