化工设备基础-换热器--教案-
化工设备设计全部教案

第一章概述第一节绪言一、本课程的任务了解压力容器的基础知识;掌握压力容器的一般设计方法,重点掌握设计的基本原理与思路。
(说明: 由于工业生产中约10%~40%的设备为换热设备,而换热设备中最为常见、普遍的是管壳式换热器,故在本课程中我们将以管壳式换热器为例,学习压力容器的具体设计方法,包括选择材料、结构设计,受压元件的强度计算,以及设计、制造、检验中的相关要求等。
)二、本课程的要求通过这门课程的学习,要求同学们掌握如下的内容:1、掌握压力容器的类型与总体结构;2、了解管壳式换热器的形式与总体结构;3、掌握管壳式换热器的结构设计的相关知识;4、了解管壳式换热器各元件的强度设计(掌握筒体及封头的设计);5、了解管壳式换热器中的振动与防振;6、了解管壳式换热器的设计以、制造、检验中的相关要求。
第二节化工容器概述一、压力容器的概念1.化工设备——工艺过程中静止设备的总称。
2.容器——化工设备外壳的总称。
3.压力容器——承受压力载荷作用的容器。
(由于化工容器几乎都承受压力载荷,通常直接称其为压力容器。
化工容器的特点:为高温、高压,介质易燃易爆、有毒。
)二、化工容器的结构组成化工容器一般由筒体、封头、支座(基本件)、接管、法兰(对外连接件)、人孔、手孔、液面计(附件)以及一些内构件等零部件组成。
1.筒体、封头:就如同房子四周的墙,它是构成容器空间的主要部件(属主要受压元件)。
壳体按形状的不同,可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等。
而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头及平板封头等。
2.接管:是介质进出容器的通道。
3.法兰:是容器及接管的可拆连接装置,分为设备法兰和管法兰(属主要受压元件)。
4.支座:是用于支承容器的部件。
5.人孔、手孔:是为便于制造、检验和维护管理而设置的部件(属主要受压元件)。
6.液面计:用于观察或监控液位的部件(属安全附件,此外还有安全阀、压力表等)。
化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)

化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)化工原理课程设计任务书课题名称列管式换热器(热水冷却器)课题性质工程设计类班级应用化学(一)班学生姓名 XXXXXX学号 20090810030117指导教师 XXXXXX目录目录 ------------------------------------------------------ 2 任务书---------------------------------------------------- 4一(设计题目 ------------------------------------------ 4二(设计的目的 ---------------------------------------- 4三(设计任务及操作条件 -------------------------------- 4四(设计内容 ------------------------------------------ 5 符号说明 -------------------------------------------------- 5 确定设计方案---------------------------------------------- 61.选择换热器类的 -------------------------------------- 62.流程的安排 ------------------------------------------ 6 确定物性数据---------------------------------------------- 6估算换热面积 ------------------------------------------ 81. 热流量 ----------------------------------------- 8 工艺结构尺寸---------------------------------------------- 91. 管径和管内流速 ------------------------------------ 92. 管程数和传热管数 ---------------------------------- 93.平均传热温差校正及壳程数 ---------------------------- 94.传热管排列和分程方法 ------------------------------- 105.壳体内径 ------------------------------------------- 106.折流板---------------------------------------------- 117.其它附件 ------------------------------------------- 118.接管------------------------------------------------ 11 换热器核算----------------------------------------------- 121.热流量核算 ----------------------------------------- 12(1)壳程表面传热系数 ----------------------------- 12(2)关内表面传热系数 ------------------------------- 13(3)污垢热阻和管壁热阻 --------------------------- 13(4)传热系数Kc ------------------------------------- 14(5) 传热面积裕度 -------------------------------- 142.壁温核算 ------------------------------------------- 15换热器内流体的流动阻力 ------------------------------- 16(1)管程流体阻力 --------------------------------- 16(2)壳程阻力 ------------------------------------- 17 换热器主要结构尺寸和计算结果表 -------------------------- 18 参考文献 ------------------------------------------------- 19 设计结果评价--------------------------------------------- 20 总结 ----------------------------------------------------- 22任务书一(设计题目热水冷却器的设计二(设计的目的通过对热水冷却器的列管式换热器设计,达到让学生了解该换热器的结构特点,并能根据工艺要求选择合适的类型,同时还能根据传热的基本原理,选择流程,确定换热器的基本尺寸,计算传热面积以及计算流体阻力。
化工原理课程设计——换热器

化工原理课程设计管壳式换热器选型姓名:学号:10091693班级:工092指导老师:袁萍前言1.换热器的设备简介传热是热能从热流体间接或直接传向冷流体的过程。
其性质复杂,不但要考虑经过间壁的热传导,而且要考虑到间壁两边流体的对流传热,有时还须考虑到辐射传热。
在化学工业中常遇到的热交换问题,根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。
其中间壁式换热器詹用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99%。
间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料基本齐全,在许多国家都有了系列化的标准。
因此,作为广泛应用于各个领域的工业设备,它在国民经济中具有非常重要的作用。
换热器(英语翻译:heat exchanger),是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。
管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、双重管式换热器、填料函式换热器和双管板换热器等。
前3种应用比较普遍。
固定管板式换热器的结构:主要有外壳、管板、管束、顶盖(又称封头)等部件构成。
它的特点是结构简单,没有壳侧密封连接,相同的壳体内径排管最多,在有折流板的流动中旁路最小,管程可以分成任何管程数,因两个管板由管子互相支撑,故在各种管壳式换热器中它的管板最薄,造价最低,因而得到广泛应用。
这种换热器的缺点是:壳程清洗困难,有温差应力存在。
这种换热器适用于两种介质温差不大,或温差较大但壳程压力不高及壳程介质清洁,不易结垢的场合。
在满足工艺过程要求的前提下,换热器应达到安全与经济的目标。
换热器设计的主要任务是参数选择和结构设计、传热计算及压降计算等。
设计主要包括壳体形式、管程数、换热管类型、管长、管子排列、管子支承结构、冷热流体的流动通道等工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设计计算。
化工原理(换热器)课程设计

