化工原理课程设计-列管式换热器设计

课程设计设计题目列管式换热器的设计设计题目学生姓名学生姓名学学号专业班级高分子材料与工程09-1班专业班级指导教师何兵指导教师2012年6月29日设计题目列管式换热器的设计成绩课程设计主要内容根据乙醇预热工艺要求与物料特性,我们设计了浮头式换热器。通过设计初步选型，经济优化，结构强度设计等一系列过程，最后选择换热器的规格为：壳径426mm，公称面积，管程数为2，总管数120，管长3，管子排列方法为正三角形，传热面积裕度为%。经过强度设计确定折流挡板数14个，折流板间距为200mm。主要尺寸为筒体壁厚6mm，封头厚6mm。指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名：2012年月日课程设计任务设计题目：列管式换热器设计设计时间：指导老师：何兵设计任务：年处理吨40%乙醇水溶液的精馏塔预热器设备型式卧式列管式换热器。操作条件（1）原料温度20℃，进料热状况参数q=;（2）加热蒸汽采用绝压的饱和蒸汽;（3）允许压强降：不大于Pa;（4）每年按330天计算，每天24小时连续运行;（5）设备最大承受压力：P=;设计报告：设计说明书一份主体设备总装图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图纸）目录1前言 4乙醇简介 4换热器概述 4换热器的应用 4换热器的主要分类 5管壳式换热器特殊结构 8换热管简介 92.工艺流程设计的基本原则 93.设计方案及设计计算 10初选型号 10确定流体通入空间 10确定流体的定性温度，物性数据，并选择列管式换热器的形式 10计算热负荷 13计算平均温差 13初选换热器规格 14核算总传热系数 15计算管程对流传热系数 15计算壳程对流传热系数 16确定污垢热阻 16计算压强降 184．换热器的结构设计 19管板材料及结构 19传热管排列和分程方法 19壳体内径 20折流挡板 21换热管与管板的连接 22壳体和管箱材料的选择 23导流筒和防冲板 23接管最小位置计算 23拉杆与定距管 24排液口和排气口 25支座 25法兰设计 26筒体法兰 26接管法兰 26泵的选择 265校验 27接管壁厚校验 27封头设计及校核 29壳程筒体校核 30管板、管子强度校核： 31温差应力补偿 32拉拖力校验 326换热器主要结构尺寸和计算结果列表： 347课程设计个人心得 368主要符号说明 37附录一 38附录二 39参考文献 41摘要：换热器是广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。根据乙醇预热工艺要求与物料特性,设计了浮头式换热器。设计包括初步选型，经济优化，结构强度设计。最后选择换热器的规格为：壳径426mm，公称面积，管程数为2，总管数120，管长3，管子排列方法为正三角形，传热面积裕度为%。经过强度设计确定折流挡板数14个，折流板间距为200mm。主要尺寸为筒体壁厚6mm，封头厚6mm。关键词：列管式换热器，管板，法兰Abstract：Heatexchangeriswidelyusedforchemical,petrochemical,power,pharmaceutical,metallurgy,refrigeration,lightindustriesasagenericequipment.Inaccordancewiththewarmingprocessesofalcoholandthepropertiesofmaterials,wechoosethefixedtubeheat-exchanger.Thedesigningprocessesincludeinitialchoiceofmodels,economicoptimization,andstructuralstrengthdesign.Thefinalselectionoftheheatexchanger:Thediameterofthereceiveris426mm,andthearea,andtheitineraryofthekeroseneis2,pipemainsnumberis120,andlengthistubesarearrangedaccordingtoaregulartriangle.Economicchoicefortheremainingpercentageis%.Afterintensitydeterminedforthedesignflowbackplatenumber14,theflowofboardspaceis200mm.Cylinderwallthicknessof6mmforthemaindimensions,6mmthickplasticlettersfirst.Keywords:thefixedtubeheat-exchanger，tubesheet,pipeflange1前言乙醇简介乙醇是在常温、常压下是一种无色、透明、有香味、易挥发的液体，熔点，沸点，凝乙醇简介固点为．密度,能与水及大多数有机溶剂以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸极限为％～18％,闪点11,使用时须注意安全。工业酒精含乙醇约95％。含乙醇达％以上的酒精称无水乙醇。