循环水冷却器.docx

1、循环水冷却器化工原理课程设计 设计题目: 循环水冷却器设计 设计时间：2013.6.23-2013.7.1 设计班级： 食安班 设 计 者： 学 号： 2010 指导教师： 设计成绩： 目录 化工原理课程设计任务书1.设计任务书设计题目：循环水冷却器设计设计条件：1.设备处理量：74T/h。2.循环水：入口：55，出口：40。3.冷却水：入口：20，出口：30。4.常压冷却，热损失：5%。5.两侧污垢热阻0.00017m2/w。6.初设K900w/m2。设计要求：1. 设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。2. 根据所选换热器画出设备装配图。2.设计摘要 传热过程是因温度差而产生热量从高温

2、区向低温区的转移。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备，却种类繁多，样式多样。按换热设备的传热方式划分主要有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。虽然直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特点，但由于在换热过程中，有高温流体和低温流体相互混合或部分混合，使在应用上受到限制。因此工业上所有的换热设备工业上所有的换热设备以间壁式换热器居多。管式换热器的类型也是多种

3、多样的，从其结够上大致可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括板式、螺旋板式、板壳式换热器。不同类型的换热器各有自己的优点和使用条件。其中以列管式换热器应用的更为广泛。 烈管式换热器的类型是多种多样，列管式换热器可以分为固定管板式、U形管式和浮头式等。在这次实验设计中我们选择的是固定管板式换热器。它单位体积的传热面积极大，结构简单，加工制造比较容易，结构坚固，性能可靠，适应面广。在现代的化工生产中应用最为广泛，而且设计资料和数据较为完善，技术上比较成熟。 本设计是一列管换热器的设计。该换热器应具备的功能可以将循环水由55冷却至40。换热器所用

4、的冷却介质是初始温度为20的冷水，并要求冷水出口温度为30。此换热器又称循环水冷却器。根据所给的任务，我们综合考虑。首先确定了流体流径。我们选择冷却水通入管内，而循环水通入管间。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。初算时利用暂定的总传热系数和算出的热负荷，初算换热器的换热面积，换热器的根数和长度，确定管程数。进而我们可以查阅相关资料。在固定管板换热器系列标准中，我们初步选择最接近计算值最符合的换热器，然后进行校核验算是否符合要求。 有了初步的换热器后，我们便要对其设备参数进行校核，对其附件进行选择和匹配。包括换热器壳体、封头、管箱、管板、法兰的选

5、用，折流板、隔板、支座形式的选用等。在选择这些附件的同时，不仅应当使其与所选换热器能够很好的匹配，并要使换热器既造价低廉又坚固耐用，且要兼顾经济的效果。3主要物性参数表3.1循环水 对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故循环水的定性温度为：t定循 =(55+40)/2=47.5根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：密度 h=989.1 kg/m3；比热容 Cph=4.174 kJ/kg 导热系数 h=0.6443 W/m 粘度 h=0.000648 Pas3.2冷却水 对于黏度较低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均制，故冷却水的定性温度为：tm=(20+30)

6、/2=25 根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：密度 i=996.9kg/m3比热容 Cpi=4.179kJ/(kg) 导热系数 i=0.6083W/(m) 粘度 i=0.0009025Pas表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kg/m3h989.125c996.95比热容kJ/kgCph4.174Cpc4.179粘度Pa.sh576.0510-6c90610-6导热系数W/mh644.310-3c608.2510-3进口温度T155t120出口温度T240t2304估算传热面积 4.1换热器的热负荷： =740004.174(55-40)95%=4.40

7、1106 kJ/h=1222.5 kw4.2平均传热温差（对流传热）：4.3冷却水用量：4.4传热面积：由已知K=900 W /m2。考虑到估计性质的影响，根据经验范围，取实际传热面积为估计值的1.15倍。S=60.591.15=69.68 m25.工程结构尺寸5.1管径和管程流速： 选用252.5传热管，取内管流速1.2m/s5.2管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程管传热管数所以ns=78 (根)按单管程计算，传热总管长度为：现在取传热管长l=6 m，则该换热器的管程数为：传热管总根数：N=782=156（根）5.3平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数按单壳程双管程结构

8、，查表得：t=0.81 平均传热温差：由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大故取单壳程合适。5.4传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方型排列，取管心距t=1.25d 则t=1.2525=31.2532（mm）隔板中心到离其最近一排管中心距离:s=t/2+6 mm =32/2+6=22 mm隔板两侧相邻管心距为：c=2s=44 mm通过管束中心线的管数： 5.5壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为： 圆整可取：D=600（mm）5.6折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%，则切去的圆缺高