可依据传热管内径和流速确定单程传热管数:
=
按单程管计算,所需的传热管长度为:
= m
按单程管设计,传热管偏长,宜采用多管程结构。根据本设计实际情况,采用国家标准设计,取传热管长 ,则该换热器的管程数为:
=
传热管总根数: = =
3.传热温差校平均正及壳程数
平均温差校正系数:
=
=
按单壳程,双管程结构,根据《化工原理课程设计》上册,图5-19[1] [2]采用外推法,得:
8.其他附件
拉杆数量与直径选取,本换热器壳体内径为1200mm,故其拉杆直径大小为Ф12拉杆数量12,壳程入口处,应设置防冲挡板。
(5)换热器核算
1.热流量核算
①壳程表面传热膜系数
用克恩法计算[3] [5]:
当量直径
=
壳程流通截面积:
壳程流体流速及其雷诺数分别为:
普朗特数:
粘度校正:
②管程表面传热膜系数:
流体流经管束的阻力
= = =0.339
=
流体流过折流板缺口的阻力
, ,
总阻力
= =122329.89
由于该换热器壳程流体的操作压力较高,所以壳程流体的阻力也比较适宜。
在允许范围之内(见表2)。
表2列管式换热器允许阻力范围[7]
操作压力/Pa
允许阻力/Pa
化工设备课件列管式换热器PPT课件

材料选择
高温材料
对于高温工况,选择耐高温、抗氧化、抗腐 蚀的材料,如不锈钢、镍基合金等。
腐蚀性介质
对于腐蚀性介质,选择耐腐蚀、防腐蚀的材 料,如钛合金、聚四氟乙烯等。
低温材料
对于低温工况,选择耐低温、抗脆化的材料, 如铝合金、铜合金等。
压力容器材料
根据压力需求,选择具有足够强度和稳定性 的材料,如碳钢、低合金钢等。
建立设备维修与保养记录,便于追踪设备运行状况和及时发现潜在问题。
05
列管式换热器的故障诊断与处理
常见故障及原因
列管堵塞
由于列管内壁结垢、腐蚀或异物堵塞 等原因,导致传热效率下降。
列管破裂
由于列管材质缺陷、焊接质量差或使 用过程中受到过大的压力或温度波动, 导致列管破裂。
热效率低
由于传热面积不足、传热介质流量不 足或传热温差过小等原因,导致换热 器热效率低下。
特点
结构紧凑、传热效率高、适应性 强、操作定、可处理高热量和 腐蚀性介质等。
工作原理
01
热流体通过列管内部,被加热或 冷却的流体在列管外部流动,通 过列管壁进行热量交换。
02
热量通过列管壁从热流体传递到 被加热或冷却的流体,实现热量 交换。
类型与结构
固定管板式
管板与壳体焊接在一起,结构 简单,适用于壳程压力不高、
03
列管式换热器设计
设计参数
传热面积
根据工艺要求,计算所需的传热面积,确保 热量交换的效率和效果。
传热效率
选择合适的传热方式,如导热、对流、辐射 等,以提高传热效率。
压力等级
根据工艺压力需求,选择合适的压力等级和 耐压材料,确保设备安全。
温度范围
根据工艺温度需求,选择耐温材料和结构, 确保设备在规定的温度范围内工作。
化工原理课程设计——换热器设计

化工原理课程设计——换热器设计本课题研究的目的要紧是针对给定的固定管板式换热器设计要求,通过查阅资料、分析设计条件,以及换热器的传热运算、壁厚设计和强度校核等设计,差不多确定固定管板式换热器的结构。
通过分析固定管板式换热器的设计条件,确定设计步骤。
对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚运算和强度校核。
对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计,对换热器进行开孔补强校核。
绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸,给出相关的技术要求;在固定管板换热器的结构设计过程中,要参考相关的标准进行设计,比如GB-150、GB151……,使设计能够符合相关标准。
同时要是设计的结构满足生产的需要,达到安全生产的要求。
通过设计过程达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。
关键词:换热器;固定管板;设计;强度名目摘要 ....................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 (1)1.2固定管板换热器介绍 (2)1.3本课题的研究目的和意义 (3)1.4换热器的进展历史 (4)2产品冷却器结构设计的总体运算 (6)2.1 产品冷却器设计条件 (6)2.2前端管箱运算 (8)2.2.1前端管箱筒体运算 (8)2.2.2前端管箱封头运算 (10)2.3后端管箱运算 (11)2.3.1后端管箱筒体运算 (11)2.3.2后端管箱封头运算 (12)2.4壳程圆筒运算 (13)3各部分强度校核 (15)3.1开孔补强运算 (15)3.2壳程圆筒校核 (18)3.3管箱圆筒校核 (19)4换热管及法兰的设计 (20)4.1换热管设计 (20)4.2管板设计 (21)4.3管箱法兰设计 (22)4.4壳体法兰设计 (25)4.5各项系数运算 (27)5 产品冷却器制造过程简介 (34)5.1 总则 (34)5.2零部件的制造 (34)结论 (43)参考文献: (44)致谢 (44)1绪论1.1换热器的作用及分类在工业生产中,换热设备的要紧作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到工艺过程规定的指标,以满足工艺过程上的需要。
化工原理课程设计模板-换热器

