南京工业大学列管式换热器材料工程原理课程设计-学位论文.doc
《南京工业大学列管式换热器材料工程原理课程设计-学位论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《南京工业大学列管式换热器材料工程原理课程设计-学位论文.doc(24页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 化工原理课程设计南 京 工 业 大 学材料工程原理B课程设计 设计题目: 列管式换热器设计 混合气体处理能力221000kg/h 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 电子邮箱: 日 期: 指导教师: 设计成绩: “列管式换热器设计”任务书(一) 设计题目 列管式换热器设计混合气体处理能力221000kg/h(二) 设计任务及操作条件 为满足某生产需要,需将混合气体采用循环冷却水冷却,使混合气体的温度从100冷却至50,已知混合气体的压力为6.9Mpa,循环冷却水的压力为0.4Mpa,循环水入口温度25,出口温度36。要求处理混合气体的流量为221000kg/h,试设计一台列管式换热器,完
2、成该设计任务。(三) 混合气体在各定性温度下的有关物性数据: 名称密度(kg/h)热容Cp(KJ/kg)导热系数(w/m)粘度(Pa*S)混合气体903.2970.02791.5*(四) 循环冷却水在各定性温度下的有关物性数据: 名称密度(kg/m)热容Cp (KJ/kg)导热系数(w/m)粘度(Pa*S)冷却水994.304.1740.6240.742* 目录第一章 概述 1.1换热器的应用及主要类型4 1.2列管式换热器的主要结构5第二章 列管式换热器工艺的设计及计算 2.1设计方案初选6 2.2估算传热面积6 2.3工艺结构尺寸的设计8第二章 列管式换热器工艺设计的核算3.1传热能力的核
3、算123.2壁温的核算15 3.3换热器内流体流动的阻力的核算16第三章 辅助设备的设计4.1管路系统原件的设计174.2泵的设计174.3风机的设计19第四章 列管式换热器设计一览表20第五章 设计总结21第七章 参考文献22第八章 设计附图23第九章 答辩记录及评语26第一章 概述1.1换热器的应用 在工业生产中,为实现物料之间热量传递过程的设备统称为换热器。它是化工、冶炼、机械和其它许多工业广泛应用的一种通用工艺设备,特别是对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说,换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中,换热器的投资约占总投资的1020%,在石油冶炼厂中约占全部工艺投资的4050%。换热器的
4、类型随工业发展而扩大,早期的换热设备犹如制造水平和科学水平的限制,多有结构简单、换热面积小和体积较大等的特点,后来列管式换热器的诞生使其成为长期以来化工生产中使用的典型换热设备。表1-1换热器的分类及主要性能比较分类名称相对费用耗用金属(kg/m)最高操作压力(MPa)最高使用温度()管壳式固定管板式130 84 10001500浮头式1.2246U型管式1.01填料函式1.28板式波纹板式162.8260360螺纹板式0.6504.01000板翘式165.7-269500管式蛇管沉浸式100100喷淋式0.81.16010套管式0.81.4150100800空冷式0.81.8箱管式0.50.
