循环水冷却器设计全文

1、设计目录设计任务书概述物性参数的确定设计方案的确定1选择换热器的类型流程安排估算传热面积1换热器的热负荷2平均传热温差3传热面积工程结构尺寸1管径和管内的流速管程数和传热管数目录3平均传热温差校正及壳程数4传热管排列和分程方法5管体内径106折流板107其它附件118接管11七 换热器的核算111传热能力的核算11管程传热膜系数12污垢热住和关闭热阻12壳程对流传热膜系数。12总传热系数K132换热器内流体的流动阻力1414校核管程流体的阻力14壳程流体的阻力换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表设备参数的计算1壳体壁厚2接管法兰3设备法兰4封头管箱5设备法兰用垫片6管法兰用垫片15161616

2、171717178支垫179设备参数总表18十 参考文献 19十一 学习体会与收获 20十二 重要符号说明 21一、设计任务书化工原理课程设计任务书专业：高分子材料与工程专业班级：高分子姓名：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：入口温度55，出口温度40。3冷却水：入口温度20 ，出口温度30。4常压冷却热损失5%。5 .两侧污垢的热阻0.00017 m2/W。6 ,初设 k= 900W/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。2根据所选换热器画出设备装配图。指导教师：二、概述：热过程是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

3、热设备却种类繁多，形式多样。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 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。、固定管板式定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体两 端。主要特点

4、是制造方便，紧凑，造价较低。但由于管板和壳体间 的结构原因，使得管外侧不能进行机械清洗。另外当管壁温与壳体 壁温之差较大时，会产生较大的温差应力。严重时会毁坏换热器。此可知，固定管板式换热器使用与壳程流体清洁，不易结垢。或者 管外侧污垢能用化学处理方法去掉的场合，同时要求壳体壁温与管 子壁温之差不能太大，一般情况下，该温差不得大于50。若超 过此值，应加温度补偿装置。通常是在壳体上加一膨胀节。、浮头式换热器头式换热器是用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板 可以在壳体内自由伸缩，并子这端管板上加一顶盖成为“浮头。” 这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。管束可

5、以在壳体内自由伸缩，不会产生温差应力。但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。以上特点可以看出浮头式换热器的应用范围很广，能在较高的压力 下工作，使用于壳体壁温与管壁温之差较大，或壳程流体易结垢的 场合。、U型管式换热器类换热器的管束是由弯曲成U型的传热管组成。其特点是，管束 可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简单，造价比浮头式低， 管外容易清洗。但管板上排列的管子较少，另外由于管束中心一带 存在间隙，且各排管子回弯曲率不同，长度不同，故物料分布不够 均匀，影响传热效果。型管式换热器适用于壳程流体易结垢，或是壳体壁温与管壁温之差 较大的场合，但要求管程流体应较为清洁，不易结垢。、填

6、料函式换热器类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺 点，结构比浮头式简单，制造方便，易于检修清洗。对于一些腐 蚀严重，需要经常更换管束的场合常采用这种换热器。但这种换热 器密封性能差，故壳程不宜处理易燃、易爆或有毒的气体。同时要 求壳程流体的压力不宜过高。目前所适用的填料函式换热器的直径 一般在7000mm 一下，很少采用大直径的填料函式换热器。三、计算物性参数1、定性温度下两流体的物性参数（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：55 + 41=47.5 m根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：度ph=989.1 kg/

7、m3 ;热容Cph=4.174 kJ/kg热系数=0.6443 W/m5=0.000648 Pas(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：20 + 3o m=25 根据定性温度，分别查处有关的物性参数如下：度pi=996.9kg/m3热容Cpi=4.179kJ/(kg)热系数入i=0.6083W/(m)度M=0.0009025Pas、设计方案的确立.选择换热器类型热流体循环水的进口温度为55，出口温度为40。冷流体冷却水的进口温度为20，出口温度为30。以上数据可知壳体壁温与管子壁温之差小于50，且冷却过程为 常压冷却，因此可以选用固定管

8、板式换热器。定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它 的结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，由于这 种结构使壳侧清洗困难，所以壳程易用于不易结垢和清洁的流体。定管板式换热器.流程安排:由于是常温冷却，并且循环水相对比较洁净，所以选择循环水 走管间,冷却水走管内，既有利于冷却水冷却效率，也可借助于外 界温度加速循环水冷却。五、估算传热面积.换热器的热负荷：Q =咋%*=74000 x4.174x(55-40)x95%=4.401x106 kJ/h1222.5 kw.平均传热温差（对流传热）：冷却水用量：.传热面积：由已知K=900 W/m2。Q 1222.5 X

9、IO3pS = =-= 60-59 in2Kitm 900 X 22.42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=60.59x1.15=69.68 m2六、工程结构尺寸1.管径和管程流速： 选用25x2.5传热管，取内管流速1.2m/s2.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= 77.9105312.3% = 996.9 x 360o x 0.78s x O.O22 x 1.2 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：传热管总跟数：N=78 2=156 （根）.平均传热温差校正

10、及壳程数平均传热温差校正系数按单壳程双管程结构，查表得：t=0.8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。.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贝t=1.25x25=31.25=32 ( mm )隔板中心到离其最近一排管中心距离:=t/2+6 mm=32/2+6=22 mm隔板两侧相邻管心距为：ac=2s=44 mm通过管束中心线的管数：n = 1.19 N = 1.197156 = 15(根).壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径为：D = 1.05