化工原理课程设计模板-换热器1. 引言换热器是化工过程中常用的设备之一,其主要功能是在流体之间进行热量传递,以实现温度控制、能量回收等目的。
本文将介绍化工原理课程设计中换热器的设计过程和要点。
2. 设计目标在进行换热器设计之前,首先要确定设计的目标。
设计目标包括但不限于以下几点:•确定需要传热的流体的进口温度和出口温度;•确定传热后流体的温度变化范围;•确定换热器的热传导面积;•确定换热器的传热系数。
3. 设计步骤换热器的设计过程可以分为以下几个步骤:3.1 确定流体的性质参数在设计换热器之前,需要明确流体的性质参数,包括流体的密度、比热容以及传热系数等。
这些参数可以通过实验测定或者查阅相关文献获得。
3.2 计算流体的传热量根据热传导定律,可以计算流体的传热量。
传热量的计算公式如下:Q = m * c * ΔT其中,Q表示传热量,m表示流体的质量,c表示流体的比热容,ΔT表示流体的温度变化。
3.3 确定换热器的传热面积根据热传导定律,可以计算换热器的传热面积。
传热面积的计算公式如下:A = Q / (U * ΔTlm)其中,A表示传热面积,U表示换热器的传热系数,ΔTlm表示对数平均温差。
3.4 选择换热器的类型和结构根据设计要求和实际情况,选择合适的换热器类型和结构。
常见的换热器类型包括管壳式换热器、板式换热器等。
3.5 进行换热器的细节设计在确定了换热器的类型和结构之后,进行换热器的细节设计,包括管道的布置、流体的流动方式以及换热器的材料选择等。
3.6 进行换热器的性能评价完成换热器的设计之后,进行性能评价,验证设计结果是否满足设计目标。
性能评价主要包括换热器的传热效率、压降以及经济性等方面。
4. 实例分析下面通过一个实例来说明换热器的设计过程。
实例:管壳式换热器假设需要设计一个管壳式换热器,用于将流体A的温度从40℃降至20℃,同时将流体B的温度从70℃升至90℃。
根据设计要求,我们可以计算出流体A和流体B的传热量,然后根据对数平均温差计算出传热面积,从而确定换热器的尺寸。
1化工原理课程设计(换热器)解析

一、设计题目:设计一台换热器二、操作条件:1、煤油:入口温度140℃,出口温度40℃。
2、冷却介质:循环水,入口温度35℃。
3、允许压强降:不大于1×105Pa。
4、每年按330天计,每天24小时连续运行。
三、设备型式:管壳式换热器四、处理能力:114000吨/年煤油五、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。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热(又称热传递)就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知,凡是有温差存在时,就必然发生热量从高温处传递到低温处,因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作,都需要进行加热和冷却,如:化学反应通常要在一定的温度进行,为了达到并保持一定温度,就需要向反应器输入或输出热量,又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中,都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源,宇航,化工,动力,冶金,机械,建筑等工业部门,还是在农业,环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外,化工设备的保温,生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题,由此可见;传热过程普遍的存在于化工生产中,且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况:①强化传热过程,如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程,如设备和管道的保温,以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备,简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体,一种流体温度较高,放出热量:另一种流体则温度较低,吸收热量。
化工原理课程设计__换热器

化⼯原理课程设计__换热器⼀、设计任务书⼆、确定设计⽅案2.1 选择换热器的类型本设计中空⽓压缩机的后冷却器选⽤带有折流挡板的固定管板式换热器,这种换热器适⽤于下列情况:①温差不⼤;②温差较⼤但是壳程压⼒较⼩;③壳程不易结构或能化学清洗。
本次设计条件满⾜第②种情况。
另外,固定管板式换热器具有单位体积传热⾯积⼤,结构紧凑、坚固,传热效果好,⽽且能⽤多种材料制造,适⽤性较强,操作弹性⼤,结构简单,造价低廉,且适⽤于⾼温、⾼压的⼤型装置中。
采⽤折流挡板,可使作为冷却剂的⽔容易形成湍流,可以提⾼对流表⾯传热系数,提⾼传热效率。
本设计中的固定管板式换热器采⽤的材料为钢管(20R 钢)。
2.2 流动⽅向及流速的确定本冷却器的管程⾛压缩后的热空⽓,壳程⾛冷却⽔。
热空⽓和冷却⽔逆向流动换热。
根据的原则有:(1)因为热空⽓的操作压⼒达到1.1Mpa ,⽽冷却⽔的操作压⼒取0.3Mpa ,如果热空⽓⾛管内可以避免壳体受压,可节省壳程⾦属消耗量;(2)对于刚性结构的换热器,若两流体的的温度差较⼤,对流传热系数较⼤者宜⾛管间,因壁⾯温度与对流表⾯传热系数⼤的流体温度相近,可以减少热应⼒,防⽌把管⼦压弯或把管⼦从管板处拉脱。
(3)热空⽓⾛管内,可以提⾼热空⽓流速增⼤其对流传热系数,因为管内截⾯积通常⽐管间⼩,⽽且管束易于采⽤多管程以增⼤流速。
查阅《化⼯原理(上)》P201表4-9 可得到,热空⽓的流速范围为5~30 m ·s -1;冷却⽔的流速范围为0.2~1.5 m ·s -1。
本设计中,假设热空⽓的流速为8 m ·s -1,然后进⾏计算校核。
2.3 安装⽅式冷却器是⼩型冷却器,采⽤卧式较适宜。
空⽓⽔⽔空⽓三、设计条件及主要物性参数3.1设计条件注:要求设计的冷却器在规定压⼒下操作安全,必须使设计压⼒⽐最⼤操作压⼒略⼤,本设计的设计压⼒⽐最⼤操作压⼒⼤0.1MPa 。
3.2确定主要物性数据3.2.1定性温度的确定可取流体进出⼝温度的平均值。
换热器化工机械课程设计