含乙醇％,水％的酒精是恒沸混合液,沸点为，其中少量的水无法用蒸馏法除去。乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。乙醇-水体系为高度非理想物系，有最低恒沸点，在恒沸点处，相平衡线与对角线相交。换热器概述过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10％～20％；在炼油厂，约占总投资的35％～40％。换热器的应用在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。换热器的主要分类在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。（一）换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。2.蓄热式换热器在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。3.间壁式换热器这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等；板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等；扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。（二）管壳式换热器的分类及特点由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程；同样。为提高管外流速，也可以在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。这种换热器的结构不算复杂，造价不高，可选用多种结构材料，管内清洗方便，适应性强，处理量较大，高温高压条件下也能应用，但传热效率、结构的紧凑性、单位传热面的金属消耗量等方面尚有待改善。由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可以分为以下几种主要类型：固定管板式换热器：换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。浮头式换热器：其结构如图2所示。管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。U型管式换热器：一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。双重管式换热器：将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。填料函式换热器：管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。管壳式换热器特殊结构包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。适用场合：①管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1~倍；②冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。螺旋折流板式换热器：螺旋折流板可以防止死区和返混，压降较小。物流通过这种结构换热器时存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。双管板结构：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用于收集泄漏介质，防止两程介质混合。换热管简介换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的新效的换热管有以下几种：螺纹管：又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数提高～倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。表面多孔管：该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。螺旋槽纹管：可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高～倍，但阻力降增加～倍。波纹管：为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。2.工艺流程设计的基本原则工程设计本身存在一个多目标优化问题，同时又是一个政策性很强的工作，设计人员必须有优化意识。严格的遵守国家的有关政策，法律规定及行业规范，特别是国家的经济法规，环保法规等等，一般来说，设计者应遵守以下基本原则。（一）：技术的先进性和可靠性尽量采用当前的先进技术，实现生产装置的优化集成，使其具有较强的市场竞争能力，同时，对于所采用的新技术要进行充分的论证，以保证设计的科学性和安全性。（二）:装置系统的经济性在各种可采用方案的分析比较中，技术经济评价指标往往是关键的要素之一以求得最小的投资获得最大的经济效益。