化工原理课程设计debz.docx

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5、能力力：6万万吨/年年。2) 正戊烷蒸蒸气压力力：0.75kkgf/cm22，其饱饱和温度度为522，蒸发发潜热为为83kkcall/kgg3) 冷却剂：自来软软水，进进口温度度 出出口温度度（二）操操作条件件：（1）生生产方式式：连续续操作（2）生生产时间间：每年年以3000天计计算，每每天244小时（3）冷冷凝器操操作压力力为常压压，管程程和壳程程的压力力均不大大于300kpaa三设计计任务1.确定定设计方方案，绘绘制工艺艺流程图图。2.热力力学计算算2.1热热力学数数据的获获取2.2估估算传热热面积2.3工工艺尺寸寸的计算算2.4面面积核算算2.5壁壁温校核核2.6压压降校核核3.结构构

6、设计3.1冷冷凝器的的安装3.2管管设计3.3管管心距设设计3.4管管板设计计3.5折折流板设设计3.6壳壳体设计计3.7接接管设计计3.8封封头设计计3.9法法兰设计计3.100支座设设计3.111其他4.设计计计算结结果汇总总表5.设计计结果评评价6.绘制制装配图图7.编制制设计说说明书设计流程程图确定物性常数，热负荷、冷却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间估计传热总数，计算传热面积初值计算选择传热管参数，并计算管程相应参数计算值与假定值相差较大估计冷凝给热系数计算值与假定值相差较大压降大于设计压力裕度过大或过小核算冷凝给热系数计算管内给热系数总传热系数核算计算值与假定值相差不

7、大折流板计算壳侧压降和管侧压降计算，并与设计压力比较压降小于设计压力裕度系数校验考虑夏冬季的温度差异，改变冷流体进口温度裕度合适计算换热器其余零件确定换热器基本尺寸工艺流程程图l 热力学计计算 1.热热力学数数据的获获取正戊烷液液体在定定性温度度（522）下的的物性数数据（查查化工原原理附录录） 循环水水的定性性温度：入口温度度为，出出口温度度为循环水的的定性温温度为两流体的的温差，故故选固定定管板式式换热器器两流体在在定性温温度下的的物性数数据如下下物性流体温度密度kg/mm3粘度mPas比热容kJ/(kg)导热系数数W/(mm)正戊烷525960.1882.3440.1557循环水32.5

8、59940.72254.0880.6226 2.估算传传热面积积（1）计计算热负负荷 =6/(3300224)=83333.33kg/h=22.311kg/s （2）冷冷却水用用量 =8044.3/4.008(440-225)=13.1kgg/s （3）计算有效平均温度差 逆流流温差 （4）选选取经验验传热系系数K值值 根据据管程走走循环水水，壳程程走正戊戊烷，总总传热系系数K现现暂取： （55）估算算换热面面积 33.工艺艺尺寸计计算（1）管管径和管管内流速速 选用252.55mm较高高级冷拔拔传热管管（碳钢钢），取取管内流流速 u1=0.88m/ss。 （2）管管程数和和传热管管数 可依依

9、据传热热管内径径和流速速确定单单程传热热管数 =(根） 按单程程管计算算，所需需的传热热管长度度为 L= 按单程程管设计计，传热热管过长长，宜采采用多管管程结构构。根据据本设计计实际情情况，现现 取传热热管长ll=4.5m，则该该换热器器的管程程数为 = 传热管管总根数数 N=534=2112(根根） （33）平均均传热温温差校正正及壳程程数: 平均温温差校正正系数有有 : R= PP= 单壳壳程，双双管程结结构，查查得平均传热热温差 由于于平均传传热温差差校正系系数大于于0.88，同时时壳程流流体流量量较大，故故取单壳壳 程合合适。 （4）壳壳体内径径 采采用多管管程结构构，壳体体内径可可按

10、下式式估算。取取管板利利用率=0.7 ，则则壳 体体内径为为 DD=1.05tt 按按卷制壳壳体的进进级档，可可取D=6000mm 则则横过管管数中心心线管的的根数 （根根） 卧式式固定管管板式换换热器的的规格如如下：公称直径径D6600mmm公称换热热面积SS666.88m2管程数4管数n2212 管管长L44.5mm管子直径径管子排列列方式正正三角形形（5）折折流板采用弓形形折流板板，取弓弓形折流流板圆缺缺高度为为壳体内内径的220%，则则切去的的圆缺高高度为hh=0.20*6000=1220mmm。取折流板板间距BB=0.3D，则则B=0.3*6600=1800mm，可可取B=2000m

11、m。折流板数数 NN=传热热管长/折流板板间距-1=445000/2000-11=222（块）4. 面积核算算 （11）壳程程表面传传热系数数 （22）管内内表面传传热系数数.， 有 管程流流体流通通截面积积 管程流流体流速速 普朗朗特数 （33）污垢垢热阻和和管壁热热阻 管外外侧污垢垢热阻 管内内侧污垢垢热阻 管壁壁热阻计计算，碳碳钢在该该条件下下的热导导率为550.229w/(mK)。所所以 （44） 传传热系数数依式33-211有 （5）传传热面积积裕度 :可得得所计算算传热面面积App为 该换热热器的实实际传热热面积为为 该换热热器的面面积裕度度为 传热面面积裕度度合适，该该换热器器能

