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1、精选优质文档-倾情为你奉上X X X X 大 学材料工程原理B课程设计设计题目： 5.5104t/y热水冷却换热器设计 专 业： - 班 级： - 学 号： - 姓 名： - 日 期： - 指导教师： - 设计成绩： 日 期： 换热器设计任务书题目5.5104t/y热水冷却换热器设计设计基本参数处理能力：5.5104t/y设备型式：列管式换热器 操作条件： (1）冷却介质：循环水入口温度：22，出口温度：40 (2）热 水：入口温度：80，出口温度：60 （3）允许压降：不大于105 Pa （4）每年按330天计，每天24小时运行设计要求及内容设计内容；（1） 方案简介：对选定的工艺流程、重要
2、设备的形式进行简要的论述；（2） 设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料平衡、热量平衡、设备的工艺尺寸计算以及结构设计；（3） 流程简图：以单线图形式绘制，绘出主体设备和辅助设备的物料与气流流向；（4） 设备工艺图：包括设备的主要工艺尺寸、技术特性等设计要求：（1） 加深学生对本课程基本理论知识的理解，提高本课程基本知识的应用能力；（2） 要求学生能综合运用本课程和先修课程的基本理论和知识，独立思考和分析问题，完成一个单元操作过程和设备的工程设计 ，得到材料工程设计的初步训练。（3） 使学生了解工程设计在生产、科研和工程建设中的地位与重要性，掌握工程设计的主要内容、程序和方法，学会应用有
3、关资料进行设计计算，提高绘图能力，提高独立分析和解决问题的能力；课程设计计算书要求内容完整、计算正确，文字简洁通顺；图纸要求规范、整洁、齐全各阶段时间安排（以天为单位）（1） 讲课、布置任务：0.5天（2） 查阅资料，搜集数据：1天（3） 分析确定方案易操作参数：1天（4） 工艺设计计算以及设备结构设计：3天（5） 编制说明书、绘图：4天（6） 考核和答辩：0.5天目录1. 设计方案简介2. 工艺流程简介3. 工艺计算和主体设备设计4. 设计结果概要5. 附图6. 参考文献1.设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见
4、的列管式换热器。（1） 固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。固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，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，
5、管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。（3） 浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。(4)填料函式换热器填料函式换
6、热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。1.2换热器类型的选择以及流经的选择所设计的换热器用于冷却热水，水黏度较小，不易产生水垢，而且两流体的温差不大于50，所以选用固定管板式换热器，热水走壳程，循环水走管程。1. 3流速的选择 表2-2 换热器常用流速的范围 介质
7、流速 循环水 新鲜水 一般液体 易结垢液体 低粘度油 高粘度油 气体 管程流速，m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。故拟取循环水流速为1.0m/s。1.4材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有
8、耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用碳钢材料。1.5管程结构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 由于正三角形排列较紧凑，对于相同壳体直径的换热器排的管子较多，传热效果也较好，而且这个换热器不易产生水垢，不需要考虑清洗问题。所以综上所述，采用正三角形形错列排列2、工艺流程简介4工艺计算和主体设备设计4.1初算换热器规格（1
9、）确定流体进入空间：热水走壳程，循环水走管程（2）确定流体的定性温度、物性数据定性温度： 冷却水 热水冷却水（31） 热水（70） （3）计算热负荷Q Wo=5.51041000330246945kg/h Qo=Wocpoto=69454.187(80-60)= kJ/h=161.6 kW循环水的流量(4)计算平均温度差，并确定壳程数 查表知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） 初选换热器规格管内管外均为水，初选传热系数选用（碳钢） 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=4.98(m2)估算单程管的根数单程管计算，所需的传热管长度为 取管长
10、为2.5m则（管程数） 取管心距t=1.25 d0t=1.252532(mm)壳体内径D=200mm采用弓形折流板，圆缺高度折流板间距折流板数（7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内热水流速为 u1.0 m/s，则接管内径为 取标准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取45mm无缝钢管。4.2核算总传热系数K（1）计算管程对流传热系数管内循环水流速：（2）计算壳程对流传热系数换热器中心附近管排中流体流通横截面积：三角形排列的当量直径：(3)确定污垢热阻R（4）总传热系数由总传热系数计算传热面积满足换热器的裕度要求4.3 计算压强降(1)计算管
11、程压强降由，传热管相对粗糙度参考图双对数坐标图得流速， 管程流体阻力在允许范围之内（2）计算壳程压强降，其中：，按壳程流通横截面积：则流体流经管束产生的压强降：流体流过折流板缺口产生的压强降：，其中 ，则壳程流体阻力在允许范围之内8、换热器的主要结构尺寸和计算结果表附表1 换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/（Kg/h)7740 6945进（出）口温度/22（40） 80（60）压力/MPa物性定性温度/31 70 密度/Kg/m3994.8 977.8定压比热容/kJ/(kg/)4.174 4.187黏度/Pas热导率/W/(m)0.6180.668普朗特数5.302.55设备结构
12、参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/mm 200台数 1管径/mm25管心距/mm25管长/mm2500管子排列正三角形管数目/根 28折流板数/个 15传热面积/m25.28折流板间距/mm150管程数 4材质 碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s） 0.9830.3表面传热系数W/(m2）3852.13046.6污垢热阻/(m2*/W）阻力/Pa191702887.7热流量/kW161.6传热温差/K39传热系数/W/m2*970.1裕度/%18.18、附图(见附页)9、参考文献1王志魁、刘丽英、刘伟编化工原理M,.北京：化学工业出版社；2010.52柴诚敬等.化工原理课程设计M,.天津:天津科学技术出版社,2000专心-专注-专业