（三）：可持续发展及清洁生产树立可持续发展及清洁生产意识，在所选的方案中，应尽可能利用装置系统产生的废弃物，减少废弃物的排放。（四）：过程的安全性在设计的过程中要充分考虑到各个生产环节中可能出现的危险事故，采取有效地安全措施，确保装置系统的可靠运行，人员健康和人身安全。（五）：过程操作的可操作性及可控制性装置系统应便于稳定可靠操作。当生产负荷或一些参数在一定范围内波动时，应能快速的进行调节控制。（六）：行业性法规3.设计方案及设计计算初选型号确定流体通入空间因为加热介质是饱和蒸汽，宜于通入壳程。乙醇水溶液则通入管内，因为饱和蒸汽对流速和清理无特别要求，并易于排除冷凝液，所以宜通入管间。确定流体的定性温度，物性数据，并选择列管式换热器的形式饱和蒸汽压强为绝压，查《化工原理》附录4<3>得温度，因是恒温，饱和蒸汽的定性温度换算成摩尔分数依据乙醇-水溶液（常压）气液平衡数据作乙醇-水的温度-组成图 交点为最低恒沸点纯水沸点纯乙醇沸点由上图读得泡点，露点绘制温度-焓图：读得：由温度-焓图读得：时对应饱和温度，即原料液出口温度。对于一般的低粘度溶液，其定性温度可取流体进出口温度的平均值，则原料液定性温度两流体的温度差由于两流体温度差大于，故选用浮头式列管换热器。根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合液体来说，最可靠的物性数据是实测值，且不具备此条件，故分别查取混合液体各组分的有关物性数据，然后按相应的加和求出混合液体的物性数据。两流体在定性温度下的物性数据：物性物体饱和乙醇789846饱和水乙醇溶液饱和蒸汽158．7注：乙醇溶液数据=×饱和乙醇数据+×饱和水数据。计算热负荷按接管内乙醇溶液计算，即预计年处理50万吨40%乙醇溶液若忽略换热器的热损失，冷凝水又在饱和温度下排出，蒸汽的流量可由热量衡算求得，即计算平均温差一般先按逆流计算再校核：实际换热器中，两种流体的流动并不仅仅是简单的并流和逆流，往往还伴有更复杂的情况，即错流和漏流。此时，先按逆流过程求算平均温度差，然后根据流动形式加以修正，即查图：《化工课设》书P23（a）单壳程，温差修正系数初选换热器规格由（1）知，管程走乙醇水溶液，壳程走饱和蒸气，根据《化工原理课程设计》P22表2-5，壳程为水蒸气冷凝来加热管内水溶液（近似看作）（μ<×Pa•s）,总传热系数经验值的范围为1160~4070μ／（m2•℃），初选=2000W／（m•℃）∴我国列管式换热器系列标准中，传热管有φ19mm×2mm，φ25mm×2mm，φ25mm×。采用小管径，可使单位体积的传热面积增大，结构紧凑，金属耗量减少，传热系数提高。据计算将同直径换热器的换热管由φ25mm改为φ19mm，其传热面积可增加40％左右，节约金属20％以上，但小管径阻力大，不便清洁，易结垢堵塞，一般大管径管子用于粘度大或污浊的流体，小管径管子用于较清洁的流体。故本课题所涉及流体均较清洁可选用19mm×2mm，根据传热管内径和流速确定单管程传热管数：换热管常用管长﹑﹑﹑﹑﹑﹑壳径D426mm管长L3m公称面积S管子直径管程数2管子排列方式正三角形排列管数n120换热器的实际换热面积核算总传热系数计算管程对流传热系数计算壳程对流传热系数因为是卧式换热器，壳程为蒸汽在水平管束外的冷凝传热。假设冷凝液膜为滞流选用下式计算定性温度：蒸汽冷凝热取其饱和温度下的值，其余物性取液膜平均温度下的值。设管外壁温度tw=112℃，则冷凝液膜的平均温度为℃查出膜温下水的物性常数为：对于正三角形排列，横过管束中心线的管数：确定污垢热阻据《化工原理课程设计》，查得：核算总传热系数K估管材为碳钢，导热系数选用该换热器时要求过程的实际传热面积，在传热任务所规定条件下，计算出，故所选择的换热器的安全裕量为%（在10%~25%之间），则该换热器传热面积的裕量符合要求。核算壁温及冷凝液流型核算壁温时，一般忽略管壁热阻，根据下列近似关系核算tw值计算压强降因壳程为小蒸汽在等温等压下的冷凝传热，压强降可忽略，故下面仅计算管程的压强降。取碳钢管壁粗糙度则由摩擦因数图查得回弯管的压强降用经验公式估算对于的管子且从上面计算可知，该换热器压强降符合题设要求，故所选换热器合适。4．换热器的结构设计管板材料及结构在选择管板材料时，除力学性能外，还应考虑管程和壳程流体的腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响。当流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板一般采用用碳钢制造的压力容器。且在满足强度的前提下，应尽量减小管板厚度，薄管板使用与温差不大的场合，一般厚度为10~15um，其突出优点是节约管板材料。一般可节约70%~80%，压力较高时可节约90%。最常用的是平面型薄管板。传热管排列和分程方法管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。.正三角形错列.正方形直列.正方形错列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。采用组合排列法，即每程内均按照正确的排列（三角形排列有利于流体达到湍流且排列管也多）隔板两侧采用正方形排列（正方形排列有助于壳程的清流）取管心距或查《化工设备机械基础》表15-4得t=25mm。横过管束中心线的管板根（因为管子按正三角形排列时）。