换热器化工机械课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能掌握换热器的基本概念、分类及在化工生产中的应用;2. 学生了解换热器的工作原理,理解热交换过程中的能量守恒原理;3. 学生掌握换热器主要的设计参数,如传热面积、传热系数、流体流速等;4. 学生理解换热器材料选择、结构设计及运行维护的相关知识。
技能目标:1. 学生具备运用换热器设计软件进行简单换热器设计的能力;2. 学生能够分析换热器在实际工程应用中的问题,并提出合理的解决方案;3. 学生通过小组合作,完成换热器设计方案的撰写和汇报,提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对化工机械设备的兴趣,激发学习热情,增强对专业的认同感;2. 学生认识到换热器在现代工业中的重要性,培养节能环保意识;3. 学生通过课程学习,培养严谨的科学态度,提高分析问题和解决问题的能力。
本课程针对高年级化工机械专业学生,结合课程性质、学生特点和教学要求,明确以上课程目标。
通过本课程的学习,使学生能够在掌握换热器基本知识的基础上,提高实际设计能力,为将来从事化工设备设计和运行维护工作打下坚实基础。
同时,注重培养学生的团队合作精神,提高沟通表达能力和职业道德素养。
二、教学内容1. 换热器概述:介绍换热器的定义、分类、应用领域,对应教材第一章;- 板式换热器、管壳式换热器、空气冷却器等典型换热器结构及特点;- 换热器在化工、能源、环保等行业的应用案例。
2. 换热器工作原理与热力学基础:阐述换热器工作原理,能量守恒在热交换过程中的应用,对应教材第二章;- 热传导、对流、辐射等基本传热方式;- 传热方程式、传热系数、对数平均温差等热力学基础概念。
3. 换热器设计参数与计算方法:学习换热器主要设计参数及计算方法,对应教材第三章;- 传热面积、流体流速、传热系数等参数的计算;- 典型换热器设计软件的应用介绍。
4. 换热器材料与结构设计:介绍换热器材料选择、结构设计原则,对应教材第四章;- 换热器常用材料性能及选用标准;- 换热器结构设计要点及案例分析。
化工原理课程设计——换热器的设计

中南大学《化工原理》课程设计说明书题目:煤油冷却器的设计学院: 化学化工学院班级:化工0802学号: 1505080802姓名: ******指导教师:邱运仁时间: 2010年9月目录§一。
任务书 (2)1。
1.题目1.2.任务及操作条件1。
3.列管式换热器的选择与核算§二.概述………………………………………………………………………………………………….。
-3-2。
1.换热器概述2.2。
固定管板式换热器2.3。
设计背景及设计要求§三。
热量设计 (5)3.1.初选换热器的类型3。
2。
管程安排(流动空间的选择)及流速确定3。
3.确定物性数据3。
4。
计算总传热系数3。
5.计算传热面积§四。
机械结构设计 (9)4。
1。
管径和管内流速4。
2.管程数和传热管数4。
3.平均传热温差校正及壳程数4。
4.壳程内径及换热管选型汇总4。
4。
折流板4。
6.接管4。
7.壁厚的确定、封头4.8。
管板4。
9.换热管4。
10。
分程隔板4。
11拉杆4。
12.换热管与管板的连接4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型)4。
14。
膨胀节的设定讨论§五.换热器核算 (21)5.1。
热量核算5.2.压力降核算§六。
管束振动.................................................................................................。
(25)6.1。
换热器的振动6。
2。
流体诱发换热器管束振动机理6.3.换热器管束振动的计算6。
4.振动的防止与有效利用§七。
设计结果表汇................................................................................................。
(28)§八.参考文献.........................................................................................................。
化工设备基础-换热器- 教案-

换热器第一节概述一、定义:换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
二、衡量标准:1.先进性—传热效率高,流体阻力小,材料省;2.合理性—可制造加工,成本可接受;3.可靠性—强度满足工艺条件。
三、举例1.冷却器(cooler)1)用空气作介质—空冷器aircooler2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler2.冷凝器condenser1)分离器2)全凝器3.加热器(一般不发生相变)heater1)预热器(preheater)—粘度大的液体,喷雾状不好,预热使其粘度下降;2)过热器(superheater)—加热至饱和温度以上。
4.蒸发器(etaporater),—发生相变5.再沸器(reboiler)6.废热锅炉(waste heat boiler)看下图说明其结构及名称四、换热器的的基本类型按传热方式或工作原理分类1、直接接触式2、蓄热式3、间壁式对于间壁式换热器,按间壁形状进一步分为(1)管式(2)紧凑式(3)管壳式五、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器:优点:结构简单、紧凑、布管多,管内便于清洗,更换、造价低,应用广泛。
管坏时易堵漏。
缺点:不易清洗壳程,一般管壳壁温差大于50℃,设置膨胀节。
适用于壳程介质清洁,不易结垢,管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
2、浮头式换热器:管束可以抽出,便于清洗;但这类换热器结构较复杂,金属耗量较大。
适用于介质易结垢的场合。
3、填料函式换热器:造价比浮头式低检修、清洗容易,填料函处泄漏能及时发现,但壳程内介质由外漏的可能,壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
适用于低压小直径场合。
4、U型管式换热器:结构简单,造价低,壳程可清洗,但管程不能清洗,一个管板,管子可自由伸缩,无温差应力,管板上布管少,结构不紧凑,管子坏时不易修补。
适用于管、壳壁温差较大的场合,尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
化工原理课程设计列管式换热器