9、度为： h=0.25600=150（mm） 取折流板间距B=0.3D，则B=0.3600=180（mm）可取B=200（mm） 折流板数：5.7附件选取拉杆直径为12mm，拉杆数量为4根，壳程入口应设置防冲挡板。5.8接管 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s 则接管内径： 壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s 即接管内径；所以取标准管：壳程接管：1274.5，管程接管：1464.5。经校核,符合标准6.换热器的核算6.1传热能力核算6.1.1管程传热膜系数： i=0.023Re0.8Pr0.4i/di管程流速截面积：管程流体速度： 6.1.2污垢热阻和管壁

10、热阻 污垢热阻：Rsi=0.00017 ( m2)/W Rso=0.00017 (m2)/W 管壁导热系数：=50W/m6.1.3壳程对流传热膜系数：当量直径： 壳程流通面积： 粘度校正 6.1.4总传热系数K 6.1.5传热面积： 实际传热面积：面积裕度：6.2换热器内流动的流动阻力 6.2.1管程流动阻力： 由Re=26510.36,传热管相对粗糙度0.0 1/20=0.005，查莫狄图得i=0.0322w/m i=1.2m/s =996.9kg/m3, 所以P1=0.033(6/0.02)(1.22996.9/2)=6933.64 PaP2=2/2=3996.91.22/2=2153.3

11、04 Pa Pi =(6933.64+2153.304)1.52 = 27260.832 Pa管程流动阻力在允许范围之内 。6.2.2壳程阻力：P0=（P1+P2）FtNs Ft=1.15 Ns=1流体经管束的阻力：P1=F0nc(NB+1)2/2 F=0.5 0=524178-0.228=0.501 nc=1.1N0.5=1.11560.5=13.74 NB=29 0=0.792m/s P0=0.50.50113.74(29+1)0.7922989.1/2=32031.4Pa 流体经过折流板缺口的阻力损失： P2=NB(3.5-2B/D)2/2 B=0.20 D=0.60 P2=29(3.5

12、-20.2/0.6)0.7922989.1/2=25489.2Pa 总阻力损失： P总=32031.4+25489.2=57520.6Pa 壳程流动阻力在允许范围内 。7.换热器主要结构尺寸和计算结果表管程壳程流率kg/h740001108680.6温度进/出20/3055/40压力MPa1.61.6物性定性温度2547.5密度kg/m3996.9989.1热容kJ/(kg.)407194.174粘容Pa.s90.2510-564.810-5导热系数W/(m) 60.8310-564.4310-5普兰特数6.323.74 设备结构参数型式固定管板式台数1壳体内径mm600壳层数1管径252.5

13、管心距32管长6000管子排列管数目（根）156折流板数29传热面积m262.20折流板距200管程数2材质碳钢接管壳程内径1274.5接管管程内径1464.5主要计算结果管程壳程流速m/s0.9950.792传热膜系数w/m24317.14819.3污垢热阻m2/w0.000170.00017阻力损失0.0190.025热负荷kw1222.5传热温差18.38传热系数w/m21069.4裕度18.148.零件参数8.1壳体壁厚 S，c=PDi/2&t-P=1.6600/21130.9-1.6=4.76mm C=1.24mm Sc=Sc+C=6mm8.2 接管法兰Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHS

14、DD1D2fbd重量（kg）数量直径KH1251334235200178310181.988M16561501594.5260225202312182.628M16568.3 设备法兰DgDDDDDbaad规格数量法兰重量60073069065564564340151323M202835.18.4 封头管箱 封头：以外径为公称直径的椭圆形封头公称直径Dg曲面高度h1直边高度h2内表面积F（m2）容积v（m3）600150400.4640.3968.5 设备法兰垫片（橡胶石棉板）公称直径Dg垫片内径d公称压力F(m2)垫片外径D600615166558.6 管法兰用垫片法兰公称压力Mpa介质温度

15、密封面型式垫片名称材料冷却水1.660光滑橡胶垫片橡胶板循环水1.660光滑橡胶垫片橡胶板8.7 管板管板厚度30，长度666，材料为16MnR。8.8 支垫（鞍式支座）公称直径Dg每个支座允许负荷tb1LBlK1bm重量（kg）60036.81805501202604209022026.38.9 设备参数总表序号图号标准名称数量材料单重（kg）总量（kg）1LNQ-001-3前瑞管箱1组合件84.52HG20592法兰PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5 L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板 29Q235-A7.5217.55

16、筒体DN127X4.51Q235-B2786LNQ-001-2拉杆4Q235-B4.216.87GB/T6170螺母M1684级0.040.328LNQ-001-3法兰120II879垫片642/600 S=34石棉橡胶板0.310JB/T4701-2000法兰-FM600-1.01Q235-B40.811筒体DN600X8 L=1401Q235-B16.812JB/T 4746-2002封头EHA 600X51Q235-B1713GB/T14976换热管25X2.5，L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座 500-S2Q235-A/Q235-B26.