5、7100其它板壳式246.48001.2列管式换热器的主要结构 管壳式换热器(列管式换热器)适用于冷却、冷凝、加热、换热、再沸、蒸发和废热回收等方面。由于其具有结构牢、操作弹性大、可靠程度高、适应性强、使用范围广等优点,在工程上使用广泛,特别是在高温高压下。只有当流量小、压力与温度低,特别是物流对碳钢具有腐蚀性或粘度很高时选用板式换热器,如果流量小,但压力或温度较高时选用套管式换热器。而具体的选用则需要综合多种因素择优选择。常用列管式换热器的基本构型有一下几种。(1) 固定管板式换热器 换热管束固定在两块管板上,管板又分别焊在外壳的两端,管子、管板和壳体都是刚性连接。当管壁与壳壁的壁温相差大于
6、50时,为减小或消除温差产生的热应力,必须设有温差补偿装置,比如波形膨胀节。固定管板式换热器结构较简单,制造成本低,管程可用多种结构,规格范围广,在生产中广泛应用。因壳侧不易清洗故不适宜较脏或有腐蚀性的物流的换热,适用于壳壁与管壁温差小于70、壳程压力不高、壳程结垢不严重、并且可以用化学方法清洗的场合。(2) 浮头式换热器 一端管板与壳体固定,另一端管板可以在壳体内自由浮动。壳体与管束对热膨胀是自由的,因而壳体与管束之间无温差应力。为了浮头部分便于检修、安装和清洗,浮头端常常设计成可拆卸结构,安装时要保证浮头的密封,否则操作时无法知道内浮头端是否泄漏。浮头式换热器的应用比较普遍,但结构复杂,相
7、对费用较高(3) U形管式换热器 管束弯成U形,两端固定在同一块管板上,壳体与管束分开,仅有一块管板,无浮头,可以不考虑温差补偿。U形管式换热器结构简单,管束可以从壳体内抽出,便于管外清洗。但管内清洗困难,故管内必须是清洁和不易结垢的物流。管束中心存在空隙,流体易走短路从而影响传热效果。管板上排管数较少,U形管不能互换,结构不紧凑。(4) 填料函式换热器 浮头部分与壳体采用填料函密封。一是把填料函设置在浮头端的接管处;二是把填料函设置在管板处;三是把浮头伸出空调外设置成外填料函式。 填料函式换热器具有浮头式的优点,又克服了固定管板式的缺点,制造方便,易于检修清洗。但是由于填料函密封性能的限制,
8、目前只用于直径700mm以下的换热器,大直径很少采用,尤其在操作压力和温度较高时就更少采用。壳程内不宜走易挥发、易燃、易爆及有毒物流。第二章 列管式换热器的设计及计算2.1设计方案初选一、 选择换热器类型考虑制造费用、操作具体条件要求、维护费用及清洗的难易程度的因素,初步选择固定管板式换热器(后续计算表明应该选择浮头式)。二、 流程安排流程的安排应该考虑到一下原则:1. 易结垢的流体应走易清洗的一侧。2. 有时在设计上要提高流体的流速来提高传热膜系数,在这种情况下应将需提高流速的流体放在管程。3. 具有腐蚀性的流体应走管程。4. 粘度大的流体应走壳程。需要指出的是,以上要求常常不能同时满足,故
9、在设计中应该考虑其主要问题。根据本次实验的要求,由于冷却水容易结垢,为便于清洗,应使水走管程,混合气体走壳程。从热交换角度,混合气体走壳程可以与空气进行热交换,增大传热强度。选用252.5 mm的10号碳钢管。三、 确定物性数据 壳程混合气体的定性温度T:T=100 T=50 T=(T+T)/2=75管程冷却水的定性温度t:t=25 t=36 t=(t+t)/2=30.5 各物性数据如表2.1 名称密度(kg/h)热容Cp(KJ/kg)导热系数(w/m)粘度(Pa*S)混合气体903.2970.02791.5* 名称密度(kg/m)热容Cp (KJ/kg)导热系数(w/m)粘度(Pa*S)冷却
10、水994.304.1740.6240.742*2.2估算传热面积一、 换热器的热负荷换热器的热负荷是指在确定的物流进口条件下,使其达到规定的出口状态,冷流体和热流体之间所交换的热量,或是通过冷、热流体间壁所传递的热量。在热损失很小,可以忽略不计的条件下,对于无相变的工艺物流,换热器的热负荷由下式确定:Q=式中 Q-热负荷,kJ/h; m-工艺流体的质量流速,kg/h; -工艺流体的热容,kJ/kg; -工艺流体的温度变化,* 由上式计算本次列管式换热器设计的热负荷: Q=2210003.297(10050) =36431850kJ/h =10120kw二、 冷却剂的用量冷却剂的用量取决于工艺流
