当前位置：文档之家 › 循环水冷却器的设计 化工原理课程设计

循环水冷却器的设计 化工原理课程设计

  • 格式：doc
  • 大小：393.50 KB
  • 文档页数：27

目录1设计任务书 (1)1.1设计题目：循环水冷却器的设计 (1)1.2设计日任务及操作条件 (1)1.3厂址：齐齐哈尔地区 (1)2设计摘要 (2)3主要物性参数表 (3)4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 (11)5设备参数的计算 (15)5.1确定换热器的代号 (15) (15)5.2计算壳体内径DⅠ5.3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 (26)7总结评述 (27)8参考文献 (28)9主要符号说明 (29)10附表 (30)1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①处理能力：70000kg/h②设备型式：列管式换热器1.2.2、操作条件①循环水：入口温度60℃，出口温度45℃②冷却介质水：入口温度15℃，出口温度40℃③管程和壳程的压强不大于1.6MPa④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，让换热器既造价低廉又坚固耐用，以达到即经济又实惠的效果。

３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℃物性壳程（循环水）管程（冷却水）符号数据符号数据密度㎏/m2ρ987.05 ρ996.74比热容kJ/（kg℃Cp14.176 Cp14.178粘度Pas µ1549×10-6µ2886.3×0导热系数w/m℃λ650.79×10-3λ610.5×10进口温度℃T155 t210出口温度℃T240 t235 4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=mh cph△t1=(74000/3600) ×4180.5×(55-40) =1.289×106w热负荷Qh =Qh-Q1=(1-5%)Qh=0.95×1.289×106w=1022455×106w （2）冷却水流量的计算Q=0.95mh cph(T1-T2)=mh cph(t1-t2)所以mc=0.95×70000×4.805×（55-40）/3600×4.181×(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=30℃△tm=25℃P=t2-t1/T1-t1=0.56R=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：Ψ△t=0.88，则有△tm=0.88×25=22℃（2）确定管程数由于Ψ△t=0.88〉0.8，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K=900 W/(m℃)则估算的传热面积为：A=Q/K△tm=61.85㎡（2）管径和管内流速选用Φ25×2.5的碳钢传热器 取管内流速为u i =0.5m/s (3)估算管程数和传热管数 V=n s 3.14/4d i 2u i由4.1.2可知：冷却水用量=11.08kg/s 则Mc/ ρc=0.0111m 3/sN s =0.111/3.14/4(0.02)2×0.5=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/3.14d i n s =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N T =N p n s =2×75=150 根实际传热面积S o =N3.14d （1-0.1）=77.81㎡ 则要求过程的总传热系数为 Ko=Q/So △t m =715.3w/(㎡℃) 该换热器的基本结构参数如下：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22202638..0212416802.0414.3n 4m N d A p i i =⨯⨯=••=πs m A V s s /421.02638.0/0111...0/u i ===)(968700008663.074.996421.002.0湍流=⨯⨯==cic i ei ud R μρ普兰特准数：93.56176.000008663.010178.43=⨯⨯==•c P ccph ri λμ)℃W/(m 13.2431)93.5()9687(02.06105.0023.0Pr Re 23.0 23.08.04.08.0=⨯⨯⨯==iii d λα4.2.2 壳程传热系数取换热器管心距t=32 mm壳程流通截面积为：)/1(0t d hD A -=其中：h-折流板间距。