可用旳场合:
1)管程走清洁流体;
2)管程压力尤其高;
3)管壳程金属温差很大,固定管板换热器连设置膨胀节都无法 满足要求旳场合.
2、流动空间旳选择
3、流速旳拟定
4、流动方式旳选择
除逆流和并流之外,在列管式换热器中冷、 热流体还能够作多种多管程多壳程旳复杂 流动。当流量一定时,管程或壳程越多, 表面传热系数越大,对传热过程越有利。 但是,采用多管程或多壳程必造成流体阻 力损失,即输送流体旳动力费用增长。所 以,在决定换热器旳程数时,需权衡传热 和流体输送两方面旳损失。
5、流体出口温度旳拟定
若换热器中冷、热流体旳温度都由工艺条件所要求,则不存在 拟定流体两端温度旳问题。若其中一流体仅已知进口温度,则 出口温度应由设计者来拟定。例如用冷水冷却一热流体,冷水 旳进口温度可根据本地旳气温条件作出估计,而其出口温度则 可根据经济核实来拟定:为了节省冷水量,可使出口温度提升 某些,但是传热面积就需要增长;为了减小传热面积,则需要 增长冷水量。两者是相互矛盾旳。一般来说,水源丰富旳地域 选用较小旳温差,缺水地域选用较大旳温差。但是,工业冷却 用水旳出口温度一般不宜高于45℃,因为工业用水中所含旳部 分盐类(如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等)旳溶解度 随温度升高而减小,如出口温度过高,盐类析出,将形成传热 性能很差旳污垢,而使传热过程恶化。假如是用加热介质加热 冷流体,可按一样旳原则选择加热介质旳出口温度。
取管长应根据出厂旳钢管长度合理截用。 我国生产系列原则中管长有1.5m,2m, 3m,4.5m,6m和9m六种,其中以3m和 6m更为普遍。同步,管子旳长度又应与管 径相适应,一般管长与管径之比,即L/D约 为4~6
化工设备讲座

反应釜组成(zǔ chénɡ)
釜体:为圆筒形其高与直径之比一 般为1~3之间。上、下盖多为椭圆 形;釜式反应器的材质多采用普通 碳钢或不锈钢。
搅拌器:为了使反应器的物料混合 均匀和传热良好,反应釜多装有搅 拌器,不同的反应要求有不同形状 的搅拌器。
换热器:为了使反应釜内的物料在 最适宜的温度下反应,常常需要对 物料进行加热或冷却。反应釜的换 热装置(zhuāngzhì)最常用的有夹 套、蛇管(盘管)和回流冷凝器三 种。
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正拱形金属(jīnshǔ)爆破 片
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压力容器安全(ānquán)符件
(三)压力表:
压力表是一种测量压力大小 的仪表,可用来测量容器的 实际压力值,操作人员可以 根据压力表指示的压力对容 器进行操作,将压力控制在 允许范围内。
法定单位(dānwèi)是Pa ( N/m2 )帕,工程单位 (dānwèi)常用KPa千帕、 MPa兆帕来表示。精品文档
目前我公司最常见的还是釜式反应设备。 因此下面主要认识釜式反应设备。由于化学 反应设备的类型很多,因此反应设备的类型是 多种多样的, 反应设备还包括管式反应器、 塔式反应器及流化床反应器,由于时间关系 就不一一展开了。
釜式反应器是液液相反应或液固相反应最 常用的一种反应设备。
釜式反应器主要由釜体、搅拌器和换热器 三部分组成
塔器(tǎ qì)
(1)什么是塔器: 塔器是化工、石油(shíyóu)等工业生产中广泛 应用的重要生产设备。它的外形是一个直立 的圆柱形容器,它的高度要比直径大的多, 从外形看起来好像一座塔,所以通常叫做塔 器。
(2)塔器的主要功能: 提供气、液两相得以充分接触的机会,使化工
生产中的传质和传热过程能够迅速而有效地 进行,又能使接触后的气、液两相及时分离。 例如塔器多用于物料的蒸馏、吸收、萃取、 净化、除尘、冷却等单元操作过程。 塔器做为反应设备使用时,叫做反应塔。作为 蒸馏设备使用时,叫做蒸馏塔。
化工原理课程设计 换热器的设计