11、体所需的热量及冷却剂的进出口温度,此外还与设备的热损失有关。而对于流体被冷却的情况,工艺流体所放出的热量等于冷却剂所吸收的热量与热损失之和,在实际设计中,为可靠起见,常可忽略热损失,以下式计算冷却剂用量: 式中 -冷却剂用量,kg/h; -冷却剂热容,kJ/kg; -冷却剂进出口温度的变化,* 由上式计算本次列管式换热器设计的冷却剂用量: = =220.4kg/s=793440kg/h三、 平均传热温差平均传热温差是换热器的传热推动力,其值不仅和进出口温度有关,而且与换热器内两种流体的流型有关。对于逆流和并流,平均 温差均可用换热器两端流体温度的对数平均温差表示,即: 式中 -逆流或并流的平均
12、传热温差,; 图2-1 逆流: =T =T 并流: =T =T* 按逆流计算本次列管式换热器设计的平均传热温差: =41.5四、 传热面积对于传热面积的估算可根据流体的具体情况,参考换热器传热系数的大致范围选取合适的K值,然后利用传热速率方程式,初步确定所需的传热面积: 式中 A-估算的传热面积,; K-选取的传热系数,w/;-平均传热温差, -换热器的热负荷,kw 考虑到估算性质的影响,常取传热面积为计算值的1.51.15倍。* 根据本次设计的要求,查列管式换热器用作冷却器时的K值范围表选择总的传热系数K=412w/按逆流估算本次列管式换热器设计的传热面积:= =567 考虑到估算性质的影响
13、,常取传热面积为计算值的1.51.15倍,即: 表2-2 A=5671.25=7092.3工艺结构尺寸的设计一、 选择管径及管内流速若选择较小管径,管内传热膜系数可以提高,而且对于同样传热面积来说可以减小壳体直径。但管径小,流动阻力大,机械清洗困难,设计时可根据具体情况选用合适的管径。根据本次设计要求及查常用换热管的规格和尺寸偏差表、列管式换热器中不同粘度液体的最大流速表以及列管式换热器常用流速,选择GB81638(碳钢)取管内流速1.5m/s二、 选择管长、确定管程数和总管数选定管径和管内流速后,可由下式确定单程管数: 式中 -单程管数目; -管程的体积流量,; -传热管内径,m; -管内流
14、体流速,可得单程换热器的管长如下: 式中 L-按单程计算的管长,m ; A-估算的传热面积,; -管外径,m 如果按单程计算的管太长,则应该采用多程管,此时应按实际情况选择每程管的长度。在选取管长时应注意合理利用材料,还要使换热器具有适宜的长径比。列管式换热器的长径比可在425范围内,一般情况下为610。确定了每程管子长度后即可求的管程数: 式中 L-按单程计算的管长,m; L-选取的每程管长,m; -管程数(必须取整数)则换热器的总管数为: 式中 -换热器总管数* 由上式分别计算本次列管式换热器设计的管程数和传热管数: =470.6=471(根)按单程管计算所需的传热管长度: =19.2m因
15、此按单程管设计时传热管过长,宜采用多程管结构。根据本次设计的实际情况,去传热管长l=10m,则该换热器的管程数为: =2(管程)传热管总数=4712=942(根)三、平均传热温差校正及壳程数 换热器的平均传热温差由下式计算: 其中温差校正系数与流体的进出口温度有关,也与换热器的壳程数及管程数有关(值可查温差校正系数图)。而一般要求值不得低于0.8,否则会出现温度交叉或温度逼近的情况,此时应该采用多壳程结构的换热器或多台换热器串联。* 本次列管式换热器设计平均传热温差的计算:=4.6 按单壳程,双管程,查温差校正系数图得=0.91平均传热温差:= 0.91 41.5=37.8由于平均传热温差校正
16、系数大于0.8,同时壳程流体流量较大,故取单壳程合适。四、管子排列 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列,如下图所示。 (a) 正方形直列(b)正方形错列 (c) 三角形直列 (d)三角形错列 (e)同心圆排列 正三角形排列结构紧凑;正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器,常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列,而在各程之间为了便于安装隔板,采用正方形排列方式。 管板的作用是将受热管束连接在一起,并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。* 本次列管式换热器的设计采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 南京 工业大学 列管 换热器 材料 工程 原理 课程设计 学位 论文
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。