取为150㎜。

D-壳体公称直径，取为150㎜ d-管子外径，可取25㎜ t-中心距，可取32㎜。

壳程流体流速：s m A V c /005.21)01641.05.09873600/(7500/u 00=⨯⨯==当量直径按三角形排列有：，当量直径：md d t 0202.0))(4/14.41(4d 0202e =-=ππ4356800057075.05.0987005.210202.0Re 00=⨯⨯==cc e ud μρ普兰特准数：3.535079.6010494.501076.14Pr 330=⨯⨯⨯==-ccpc c λμ用壳方流体的对流传热系数的关联式计算)℃W/(m 08.38495.034.114050027.014.036.0 23155.00=⨯⨯⨯⨯=α带入数据得：℃·/95.593994.053.107.3560202.06508.036.020m w =⨯⨯⨯⨯=α4.2.3 计算总传热系数)1(10000oso m i si i i R d bd d d R d d K αλα++++=其中：10,αα——壳程管程对流传热系统w/㎡·℃ m i d d d ,,0——换热管外径内径和内外径的平均值mm0,s si R R ——管内侧外侧污垢热阻㎡·℃/w ；b ——换热器壁厚，取 0.0025mλ——碳钢的导热系数，取45 w/㎡·℃管壁热阻碳钢在该条件下λ=45 w/㎡·℃W m R w /·1006.0450025.023℃-⨯==℃20/58.934)02.0025.006.042.6040100014.05.240902.0025.002.0025.000014.05.240902.0025.0(1m w K =⨯+++⨯+⨯+⨯=计算安全系数%24.18%10039.79039.79058.934=⨯-=-=选选计k k k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t p i F N P P P ]11[21)(∆+∆=∑∆2,22i i i p u d L p N ρλ=∆= （1）对于ΔP 1的计算：管程流通截22202638.0414.3216802.0·4·m N n d A P i i =⨯⨯==π由此可知s m A V u i i i /421.002638.00111.0===968710630.86421.002.074.9965-=⨯⨯⨯==μρii ei u d R 设管壁粗糙度005.0201.0,1.0===id mm εε λ=0.037代入1P ∆计算式ΔP 1=0.037×Pa 48.9802444.074.99602.06037.021=⨯⨯⨯=∆）（P (2)对于2P ∆的计算Pa u P 99.2642)444.0(74.996323222=⨯⨯==∆ρ（3）对于i P ∑∆的计算 则：Pa N F P P P p t i 32.348724.1)99.26448.980()('2'1=⨯⨯+=∆+∆=∑∆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s s F N P P P ]12['2'10)(∆+∆=∑∆其中： 2)1(200'1u N n Ff P B c ρ+=∆2)25.3(2'2u D h N P B ρ-=∆Fs 是壳程压强降届后校正因数，液体取1.15； Ns 是壳程数，为1 （1）对于'1P ∆ 的计算由于换热器列管呈三角形排列F=0.526.141681.11.1===n N c 取折流板间距为300mm ；1913.06=-=b N 块 壳程的流通面积㎡04305.0)025.026.145.0(3.0)(00=⨯-⨯=-=d n D h A c4576.004305.005.987360070000000=⨯⨯==A V u 2.197841075.57005.9874576.0025.0Re 6000=⨯⨯⨯==-μρu d可见0Re >500故可应用下式计算0f5241.02.197840.5Re 0.5228.0228.000=⨯==--fPau N n Ff B c 5.77232)4576.0(05.987)119(26.145241.05.02)1( P 2200'1=⨯+⨯⨯⨯=+=∆ρ(2)对于'2P ∆ 的计算Pa u D h N P B 0.45162)4576(05.987)5.03.025.3(192)25.3(220'2=⨯⨯⨯-⨯=-=∆ρ(3)对于0P ∑ 的计算Pa F N P P P s s 6.3427024.1)0.45165.7723()(]12['2'10=⨯⨯+=∆+∆=∑计算表明： 管程压强降为3487.32Pa ，小于压强1.6MPa壳程压强降为34270.6Pa ，亦小于设计压1.6MPa ;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 ]13[806.1500----G5.1.2 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。

合集下载

化工原理课程设计--用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计

化工原理课程设计--用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计

化工原理课程设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计系别：班级：学号：姓名:指导教师：日期：2015年6月26日任务书一、设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的工艺设计二、设计任务：1、处理能力：45t/年煤油2、设备型号：列管式换热器3、操作条件：煤油:入口温度140℃，出口温度40℃冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃允许压降：不大于105Pa每年按330天计建厂地址：新乡三、设计要求1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制（设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。