摘要换热器的应用贯彻化工生产过程的始终,换热器换热效果的好坏直接影响化工生产的质量和生产效益。
所以换热器是非常重要的化工生产设备,在化工领域中,它扮演着主力军的身份,它是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备,在化工设备中占大约50%以上的比重。
既然换热器在化工生产中扮演如此重要的角色,那么如何设计出换热效果好,设备健全合理,三废排放量更低,能源利用率更高,经济效益高的换热器是我们从事化工行业工作人员刻不容缓的职责。
为了完成年产 2.8万吨酒精的生产任务,设计换热器的总体思路:在正常的生产过程中,利用塔底的釜残液作为加热介质在塔底冷却器中进行第一次预热,然后用少量的水蒸汽便可在预热器中使原料液达到预期的温度进入精馏塔中。
塔顶酒精蒸汽经过全凝器,利用循环冷却水作为冷却介质使酒精蒸汽转为液体。
最后,在塔顶冷却器中再次用冷却水使其降到25。
C输送到储装罐中。
关键词:冷却器;再沸器;全凝器;对流传热系数;压降;列管式换热器;离心泵。
目录第一章换热器的设计..............................................1.1概述 .............................................................1.1.1流程方案的确定..............................................1.1.2 加热介质、冷却介质的选择 ...................................1.1.3 换热器类型的选择 ...........................................1.1.4 流体流动空间的选择 .........................................1.1.5 流体流速的确定 .............................................1.1.6换热器材质的选择............................................1.1.7换热器壁厚的确定............................................1.2.固定管板式换热器的结构...........................................1.2.1管程结构....................................................1.2.2壳程结构....................................................1.3 列管换热器的设计计算.............................................1.3.1 换热器的设计步骤 ...........................................1.3.2 计算所涉及的主要公式 ....................................... 第二章设计的工艺计算 ............................................2.1 全塔物料恒算.....................................................2.2 原料预热器的设计和计算...........................................2.2.1 确定设计方案 ...............................................2.2.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.2.3换热器的选择................................................2.3塔顶全凝器的设计和计算 ...........................................2.3.1确定设计方案................................................2.3.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.2.3 换热器的选择 ...............................................2.4 塔顶冷却器的设计.................................................2.4.1 确定设计方案 ...............................................2.4.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.4.3 换热器的选择 ...............................................2.5 塔底冷却器的设计.................................................2.5.1 确定设计方案 ...............................................2.5.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.5.3 换热器的选择 ...............................................2.6 再沸器的设计.....................................................2.6.1 确定设计方案 ...............................................2.6.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.6.3再沸器的工艺计算............................................ 第三章附录 .....................................................................................................................................符号说明............................................................. 第四章设计感想..................................................................................................................... 参考文献............................................................第一章换热器的设计1.1概述工业生产过程,两种物料之间的热交换一般是通过热交换器完成的,所以换热器的设计就显的尤为重要。
化工原理课程设计之换热器

课程设计1.前言2.设计任书…………………………………………………………….3.工艺流程草图及说明………………….............................................4.工艺计算及主要设备设计…………….............................................5.确定设计方案………………………………………………………6.选择换热器的类型………………………………………………7.流程安排……………………………………………………………8.确定物性数据……………………………………………………….9.估算传热面积……………………………………………………….10.热流量………………………………………………………………11.平均传热温差………………………………………………………12.传热面积……………………………………………………………13.冷却水用量…………………………………………………………14.工艺结构尺寸……………………………………………………….15.管径和管内流速……………………………………………………16.管程数和传热管数…………………………………………………17.传热管排列和分程方法……………………………………………18.壳体内径……………………………………………………………19.折流板………………………………………………………………20.其他附件……………………………………………………………21.接管…………………………………………………………………22.换热器核算 (9)23.热流量核算 (9)24.壳程表面传热系数 (9)25.管内表面传热系数 (9)26.污垢热阻和管壁热阻 (9)27.传热系数KC (10)28.传热面积裕度 (10)29.换热器内流体的流动阻力 (11)30.管程流体阻力 (11)31.课程阻力 (11)32.辅助设备的计算和选型 (11)33.换热器入水管的规格 (11)34.从河边至工厂的管子的规格 (12)35.离心泵1的规格 (12)36.换热器处离心泵2的规格 (13)37.蓄水池、凉水塔的设计 (14)38.设计结果设计一览表 (15)39.设计评述 (17)40.主要符号说明 (19)前言人类与化工的关系十分密切,在现代生活中,几乎随时随地都离不开化工产品,从衣、食、住、行等物质生活,到文化艺术、娱乐等精神生活,都需要化工产品为之服务。
化工原理课程设计换热器设计

