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文檔簡介
1、<p><b> 課程設計說明書</b></p><p> 題目名稱: 列管式換熱器設計 </p><p><b> 課程設計任務書</b></p><p> 2010-2011 學年一 學期 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,石油化學及石油煉制工業(yè)以及其它一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設備。</p><p> 它不僅可以單獨作為加熱器,冷凝器使用而且是一些化工單元操作的重要附屬設備。</p>&
3、lt;p> 因此在化工生產中占有重要的地位。</p><p> 在進行換熱時,一種流體由封頭的連結管處進入,在管流動,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> 本次我的設計任務是選取一臺合適的換熱器,選取的換熱器僅要滿足工藝和生產要求,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,但是我仍然會以認真仔細的態(tài)度去對待之這次任務,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 ,可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時,一種流體由封頭的連結管處進入,在管流動,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償結構來分,主要有以下幾種: </p><p> 1. 固定管板式換熱器: </p><p> 這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜,但管外不能機械清洗。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。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的,而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此,當管壁與殼壁溫差較大時,由于兩者的熱膨脹不同,產生了很大的溫差應力,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> 為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置,一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時,為安全起見,換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置(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、壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補償的作用,就應考慮其他結構。。 </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可以自由伸縮,但在這塊管板上連接一個頂蓋,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,因而當兩種換熱器介質的溫差大時,不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫差應力。其缺點為結構復雜,造價高。</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。其缺點是管子內壁清洗困難,管子更換困難,管板上排
10、列的管子少。優(yōu)點是結構簡單,質量輕,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,結構比浮頭式簡單,造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外漏的可能,殼程中不應處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質。</p><p><b> 設計概述</b></p><p
11、> 根據估算數據,先選取一比估算面積稍大的換熱器,然后進行換熱器換熱面積的校核及管程、殼程的阻力壓降,逐步調節(jié)折流擋板間距等措施,最終使所選取的換熱器符合要求,同時要認真總結經驗,為以后做準備。</p><p> 設計中應注意的幾點:恰當估算換熱面積;正確選取換熱器的型號;認真校核換熱面積及阻力壓降。</p><p><b> 設計任務及方案</b><
12、;/p><p><b> 設計任務</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。試選一臺適當型號的列管式換熱器或設計一臺列管式換熱器,已知定性溫度下的兩流體的物性參數如下:</p><p><b> 表2-1</b></p>
13、<p> 按規(guī)定的工藝實際條件,此設計為無相變化的熱冷流體見換熱器的設計任務。 </p><p><b> 設計方案 </b></p><p> 估算所需要的換熱面積,選取一個合適的換熱器。</p><p> 校核傳熱面積及管程、殼程的壓力降。</p><p><b> 結果匯總及評述
14、。</b></p><p> 符號說明、參考文獻及附圖。</p><p><b> 設計計算</b></p><p><b> 設計參數</b></p><p><b> 原油物性</b></p><p><b> 進口溫
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> 導熱系數:</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> 導熱系數:</b></p><p><b>
18、 粘 度:</b></p><p><b> 污垢熱阻:</b></p><p><b> 計算熱負荷</b></p><p> 當不記熱損失時候,換熱器熱負荷為:</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> 初步決定采用單殼程、偶數
20、管程的換熱器。查表得校正系數=1.0;因為0.8,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=250W/(),則得</p><p><b> 換熱器的選取</b></p><p> 由于兩流體溫差較大,同時為了便于清洗,參照附化工原理上
21、冊附錄中的換熱器系列標準,初步選定BES-700-1.6-120-6/25-4I型浮頭式換熱器,有關數據見下表:</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> 傳熱系數計算&
22、lt;/b></p><p> 管程對流傳熱系數計算</p><p> 、管程流通面積: </p><p><b> 、管程油品流速:</b></p><p> 、雷諾數: </p><p> 、由于管程油品被加熱v,則其對流傳熱系數:</p>&
23、lt;p> 殼程對流傳熱系數計算</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,故折流擋板數目為:NB ,即采用了19個缺口高度為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> 、正方形錯列當量直徑:</p><p><b> 0.027m</b></p><p><b> 、雷諾數:</b></p><p><b> 、普蘭特數:</b&g
25、t;</p><p> 、殼程原油被冷卻,取=0.95,則其對流傳熱系數: </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</p><p><b> 所以,&
26、lt;/b></p><p> 經過計算可知, 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> 經過計算可知, 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> 總傳熱系數計算&
27、lt;/b></p><p><b> 忽略管壁熱阻。</b></p><p><b> 則:</b></p><p><b> 計算傳熱面積及校核</b></p><p><b> 計算傳熱面積為:</b></p><p
28、> 所得結果與原估計值相近似,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,符合設計的面積要求。 </p><p><b> 設計結果匯總</b></p><p> 換熱器的參數及
29、實際計算數據匯總如下表5-1:</p><p><b> 表5-1</b></p><p><b> 設計符號說明</b></p><p> Q:熱負荷 :普蘭特常數 :阻力壓降 d:管經</p><p> μ :流體粘度
30、 l:管長:流體密度 t:管中心距 λ:流體導熱系數 S: 流體流通面積</p><p> T: 流體溫度 流體雷諾數</p><p> ?。憾▔簾崛?U: 流體流速</p><p> ?。簩α鱾鳠嵯禂?</p>
31、<p> ?。盒U禂?</p><p> :摩擦系數 </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</b></p><p><b> K:總傳熱系數 </b></p><p><b> 自我評述</b></p><p> 換熱器的選型設計相對來說要比設計簡單些,但也不能輕視,當選擇換熱器是應當慎重選擇以保證以后的校核能夠快速完成!</p&g
33、t;<p> 對于跟換熱計算的公式應當牢記,更應當熟練應用,以便在設計中能夠快速并正確的處理數據,合理計算。</p><p> 計算固然重要,但同時還應當選擇合理的換熱器,否則將會帶來不必要的頻繁的計算,不僅費神費力,還得不到心儀的結果。</p><p> 不過選錯也是在所難免的,在的不合適時更應當耐心些因為設計本身就是有著很大的計算量,如果稍不耐心就容易出現錯誤,而且
34、一錯就會錯到底,盡是給自己帶來不必要的麻煩,還是耐心認真,爭取盡快完成設計,同時也提高了我們的能力。</p><p> 這次的設計任務給我了很大的學習機會,使我不僅對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老師蔡香麗老師,她為我們的設計提供了很大的幫助,這對于我完成設計起到了很大作用。</p><p><
35、;b> 參考文獻</b></p><p> 1. 陸美娟、張浩琴主編.《化工原理》(上冊,修訂版).北京:化學工業(yè)出版社.2006.4</p><p> 2.黃振仁、魏新利主編.《過程裝備成套技術設計指南》.北京:化學工業(yè)出版社.2002.12</p><p> 3. 婁愛娟、吳志泉主編.《化工設計》.上海:華東理工大學出版社.2002.8
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