17、315JB/4701-2000法兰-FM500-1.01Q235-B29.516SYJ11-65垫片2橡胶板0.150.317LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.1618LNQ-001-2管板116MnR6519GB/T6170螺母 M201286级0.0648.220JB/T4707螺栓M20x150-A626.8级0.3320.4621SYJ11-65垫片1橡胶板0.39.学习体会与收获这大三这学期有机会在老师的帮助下和同学一起设计化工原理课程设计感到很有压力，这次设计中我的收获很多，学习到了以前在书本上没有学到的知识和技巧.真正的将理论联系到了实际当中。认识到了实践的重要

18、性，也感觉到了经验的重要性。在这两周的学习中在理论的基础上了解了怎样设计换热器，并将所学的付诸于实际设计当中。在设计的过程中我们认真的查阅相关的资料，了解相关的知识，培养了自学的能力。通过这次设计实践我真正体会到了理论要结合实际才会发挥价值。而且我也认识到了我的不足，在设计的过程中发现自己对学习化工原理基础并没有深刻的了解。对知识的运用不够熟练，同时也了解到自己缺乏耐心，这些方面都需要以后进行加强。在循环水冷却器设计过程中，我感觉我的理论运用能力得到了提升。我们需要掌握了查阅资料、选用公式和搜集数据的能力。并树立了既考虑技术上的可行性，也注意到操作是的正确设计思想，在这种的设计思想下去分析解决

19、实际问题的能力，还要培养了迅速准确的进行工程计算的能力，学会用简洁的文字，清晰的图案来表达自己的设计思想的能力。这次的设计实验过程中我们组一共是五个人，大家是分工协作，培养了大家的合作精神。我们在设计中都非常的认真配合的也很有默契。我们在一起互相帮助互相学习。共同探讨我们不会的地方。我们也共同去思考更有创意的设计。共同的进步，共同的享受我们成功的喜悦让我真正的体会了理论是要结合实际才能发挥价值。但是没有好的理论基础在实践中的困难也会很多很多。通过这次的设计实验我也找到了自己的不足，在设计的过程中发现自己对学习化工原理基础并没有深刻的了解。对知识的运用不够熟练，同时也了解到自己的还没有耐心。在设

20、计中常常表现急躁多亏有大家的帮助，在这方面我还需要加强。在设计的过程中使自己认识到了自己的不足，从而提高自己，完善自己。10参考文献1 天津大学.化工原理.天津:天津科学技术出版社，1990.2 魏崇关,郑晓梅.化工工程制图.北京:化学工业出版社，1992.3 化工设备结构图册编写组，化工设备结构图册.上海:上海科学技术出版社，1978.4 柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津:天津科学技术出版社，1994.5 Perry化学工程手册.6 华南理工大学.化工过程及设备设计.广州:华南理工大学出版社，1986.7 刁玉玮，王立业编.化工设备机械基础.大连:大连理工大学出版社，1989.

21、8 中华人民共和国化学工业部工程建设标准钢制管法兰，垫片，坚固件（1991-12）化学工业出版社.9 钢制列管式固定管板式换热器结构设计手册1994.11.7.10 化工设备设计手册材料与零部件上海人民出版社.11 姚玉英主编化工原理（上）天津大学出版社.12 大连理工大学教研室编.化工原理课程设计大连理工大学出版社，1994，7.13 夏清主编化工原理（上）天津大学出版社2005，1.14 齐齐哈尔大学化工原理教研室编.化工原理课程设计.15 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理(上册).第2版.北京：化学工业出版社，1990. 11.重要符号说明Q 热负荷 KJ/hmi热流体质量流速 KJ/h

22、 Cpi热流体比热容 KJ/(kg)Cpi冷流体比热容 KJ/(kg)di 传热管的内径 mdo 传热管的外径 mde当量直径 mD 公称直径mK 选取的传热系数 t1冷流体进口温度 t2冷流体出口温度 T1热流体进口温度 T2热流体出口温度 R平均温差校正系数的参数Ft温度校正系数Tm平均温差L单程管长 mNp单程数N总管数D公称直径 mP公称压力 Mpaai管程传热膜系数Vs热流体体积流速ui管程流速m/sRei管程雷诺准数ao壳程传热膜系数 h折流板间距 mAo计算传热面积 m2T管中心距 muo壳程速度 m/sDe当量直径 mReo壳程雷诺准数Pro课程普兰特数流体在定性温度的黏度，Pa.s导热系数，dm平均管径 mRsi管程的污垢热阻 Rso壳程的污垢热阻 b壁厚 m管程压力降 Pa相对粗糙度 mm