化工原理课程设计设计任务:换热器班级:13级化学工程与工艺(3)班姓名:魏苗苗学号:1320103090目录化工原理课程设计任务书 (2)设计概述 (3)试算并初选换热器规格 (6)1。
流体流动途径的确定 (6)2. 物性参数及其选型 (6)3。
计算热负荷及冷却水流量 (7)4. 计算两流体的平均温度差 (7)5。
初选换热器的规格 (7)工艺计算 (10)1. 核算总传热系数 (10)2. 核算压强降 (13)设计结果一览表 (16)经验公式 (16)设备及工艺流程图 (17)设计评述 (17)参考文献 (18)化工原理课程设计任务书一、设计题目:设计一台换热器二、操作条件: 1、苯:入口温度80℃,出口温度40℃。
2、冷却介质:循环水,入口温度32。
5℃。
3、允许压强降:不大于50kPa 。
4、每年按300天计,每天24小时连续运行。
三、设备型式: 管壳式换热器四、处理能力: 109000吨/年苯五、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的设计.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。
六、附表:1。
设计概述 1。
1热量传递 出口温度 40。
5℃壳体内部空间利用率 70%选定管程流速u (m/s ) 1壳程流体进出口接管流体流速u1(m/s ) 1的概念与意义1。
1。
1热量传递的概念热量传递是指由于温度差引起的能量转移,简称传热.由热力学第二定律可知,在自然界中凡是有温差存在时,热就必然从高温处传递到低温处,因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
1.1.2化学工业与热传递的关系化学工业与传热的关系密切.这是因为化工生产中的很多过程和单元操作,多需要进行加热和冷却,例如:化学反应通常要在一定的温度进行,为了达到并保持一定温度,就需要向反应器输入或输出热量;又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中,都要向这些设备输入或输出热量。
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换热器第一节概述一、定义:换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
二、衡量标准:1.先进性—传热效率高,流体阻力小,材料省;2.合理性—可制造加工,成本可接受;3.可靠性—强度满足工艺条件。
¥三、举例1.冷却器(cooler)1)用空气作介质—空冷器aircooler2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler2.冷凝器condenser1)分离器2)全凝器3.加热器(一般不发生相变)heater1)"2)预热器(preheater)—粘度大的液体,喷雾状不好,预热使其粘度下降;3)过热器(superheater)—加热至饱和温度以上。
4.蒸发器(etaporater),—发生相变5.再沸器(reboiler)6.废热锅炉(waste heat boiler)看下图说明其结构及名称四、换热器的的基本类型~按传热方式或工作原理分类1、直接接触式2、蓄热式3、间壁式对于间壁式换热器,按间壁形状进一步分为(1)管式(2)紧凑式(3)管壳式,五、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器:优点:结构简单、紧凑、布管多,管内便于清洗,更换、造价低,应用广泛。
管坏时易堵漏。
缺点:不易清洗壳程,一般管壳壁温差大于50℃,设置膨胀节。
适用于壳程介质清洁,不易结垢,管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
2、浮头式换热器:管束可以抽出,便于清洗;但这类换热器结构较复杂,金属耗量较大。
适用于介质易结垢的场合。
:3、填料函式换热器:造价比浮头式低检修、清洗容易,填料函处泄漏能及时发现,但壳程内介质由外漏的可能,壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
适用于低压小直径场合。
4、U型管式换热器:结构简单,造价低,壳程可清洗,但管程不能清洗,一个管板,管子可自由伸缩,无温差应力,管板上布管少,结构不紧凑,管子坏时不易修补。
适用于管、壳壁温差较大的场合,尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
六、管壳式换热器机械设计内容>管壳式换热器的设计:1、根据化工生产工艺条件的要求,通过化工工艺计算,确定换热器的传热面积,同时选择管径、管长,决定管数、管程数和壳程数;2、然后进行机械设计。
内容有:1)壳体直径的决定和壳体厚度的计算;2)换热器封头选择,压力容器法兰选择;3)管板尺寸确定;4)折流板的选择与计算;5)管子拉脱力的计算;6)-7)温差应力计算。
第二节管子的选用及其与管板的连接一、管子的选用1、直径:小直径管子单位传热面积的金属消耗量小,传热系数稍高,但容易结垢,不易清洗,用于较清洁的流体;大直径管子用于粘性大或污浊的流体。
2、规格:(外径×壁厚),长度按规定决定。
3、结构型式:多用光管,因为结构简单,制造容易;为强化传热,也采用异型管、翅片管、螺纹管等。
4、材料:根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。
主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。
-二、管子与管板的连接:(一)胀接:1)过程:最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部,使管端发生塑性变形,管板孔同时产生弹性变形,取去胀管器后,管板与管子产生一定的挤压力,贴在一起达到密封紧固连接的目的。
2)适用范围:换热管为碳素钢,管板为碳素钢或低合金钢,设计压力≤4MPa,设计温度≤300℃,且无特殊要求的场合。
外径d<14mm,不适合胀接。
3)要求管板硬度大于管子硬度,否则将管端退火后再胀接。
胀接时管板上的孔可以是光孔,也可开槽。
:(二)焊接:优点:在高温高压条件下,焊接连接能保持连接的紧密性,管板加工要求可降低,节省孔的加工工时,工艺较胀接简单,压力较低时可使用较薄的管板。
缺点:在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂,同时管子、管板间存在间隙,易出现间隙腐蚀。
结构:主要有4种(三)胀焊并用前面我们讲了胀接、焊接后,会发现它们各自有优、缺点,因而目前广泛应用了胀焊并用的方法,这种方法能提高连接处的抗疲劳性能,消除应力腐蚀和间隙腐蚀,提高使用寿命。
