换热器课程设计2011

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化工原理课程设计
管壳式换热器的设计
一、设计的目的及要求
• 意义:化工原理课程设计是一个具有总结性的实践教 学环节。是综合应用本课程和相关课程知识,完成 以某单元操作为主的一次设计实践。为毕业设计和 今后从事技术工作打下一定的基础。 • 1.巩固和掌握本课程的主要知识; • 2.培养综合运用所学知识去解决生产实际问题的能 力; • 3.查阅资料,选用公示和搜集数据(包括从已发表 的文献、相关手册和从生产现场中搜集)的能力;
若冷、热流体的温度都由工艺条件所规定,就不存在确 定两端温度的问题。 若其中一个流体已知进口温度,则出口温度应由设计者 来确定。
例如:用冷水冷却某热流体,冷却水进口温度可根据当地 气温条件作出估计,出口温度需根据经济衡算来决定。
为节省水量,出口温度提高,则传热面积要大些;
为减少传热面积,出口温度降低,则要增加水量。
六、折流挡板
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。
形式:
圆缺形
盘环形
最常用的为圆缺形挡板,切去的弓形高度约为外壳内
径的10%~40%,一般取20%~25%。
两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2~1)倍。 • 板间距过小,不便于制造和维修,阻力较大;
管壳式换热器结构
• 封头 • 壳体 • 内部结构(包括管束等)
接管 壳体 壳程
折流挡板
封头( 端盖、管箱)
管程
管束
管板
单管程固定管板换热器
列管式换热器
列管式换热器
列管式换热器 •1
列管式换热器
★卧式安装特点:重心稳,维修方便,用于冷凝时传热效果 较好。但占地面积大,换热器内须装支承板。
★具有补偿圈的固定管板式换热器
先流体的压强、防腐蚀和清洗等要求,再校核对流传热系数和压强降。
二、流体流速的选择 •增加流速
对流传热系数↑ ,污垢热阻↓→总传热系数↑ →传热面积↓
流动阻力↑和动力消耗↑
还需考虑结构上:
一定传热面积
高流速→管子数目↓→较长管子或增加程数 管子太长不易清洗,且管长都有一定标准;程数增加使平 均温度差下降
五、管程和壳程数的确定
1.管程数
当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时, 有时会使管内流速较低,对流系数较小。 为提高管内流速,可采用多管程。 但管程数过多,管程流动阻力加大,增加动力费用;多程 会使平均温度差下降;多程隔板使管板上可利用面积减少 标准中管程数有:1、2、4和6程,多程时应使每程管子数 大致相等。 管程数m计算:
一般,设计时冷却水两端温度差可取为5~10℃。
四、管子的规格和排列方法
1.管径
应尽可能使流速高些,但一般不应超过前面的流速范围 a. 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; b. 大直径管子用于粘性大或易结垢的流体。 目前列管式换热器系列标准中管径仅有: Φ 25mm × 2.5mm、 Φ 19mm × 2mm
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。
管板 换热管
d0
间隙
d0
图7-16 焊接间隙示意图
换热器:在不同温度的流体间传递热能的装置称
为换热器。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广 泛使用各种换热器,且它们是上述行业的通用设备, 占有十分重要的地位。
二、课程设计任务
一、设计题目: 设计一台换热器 二、操作条件: 1、苯:入口温度78℃,出口温度40℃。 2、冷却介质:循环水,入口温度:(26℃、29℃、32℃、34℃) 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: 41.5 ×104 m3/年苯 ……
• 板间距过大,流体难于垂直地流过管束,使对流传热系 数下降。 系列标准中,采用的h(mm)值为:
• 固定管板式:150,300,600; • 浮头式:150,200,300,480和600.
七、外壳直径的确定
要求:壳体内径等于或稍大于管板的直径。
D<400mm,直接采用钢管
D>400mm,钢管卷焊而成
管子与管板的连接
胀接
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。
(a)胀管前
(b)胀管后
图7-14 胀管前后示意图
液压 胀管器
液压胀接
机械胀接
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。 原因:温度升高,残余应力减小,使管子与管板 间的胀接密封性能、紧固性能都下降,故设计温 度≤300℃ 。 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(开槽 可以增加连接强度和紧密性)。
u m u'
u——管程内流体的适宜流速;u’——管程内流体的实际流体。
源自文库
2.壳程数
当温差校正系数
低于 t 0.8,可采用壳方多程。
如:在壳体内安装一块与管束平行的隔板,流体在壳体 内流经两次,称为两壳程。 但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难,故一 般不采用壳方多程的换热器,而是几个换热器串联使用
时间分配 • 4、绘制有关图纸(1天) • 所需绘制图纸包括工艺流程简图、工艺计算所必 需的图纸、主要设备的装配图等。 • 5、 编写设计说明书(2天) • 包括目录、任务书、设计方案说明、主要设备、 工艺计算和设计计算结果汇总表、设计评述与对 某些问题的讨论、参考资料、符号说明等内容。
11月28日上交手写说明书
• 最终成果 • 1.绘制换热器总装置图一张.管板布置 图一张(直角坐标质) • 2.撰写设计说明书一份.
三、设计说明书编排顺序
• ①标题页(封面); • ②设计任务书; • ③目录; ④设计方案简介; • ⑤工艺流程草图及说明; • ⑧工艺计算及主体设备设计;. • ⑦设计结果概要或设计一览表; • ⑧对本设计的评述; • ⑨附图(带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图); • ⑩参考文献; • ⑾主要符号说明。
缓冲板
单程管壳体内径:
D t (nc 1) 2b'
式中: t—管心距,m;nc —横过管束中心线的管数; b’—管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 .