11、UN/ = 1.05 x 32J156/0.7 = 501.6( mm)圆整可取：D=600 ( mm ).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%，则切去的圆缺高度为：h=0.25x600=150 ( mm )取折流板间距 B=0.3D，贝IB=0.3x600=180 ( mm )可取 B=200 ( mm )折流板数：NB传热管长折流板间距6002001 = 29(块).附件取拉杆直径为12mm，拉杆数量为4根壳程入口应设置防冲挡板。.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则接管内径；

12、所以取标准管：壳程接管：127x45，管程接管：146x45。七、换热器的核算1.传热能力核算管程传热膜系数：ai=0.023Reo.8Pr0.4 入 i/di管程流速截面积：凡=.n*= 0.785 x 0.02* x孚=0.0245 m 管程流体速度：105312.3 996.9 x360ox 0.0245=L198?0.02 x 1.198 x 996.90.0009025=26466.2污垢热阻和管壁热阻污垢热阻：Rsi=0.00017 (m2)/WRso=0.00017 (m2)/W管壁导热系数：入=50W/m壳程对流传热膜系数：当量直径：可根据公式：壳程流通面积：So = B DW

13、) = 0.2o X 0.6o 6 I 0.03a0.02625 m7400oU = 0.02625 x360o x 989.1= 0.792?Re00.020 X 0.792 X 989.1 =.000648 =24178粘度校正0 64431a0 = 0.36 x p02 x 241780 55 x 4.23 = 4819.4总传热系数K传热面积：c Q 1222.5 X 1037二=1132.4 X 17.936 = 6匚6 m实际传热面积：Sp = nd0LNt = 3.14 x 0.025 x 6 x 156 = 73.48 m2面积裕度：2换热器内流动的流动阻力管程流动阻力：F =

14、 1.4l P u 25 p u 2A P =人 一 , A P = q 1 d 222由Re=26510.36，传热管相对粗糙度0.0 1/20=0.005，查莫图得入 i=0.0322w/mCp,=1.2m/sp=996.9kg/m3,所以平=0.033x(6/0.02)x(1.22x996.9/2)=6933.64 PaP2=Ski2/2=3x996.9x1.22/2=2153.304 PaZPi =(6933.64+2153.304)x1.5x2 = 27260.832 Pa管程流动阻力在允许范围之内。壳程阻力：nP0= ( P1+P2 ) FtNsFt=1.15Ns=1流体经管束的阻

15、力：Pi=Ffonc(NB+1)Pk2/2F=0.510=5x24178-0.228=0.501nc=1.1No.5=1.1x156o.5=13.74Nb=29p0=0.792m/sP0=0.5x0.501x13.74x(29+1)x0.7922x989.1/232031.4Pa流体经过折流板缺口的阻力损失：P2=NB(3.5-2B/D)M2p/2B=0.20D=0.60P2=29(3.5-2x0.2/0.6)x0.7922x989.1/2=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。八、换热器主要结构尺寸和计算结果表管程

16、壳程率 kg/h40001108680.6度进/出20/3055/40压力MPa1.61.6物性定性温度2547.5密度kg/m 3996.9989.1热容kJ/(kg.)407194.174粘容Pa.s90.25x10-564.8x10-5导热系数W/(m)60.83x10-564.43x10-5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 25 x2.5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 127 x4.5接管管程内径 146 x4.5主要计算结果管

17、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18.14%九、设备参数计算1. 壳体壁厚S, c=PDi/2&taP=1.6 x600/2x113x0.9-1.6=4.76mmC=1.24mmSc=Sc，+C=6mm2. 接管法兰Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量(kg )数量直径KH.设备法兰.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 (

18、m3 )600150400.4640.396.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D60061516655.管法兰用垫片法兰公称压力Mpa介质温度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. 管板管板厚度30，长度666，材料为16MnR。. 支垫（鞍式支座）公称直径Dg每个支座允许负荷tbiLBlK1bm重量(kg )60036.81805501202604209022026.3、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

19、2Q235-B2.625.24PL100-1.0RF3GB8163-87接管108X5L=1602Q235-B4LNQ-001-2折流板29Q235-A7.5217.55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642/0600 S=34石棉橡胶板0.310JB/T4701-2000法兰-FM600-1.01Q235-B40.811筒体DN600X8L=1401Q235-B16.812JB/T4746-2002封头EHA600X51Q235-B171

20、3GB/T14976换热管25X2.5 ,L=60001560Cr18Ni93.4530.414JB/T4712-92支座500-S2Q235-A/Q235-B26.315JB/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0.3十、参考文献夏清、陈常贵主编.化工原理（上、

21、下）.天津：天津大学出版社，2005化工原理课程设计化工原理教研室选编.化工原理课程设计.齐市：齐大，2008大连理工大学化工原理教研.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社, 1996匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社，2002上海医药设计院编写.化工工艺设计手册（上、下）. 北京： 化学工业出版社，1986柴诚敬等. 化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社， 1995谭慰主编.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2000刑晓林主编.化工设备.北京：化学工业出版社，2005程达芳等主编.化工过程及设计.北京：化学工业出版社，2000样祖荣主编.化工原理.北京：化学工业出版社，2004郑津洋等主编.过程设备设计.北京：化学工业出版社，2005匡照忠主编.化工机器与设备.北京：化学工业出版社，2006十一、学习体会与收获化工原理课程设计是培养个人