）目录一、设计方案 (4)1.1换热器的选择 (4)1.2流动空间及流速的确定 (4)二、物性数据 (5)三、计算总传热系数： (5)3.3、估算传热面积 (5)3.3.1热流量 (5)3.3.2平均传热温差 (5)3.3.3传热面积 (5)3.3.4冷却水用量 (5)3.4、工艺结构尺寸 (6)3.4.1管径和管内流速 (6)3.4.2管程数和传热管数 (6)3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (6)3.4.4传热管排列和分程方法 (7)3.4.5壳体内径 (7)3.4.6折流板 (7)3.4.7接管 (7)3.5换热器核算 (8)3.5.1热流量核算 (8)3.5.2换热器内流体的流动阻力 (10)四、设计结果设计一览表 (12)五、设计自我评价 (12)六、参考文献 (13)七、主要符号说明 (13)八、主体设备条件图及生产工艺流程图（附图） (13)一、设计方案1.1 换热器类型的选择列管式换热器有以下几种：1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。

当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。

化工原理甲醇冷却器设计

化工原理甲醇冷却器设计

化工原理课程设计任务书甲醇冷凝冷却器的设计2、设计任务及操作条件处理能力10600kg/h甲醇。

设备形式列管式换热器操作条件①甲醇：入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。

②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃，压力为0.3MPa。

③允许压降：不大于105 Pa。

④每年按330天计，每天24小时连续运作。

3、设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。

设计方案1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度64℃，出口温度50℃冷流体。

冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。

从两流体温度来看，换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。

（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水易结垢，为便于清洗，应使冷却水走管程，甲醇走壳程。

另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。

同时，在此选择逆流。

选用φ25mm×2.5mm的碳钢管，管内流速取u i = 0.5m/s。

2、确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。

壳程甲醇的定性温度为：管程循环水的定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

甲醇在57℃下的有关物性数据如下：密度ρo=755.77 kg/m3定压比热容c p o=2.629kJ/(kg·℃)导热系数λo=0.1919W/(m·℃)粘度μo=0.00039 Pa·s循环水在35℃下的物性数据：密度ρi=994kg/m3定压比热容c p i=4.08 kJ/(kg·℃)导热系数λi=0.626 W/(m·℃)粘度μi=0.000725 Pa·s设计结果主要符号说明。