膨胀节结构
• 管壳式换热器型号与系列标准
• 1)基本参数和型号 • (1)基本参数
• 公称换热面积SN • 公称直径DN • 公称压强PN • 换热器管长度L • 换热管规格和排列 • 管程数NP (2)型号表示方法 例G800II-1.0-110
1 2 3 4 5
一、设计的目的及要求
• 4.掌握化工设备的工艺设计程序、方法和有关的 设计原则。包括查阅技术资料、正确选择工艺参 数、搜集有关公式和使用图表手册的能力,以及 正确进行工程计算的能力; • 5.树立正确的设计思想,用工程观念来考虑设计 内容。使理论正确、技术可行、操作安全、经济 合理。 • 6.熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范。 • 7.具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己设 计思想与设计成果的能力。
2.管长
以清洗方便及合理使用管材为原则
合理的换热器管长:1.5m、2m、3m、6m等 管子长度与公称直径之比,一般为l/d=4~6 ,对直 径小的换热器可取大些。
3.管子排列方法
正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形等
管板强度高;流体走短路 机会少,且扰动较大,因 而对流传热系数较高;相 同壳程内排更多管子。
三、课程设计中应注意的问题
4.在设备结构尺寸上,要从加工制造方便、 操作安全可靠的角度考虑,适当的把尺寸 调整为整数; 5.设备装置图应按机械制图的规定绘制; 6.在完成规定的基本设计任务后,可进行多 方案的比较;查阅参考资料,充实设计方 案和结果的评述等。
四、课程设计的步骤
1.下达课程设计任务书; 2.查阅文献参考资料,收集有关数据和公式,必要 时且有条件的应到生产现场收集; 3.根据任务书的要求,确定设计步骤、设计方案、 设计进度; 4.设计方案的确定及论述、设备的工艺计算或选型、 绘图、对设计结果的评述和编写设计说明书。 • 上述2~4项,在课程设计中既相互联系,又相互 制约。在逐步深入的基础上不断地补充和完善。
八.换热器的设计原则 ★ 满足工艺要求(工艺过程所要求的温度、 压力、流量、传热量等); ★ 结构合理、运行安全可靠; ★ 制造、维护方便,操作简单; ★ 成本较低,经济合理。 评价换热设备经济性指标: 固定费用+操作费用=最小
时间分配 • 1、流程的选择与确定 (1天) • 内容包括确定工艺流程的选择与确定,主要工艺 条件及主要设备的说明等内容。 • 2、物性数据的搜集与整理(1天) • 内容包括所查阅与整理处理物系的各种物性数据 图、表、经验公式,从中合理的选择出计算所需 的图、表数据及经验公式。 • 3、工艺计算(2天) • 不同的设计课题所包含内容有所不同。 • 如设计列管式换热器,此时工艺计算部分应包括: 热负荷的计算、平均温度差的计算、传热总系数 的计算、对流传热系数a的计算、传热面积的确 定、设备的主要工艺尺寸计算、流体力学的计算 等内容。
1-换热器代号(G,F) 2-公称直径,mm 3-管程数Np:Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ
• •
4-公称压力PN,MPa
5-公称换热面积SN,m2
一、流体流径的选择-冷、热流体走管程或壳程
① 不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便
② 腐蚀性流体宜在管内-避免壳体和管子同时腐蚀,便于清洗 ③ 压强高的流体宜在管内-免壳体受压,节省壳程金属消耗量
二、化工原理课程设计任务
• 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。(要求在坐标纸上按比例画出 主要结构及尺寸和布管图) 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
二、化工原理课程设计任务
《化工原理课程设计》 说明书 设计题目:管壳式换热器的设计 设计单位:青海大学昆仑学院 专 业: 化学工程与工艺 班 级:化工2010 学 号: 姓 名: 同组成员: 指导教师:师存杰 设计日期:2012年11月
三、课程设计中应注意的问题
1. 必须高度重视,以实事求是、严肃认真的 态度,按质、按量、按时,独立完成课程 设计任务; 2.要广泛搜集相关资料(参数、公式等), 不要只局限于教材。对不同参考资料的数 据要进行分析、比较、判断,选择更合理 的使用。 3.工程计算中,常涉及到适宜范围内的选择。 必须运用已获得的知识,全面分析其影响 因素,必要时进行多次计算、多种方案的 比较,从可靠性和合理性全面考虑方能确 定;
常用的流速范围
流体种类 一般流体 流速 管程 0.5~3 壳程 0.2~1.5
易结垢流体
气体
>1
5~30
>0.5
3~15
不同粘度液体的流速
液体粘度 >1500 1500~500 500~100 100~35 最大流速 0.6 0.75 1.1 1.5
35~1
<1
1.8
2.4
三、流体两端温度的确定
便于清洗,适 于壳程流体易 结垢的场合; 但对流传热系 数较正三角形 的低。
介于正三角 形和正方形 之间。
4. 管间距t
管间距:两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑 以下几个因素: ① 管板强度; ② 清洗管子外表面时所需要的空隙; ③ 换热管在管板上的固定方法。 通常,胀管法取t =(1.3~1.5)d0,且相邻两管外壁间距不 应小于6mm,即t≥6+d0 焊接法取t =1.25d0。
④ 饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液及不凝性气体
⑤ 有毒流体宜走管内,使泄露机会较少 ⑥ 被冷却的流体宜走管间-可利用外壳向外的散热作用
⑦ 流量小或粘度大的液体,宜走管间-提高对流传热系数
⑧ 若两流体的温差较大,对流传热系数较大者宜走管间-减少热 应力
上述各点若不能同时兼顾,应视具体情况抓主要矛盾。
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