壳体内径采用单管程结构，对浮头式换热器而言，换热器壳体的内径应等于或大于管板的直径：其中D壳体内径，m,t管中心距，m,胀管法取为传热管外径。折流挡板采用弓形折流板，一般切缺率（切掉圆弧的高度与壳内径之比）通常为20%~45%，取弓形折流板圆缺高度为壳体内流的25%，则切去的圆缺高度（最常用的折流板间距为100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、800mm、1000mm）折流板间标准管径为50mm距在允许的压力损失范围内希望尽可能小，一般推荐折流板间距为壳内径的。折流板圆缺面水平装配，一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板在管子有效长度上按等距布置。靠近管板的折流板与管板间的距离l应按下式计算：；其中：——壳程接管位置的最小尺寸，mm；——管板的名义厚度，mm；——为防冲板长度，若无防冲板时，应为接管的内径，mm；该台换热器折流板排列示意图如下所示：壳程流体进出口接管：取关内蒸汽流速（《化工原理》表1-3饱和蒸气在下流速在20~40且按选取）则接管内径为管板与换热管采用焊接连接的复合管板，其复层的最小厚度一般不小于3mm.换热管与管板的连接因为设计压力不大于，且设计温度不大于，操作中无剧烈振动、无过大温度波动及无明显的应力腐蚀，所以选择部分胀接；除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合,所以壳体与管板的连接采用焊接形式；胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。胀焊并用的方法不仅能改善连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命。故采用胀焊接接合的接法。壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择为壳体与管箱的材料。是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。导流筒和防冲板当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过时，以及有腐蚀的气体、蒸汽和气液混合物时，为减少流体的不均匀分布和流体对换热管的直接冲蚀，应在壳程进口管处设置防冲管。防冲管外表面到圆筒内壁的距离应不小于接管外径的；防冲管直径或边长应比接管外径多出50mm，防冲管的最小厚度：碳钢为。由于壳程流体的，管程换热管流体的流速大于，因此在本台换热器的壳程与管程都需要设置防冲板。进、出口接管受法兰和开孔补强等尺寸的限制，不能靠近管板，因为易造成死区。设置导流筒不仅可以防止进口处高速流体对管束的直接冲击，而且可以使得壳程流体达到较均匀分布。接管最小位置计算在换热器的设计中，为了方便传热面积得以充分利用，壳程流体进出口接管应尽量靠近两端管板，而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造、安装，管口距管板或以管板密封面为基准。壳程接管位置最小尺寸：管箱接管位置最小尺寸：其中,S为壳体厚度；拉杆与定距管一般碳钢采用拉杆和定距管形式，定距管直径可与换热管相同。1.拉杆的结构和尺寸a．拉杆的结构形式换热管外径的管束，且，选拉杆定距结构b．拉杆尺寸拉杆长度L按实际需要确定拉杆连接尺寸可参考《换热器设计手册》表1-6-36c．拉杆的直径与位置表1-6-37与1-6-38换热管外径d0拉杆直径公称直径DN接管4d．拉杆的位置拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘e．定距管尺寸定距管的尺寸，对管程是不锈钢，管程是碳钢的换热器，可选用与不锈钢换热器管外径相同的碳钢管作定距管，定距管的长度按实际需要确定。排液口和排气口卧式换热器的排气口，排液口分别开在壳体和封头的顶部和底部支座卧式换热器采用鞍式支座，支座中至少有一端可在基础上自由滑动，以补偿壳体伸缩。由《化工设备机械基础》附表12-2，BI型鞍座标准系列（DN159-426）法兰设计法兰连接从结构功能和一般原则出发，应满足下列基本要求：工作条件下，法兰泄漏量被控制在工艺允许的范围内，在各种情况下能经受一定的外载和内力，具有足够的强度，便于多次拆装而不致影响其密封性能；结构简单，成本低廉，大批生产，对于管法兰，由于连接对象是标准件，因此还应特别突出互换性的要求。筒体法兰适用乙型平焊法兰（JB4702-2000）查《化工机械设备基础》附表10-2P450得螺柱M2016个接管法兰（P461《化工设备机械基础》附表11-13）DLNC理论质量管程150mm300mm250mm26mmM248个30mm壳程250mm395mm350mm22mmM2012个26mm泵的选择由流量，扬程,选择IS80-50-200，转数1450，轴功率,电机功率效率67%的离心泵满足要求。5校验接管壁厚校验课题选择，即Q235-A，采用双层焊及局部无损探任（），则壁厚用以下公式计算：其中：取，φ为局部无损检测，双向焊缝系数取不考虑修正系数时：mm<6m符合要求。考虑到设备加工及磨损取C=，则，取整，时，管子伸出管板高度h可取~1mm（P342《化工设备机械基础》）由P173表1-6-27换热管最小伸出长度。