化工原理课程设计

化工原理课程设计

热水冷却器的设计两流体温度变化情况：热水进口温度80℃，出口温度60℃,压力0.1Pa ，冷流体(循环水)进口温度32℃，出口温度40℃。

允许压降不大于510Pa,每年按330天，每天按24小时连续运行 。

（一） 确定设计方案1.选择换热器类型该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

2. 流动空间及流速的确定循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。

选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取i u =1.Om/ｓ。

(二)基础物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程油的定性温度为：8060702C C T ︒︒︒-==(C ︒)管程流体的定性温度为：()3240362C Ct C ︒+︒==︒经计算可得水在70℃下的有关物性数据如下： 密度30977.8kg m ρ=定压比热容0 4.187()P C kj kg c ︒=⋅ 导热系数00.6676λ= 黏度 00.0004061Pa s μ=⋅循环冷却水在36℃下的物性数据： 密度 3994i kg m ρ=定压比热容 pi C =4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数 i λ=0.626 W/(m·℃) 粘度 i μ=0.000725 Pa s ⋅()三计算总传热量1． 热流量的计算534011010 1.262631033024q ⨯⨯==⨯⨯2． 平均传热温差'1212(8040)(6032)33.68040ln ln6032m t t t Ct t ︒∆-∆---∆===∆--∆3. 冷却水用量()640 1.057310 3.239277104.084032i pi i Q kg h C t ω⨯===⨯∆⨯-4. 总传热系数 K管程传热系数0.02 1.0994Re 273400.000725i i iid u ρμ⨯⨯===()0.80.420.0234758.7pi i i i i i i i i i c d u w m c d μλρμλ︒⎛⎫⎛⎫∂==⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭壳程传热数假设壳程的传热系数()202000wmc ︒∂=⋅污垢热阻20.000172si R m c w ︒=⋅ 200.000172s R m c w ︒=⋅ 管壁导热系数()45wm c λ︒=⋅()2000001700.381si s i i i i K w m c d d bd R R d d d λ︒==⋅++++∂∂（四）计算传热面积3'2285.36109.68700.38m Q S m k t ⨯===∆15%的面积欲度21.159.6811.132S m =⨯=()五工艺结构尺寸1. 管径和管内流速：选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速s m u i /1=，选用管长为3m 。

2014化工课程 循环水冷却系统

2014化工课程 循环水冷却系统

齐齐哈尔大学Qiqihar University化工原理课程设计——回流液冷却器说明书学院：专业：班级：姓名：学号：指导教师：设计日期：2014年8月25日至2014年9月7日摘要随着社会的进步和发展，换热器越来越多的被应用到生产实践中去。

各种新型高效换热设备及传热元件不断出现，并在生产中得到推广应用，带来了巨大的经济效益。

换热器形式多样，每种换热器设备都有其本身的结构特点和工作特性，有些结构形式，在某种情况下使用是好的，但其他情况并不一定适用。

选用换热器应根据流体种类、热导率、黏度等物理性质，以及腐蚀性、热敏性等化学性质，针对选择。

在换热器选型时，还应考虑材料的价格、制造成本、动力消耗费和使用寿命等因素，力求使换热器在整个使用寿命内最经济地运行。

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。

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，管箱，封头，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，让换热器既造价低廉又坚固耐用，以达到即经济又实惠的效果。

关键词：列管换热器;固定板式换热器；初步设计AbstractWith social progress and development, the heat exchanger is increasingly beingapplied to production practice. All kinds of high-efficiency heat exchanger and theheat transfer components appear constantly, and widely used in production,Has brought the enormous economic benefits.Heat exchanger in various forms, each heat exchanger device has the structural features and operating characteristics of its own, some form of structure, used insome cases is good, but the other is not always applicable. Should be selectedaccording to the type of fluid, thermal conductivity, viscosity and other physical properties of heat exchanger, and the corrosion resistance, heat sensitivechemical properties, the choice of. In the selection of heat exchanger,consideration should also be given to the material price, cost, power consumptioncost and service life and other factors, in order tomake the most economic operation in the entire service life of heat exchanger.First determine the fluid flow path. We choose the cooling water inlet pipe,circulating water through the pipe.We determine the temperature two fluid, because there is little thermal effectcaused by temperature, can choose a fixed tube plate heat exchanger. According to the total heat transfer coefficient and the heat load of a preliminary calculation,and the heat exchanger area, root number and length of the heat exchanger, to determine the tube number. And relevant data.After the preliminary work, on various parameter checking device, which comprises a heat exchanger shell, tube box, head, tube plate, flange selectionand so on, then a series of examinations.These attachments, not only to match well with the heat, but also to take into account the economic demand, let the heat exchanger is cheap and durable, toachieve the economical effect.Keywords: shell and tube heat exchanger; the fixed plate heat exchanger;preliminary design目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 换热器的重要性及意义 (1)1.2 换热器的研究现状及其发展趋势 (1)1.2.1 国内的研究现状 (1)1.2.2 国外的研究现状 (1)1.2.3 换热器的发展趋势 (2)1.3、换热器的种类 (2)1.4、管壳式换热器的种类及特点 (3)1.4.1 固定管板式换热器........................... 错误！未定义书签。