,胀焊并用连接主要有:强度焊+贴胀………………先焊后胀强度胀+密封焊………………先胀后焊先焊后胀:高温高压换热器中大多用厚壁管,胀接时要使用润滑油,进入接头后缝隙中会在焊接时生成气体,恶化焊缝质量,只要胀接过程控制得当,先焊后胀可避免这一弊病。
先胀后焊:适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料,胀接时不用润滑油,可防止产生焊接裂纹。
第三节管板结构一、(一、换热管排列方式:1、正三角形和转角正三角形排列三角形排列紧凑,传热效果好,同一板上管子比正方形多排10%左右,同一体积传热面积更大。
适用于壳程介质污垢少,且不需要进行机械清洗的场合。
2、 正方形和转角正方形排列正方形和转角正方形排列,管间小桥形成一条直线通道,便于机械清洗。
要经常清洗管子外表面上的污垢时,多用正方形排列或转角正方形排列。
3.组合排列法:多程换热器中。
图7-15 正三角形排列的管子正三角形排列^转角正三角形排列二、管间距:管间距指两相邻换热管中心的距离。
.要求管间距≥,符合国标规定,便于管子与管板间的连接,因为对于胀接或焊接来讲,管子间距离太近,那么都会影响连接质量。
最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm,主要是为折流板易于加工,不易损坏。
三、换热器管板强度计算的理论依据简介1.实心园平板模型:将管板当作受均布载荷的实心园板,以按弹性理论得到的园平板最大弯曲应力为主要依据,并加以适当的修正系数来考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用,由此得到管板厚度的计算公式,偏于安全。
2.弹性基础模型:将管束当作弹性支承,而管板则作为放置于这弹性基础上的圆板,然后根据载荷大小、管束的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。
由于它较全面地考虑了管束的支承和温差的影响,因而较精确,但计算公式较多,计算过程繁琐,GB151-1999采用的就是此法3.菱形面积法:取管板上相邻四根管子之间的菱形面积,按弹性理论求此面积在均布压力作用下的最大弯曲应力。
由于此方法与管板实际受载情况相差较大,所以公用于粗略估算。
四、管程的分程及管板与隔板的连接1、分程原因:当换热器所需的换热面积较大,而管子做得太长时,就得增大壳体直径,排列较多的管子。
此时,为了增加管程流速,提高传热效果,须将管束分程,使流体依次流过各程管子。
2、分程原则:①各程换热管数应大致相等;②相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃;③各程间的密封长度应最短;④分程隔板的形状应简单。
3、,4、分程隔板:单层和双层两种。
如下图。
双层隔板具有隔热空间,可防止热流短路。
5、分程方式:五、管板与壳体的连接结构1、不可拆的焊接式:固定管板式换热器管板与壳体的连接(图7-21)兼做法兰;(图7-22)不兼做法兰2、可拆式:浮头式、U型管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接(图7-23)~第四节折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用和结构一、折流板及支承板1、作用:①提高壳程内流体的流速②加强湍流强度③提高传热效率④支撑换热管。
(当工艺上无折流板要求而管子较细长时,应考虑有一定数量的支承板,以便安装和防止管子变形;支撑板的尺寸、形状可与折流板相同。
)2、结构:弓形、圆盘-圆环形和带扇形切口。
.3、 尺寸①厚度与壳体直径和折流板间距有关;折流板最小厚度按国标选取。
②弓形折流板间距:最小间距≥max{51D i ,50mm}最大间距:不超过表7-7规定,且≤D i③间隙:折流板外径与壳体之间的间隙要适当,因为过小给安装带来困难,过大又影响传效率。
4、>5、折流板的固定1)拉杆定距管结构,适用于换热管外径≥19mm的管束折流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现的,如图7-272)拉杆点焊结构,适用于换热管外径≤14mm的管束拉杆的数量不少于四根,直径不小于10mm。
应尽量布置在管束的外边缘,对于大直径换热器,在布管区或靠近折流板缺口处也应布置适当数量的拉杆。
二、旁路挡板作用:阻止流体短路,迫使壳体流体通过管束进行热交换。
#结构及安装:加工成规则的长条状,长度等于折流板或支承板的板间距,两端焊在折流板或支承板上。
三、拦液板作用:立式冷凝器中起到截拦液膜作用。
在立式冷凝器中为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数。
第五节温差应力一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力、(一)温差应力产生的原因:如图所示,固定管板式换热器的壳体与管子,在安装温度下,它们的长度均为L(图a);当操作时(图b),壳体和管子的温度都升高,若管壁温度高于壳壁温度,则管δ和壳体自由伸长量δ分别为子自由伸长量δ=α(t-t)Lδ=α(t-t)Lα, α—分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数,1/℃;式中t—安装时的温度,℃t,t—分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度,℃由于管子与壳体是刚性连接,所以管子和壳体的实际伸长量必须相等,见图c,因此就出现壳体被拉伸,产生拉应力;管子被压缩,产生压应力。
此拉、压应力就是温差应力。
这就是温差应力产生的原因。
(二)温差应力的计算:1.<2.温差轴向力F:由于温差而使壳体被拉长的总拉伸力应等于所有管子被压缩的总压缩力,总拉伸力(或总压缩力)就是温差轴向力。
符号规定F为+,表壳体被拉,管子被压,反之则反之。
3.温差应力(三)温差应力的补偿1)减少壳体与管束间的温度差2)装设挠性构件3)使壳体和管束自由热膨胀4)双套管温度补偿二、管子拉脱力的计算(一)产生原因:1.原因是:由于介质压力与温差应力的联合作用,使管子和管板接头处有分离趋势,产生拉脱力。
2.拉脱力:管子每平方米胀接周边上所受到的力(单位Mpa)3.实验表明:焊接接头,拉脱力不足以引起接头破坏;胀接接头,要进行拉脱力校核,以保证管端与管板连接的牢固性和密封性。
(二)计算q1)在操作压力下,每平方米胀接周边所受到的力pq2)在温差应力作用下,管子每平方米胀接周边所产生的力t(三)管子拉脱力q(四)校核:管子拉脱力必须小于许用拉脱力,即q<[q]例题第六节管箱与壳程接管一、管箱:深度有一定的要求,满足流通面积的需要。
二、壳程接管:1、旁路挡板:防止流体对换热管造成很大的冲刷2、导流筒:内导流筒和外导流筒;作用:消除死区,充分利用换热面积;防止流体对换热管造成很大的冲刷。