任务要求是预热40%乙醇-水溶液，且使其定管程，须使用保温层。根据设计温度选保温层材料为脲甲醛泡沫塑料，其物性参数如下：表3-4保温层物性参数密度（kg／m3）导热系数（kcal／mh℃）吸水率抗压强度（kg／m３）适用温度（℃）13～20～12%～-190～+500由于容器开孔以后，不仅消弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，因此开孔附近就成为压力容器的破坏源——主要是疲劳破坏和脆性裂口。因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。补强圈与筒体采用搭焊的接法.参考《化工设备机械基础》可知，开孔最大直径，可选用补强圈补强的结构形式，并且补强圈材料与器壁材料相同。对于内压容器的圆筒：强度削弱系数对于所选接管A=120×6=720mm，取补强圈内径D=295mm，外径D=465mm，且补强圈厚度（等面积补强）圆整为5mm壳程流体接管，符合要求。最小伸出长度l=200mm补强圈厚度A=120×6=720mm取补强圈内径，外径，则厚度为：,圆整为5mm。管板与管箱的连接：采用法兰连接（浮头式常采用管板可拆式连接）封头设计及校核由于椭圆封头制作方便，用材少且满足要求，故选用标准椭圆封头管箱长其中由于焊点与开孔点的距离应大于200mm，取管箱长度400mm，为方便焊接配套取厚度为6mm的Q235-A钢，无接管处管等长取150mm钢板厚度负偏差，为局部无损检测，双面焊缝系数取根据工艺要求，腐蚀裕量筒体名义厚度取有效厚度故水压实验合格。壳程筒体校核壳体名义厚度有效厚度故水压试验合格。圆筒壳最大许用压力：符合要求。管板、管子强度校核：假设管板厚度：一根管管壁金属的横截面积：开孔强度削弱系数（双程），则按管板简支考虑，依k值查“《化工设备设计》图1-61，1-62，1-51”得管板最大应力:筒体内径截面积管板上管孔所占的总截面积:系数系数当量压差管子最大应力或管板、管子强度校核：温差应力补偿因选用的是浮头式换热器，其两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。当换热器与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时互不约束，不会产生温差应力，且浮头式适用的温差范围较大，故不选用膨胀节。拉拖力校验换热管的拉脱力必须小于许用拉脱力[q]查表15-13《化工设备机械基础》焊接钢管许用拉脱力为；式中，其中：——换热管最小伸出长度，查GB151-1999可知——最小坡口深度，；明显地，。6换热器主要结构尺寸和计算结果列表：项目结果单位换热器公称直径D426换热器管程数N2--换热器管子总数N120根换热器单管长度L3换热器管子规格换热器管子排列方式正三角形排列--管心距25管板厚度T15折流板间距B200折流板个数N14根折流板外径325折流板厚度6壳体厚度d6壳程流体进出口接管规格管程流体进出口接管规格封头厚度d8封头内径450封头曲面高度112封头直径高度25传热负荷Q3780kw饱和蒸汽流量kg/s乙醇-水溶液流量kg/s初步估算传热面积Am2管程流速m/s壳程传热系数管程传热系数总传热系数K1360．5所需传热面积实际传热面积传热面积裕度%--校核壁温oC管程压降Pa壳层压降Pa7课程设计个人心得为期两周的化工原理课程设计转眼之间就要结束了，在这个过程中，有辛苦，也有收获，有付出，更有汗水。通过两周以来的合作，我也从这次的学习工作中收获了许多。刚开始时，我们都不知道要做什么，因为从来没有自己根据一个课题去设计方案，这还不是主要的，主要的是对于用计算机绘图我们可谓是一窍不通，一切还得从头学起。好在我们是一个团队，经过了简单分工就各自开始了我们的设计之路。计算过程很复杂，面对各种数据，经常算得头都大了，密密麻麻的写了好多页，然后就开始自己往电脑里输入，编辑也不是一个简单的过程，费了很久才终于输完，还有CAD制图，从头开始并不是一件简单的事，从一个点到一条线再到一整套图形，我们都作出了大量的努力。我负责的主要是Word文档的编辑，相对简单，但工作的繁杂和工作量的沉重让我经常感觉手有些抽筋。自己对于很多编辑工作的了解并不是特别深入，期间遇到的各种各样的问题深刻的暴露了自己学习过程中，对于很多细节性知识的盲点。通过请教老师和同学，奋战两星期后，终于完成了那么浩大的工程。编辑结束后，看着四十多页的文档，心里的自豪感油然而生。当然，部分细节如字母、数字和公式的编辑还是需要进一步的完善。经过老师指点后，我又对这个文档通篇修改了一遍。从这次的设计中，我感受到了团队合作的重要性，以及在工作和学习过程中一丝不苟的精神与探索精神的重要意义。在这个过程中，每一步都需要我们付出努力。都需要我们认真的对待。每一环都是紧密联系在一起的。不懂的东西除了需要自己的钻研以外，寻找资料和请教老师都是非常好的方式。在此课程设计即将结束的时刻，我感谢我们组员的通力合作，感谢老师和同学们给予的无私帮助。在以后的日子里，我们还需要进一步的发扬合作精神，努力奋斗。如果还有不够完美的地方，希望得到老师的进一步指正和教育。我们肯定会在第一时间进行修改。8主要符号说明P——压力，Pa;Q——传热速率，W；R——热阻，㎡·K/W；Re——雷诺准数；S——传