12、够完完成生产产任务。5.壁温温核算与与冷凝液液流型 核算算壁温时时，一般般忽略管管壁热阻阻，按以以下近似似计算公公式计算算 ，这与假设相差不大，可以接受。 核算流流型 冷凝负负荷 （符合合层流假假设） 6.压降校校核 （11）计算算管程压压降 （结结垢校正正系数，管管程数，壳壳程数） 取碳钢钢的管壁壁粗糙度度为0.1mmm，则，而而，于是是 对对的管子子有 30KKPa故, 管管程压降降在允许许范围之之内。 （22）计算算壳程压压降 按式式计算 , , 流体体流经管管束的阻阻力 F=00.5壳程流体体流速及及其雷诺诺数分别别为：取 00.50.333516.01(22+11)=1446799P

13、a 流体体流过折折流板缺缺口的阻阻力 , BB=0.2m , DD=0.6m Pa 总总阻力 1146779+94229=241108PPa330KPPa 由由于该换换热器壳壳程流体体的操作作压力较较高，所所以壳程程流体的的阻力也也比较适适宜。l 结构设计计1.冷凝凝器的安安装 （1）采采用卧式式换热器器 卧式换换热器相相对立式式换热器器，其占占地面积积虽然大大一些，但但其传热热系数高高， 不不易积气气，易于于安装和和维修等等 。为为了减少少液膜在在列管上上的包角角及液膜膜的厚度度，管板在装装配时留留有1%左右的的坡度，或或 者将将其轴线线与设备备水平线线偏转一一定的角角度 ，其其计算公公式为

14、： 得得： （22）随蒸蒸汽冷凝凝，流通通截面积积逐渐缩缩小，以以保持蒸蒸汽的流流速。 （33）冷凝凝器的组组合方式式：单台台。 （44）冷凝凝器内部部安装折折流板 在在对流传传热的换换热器中中，为了了加强壳壳层流动动的速度度和湍流流程度，以以提高传传 热热效率，再在壳层内可安置折流板，折流板还起支撑的作用。 （55）通入入蒸汽前前要用一一排气管管排出里里面的空空气和不不凝气，但但传热冷冷凝过程程中必须须 关闭闭。2.管子子的设计计 （1）采采用光滑滑管 光滑管管结构简简单，制制造容易易。缺点点是它强强化传热热的性能能不足。为为了提高高换 热热器的传传热系数数，可采采用结构构形式多多样化的的管

15、子，如如异性管管，翅片片管，螺螺纹管 等等。 （2）选选用 的的管子。 （3）管管长 我国国生产的的无缝钢钢管长度度一般为为6m，故故系列中中换热管管的长度度 分为1.5，22,3,4.55,6 米几种种， 本本设计中中采用44.5米米长的管管子。 （44）管子子的排列列形式 管子的的排列方方法常用用的有正正三角形形直列，正正三角形形错列，正正方形直直列和正正方 形错列列。 .正三三角形错错列 .正方形形直列 .正正方形错错列 正三角角形排列列比较紧紧凑，在在一定的的壳径内内可排列列较多的的管子，且且传热效效果好， 但但管外清清洗较为为困难。而而正方形形排列，管管外清洗洗方便，适适用于壳壳程中

16、的流体体易结 垢垢的情况况，其传传热效果果较正三三角形差差些。以以上排列列方式中中最常用用的是正正三角形形错 列列，用于于壳侧流流体清洁洁，不易易结垢，后后者壳侧侧污垢可可以用化化学处理理掉的场场合。 本本设计中中采用正正三角形形错列的的排列方方式，而而在隔板板两侧采采用正方方形直列列。 （55）管数数 标标准管数数为2112根。 3.管管心距的的设计： 采用用胀接法法固定时时，管心心距过小小会造成成胀接在在挤压作作用下发发生变形形，失去去 管子与与管板之之间的连连接力。故故采用焊焊接法。 根据据经验公公式： 隔板板中心到到离其最最近一排排管中心心距离 S=t/22+6=32/2+66=222

17、 各各程相邻邻管的管管心距为为44。 4.管管板的设设计 （1）管管板的作作用：固固定作为为传热面面的管束束，并作作为换热热器两端端的间壁壁，将管管程 流体体分隔开开来。 （2）管管板上的的管孔数数：即为为壳体中中的传热热系数（包包括圆缺缺形板区区安置的的）。 （3）管管板上的的孔间距距不宜过过大，避避免布管管疏松，不不利传热热；也不不宜过小小，避 免焊焊接时引引起较大大的应力力，影响响焊接质质量，另另外也不不利于清清扫壳程程管束。 （4）管管板与壳壳体连接接采用不不可拆式式，即直直接焊在在壳体上上，稍微微延伸，兼兼作法 兰兰，便于于对胀口口进行检检查和维维修以及及清洗管管子。 （5）管管板直

18、径径与厚度度 管管板与壳壳体直径径应保持持一致。 管管板厚度度与材料料强度，介介质压力力，温度度和压差差，温差差以及管管子和外外壳的 固固定方式式和受力力因素有有关。对对于管子子与管板板胀接时时，为保保证胀接接的可靠靠性， 管管板的最最小厚度度为0.75。管管子与管管板焊接接时，由由于焊接接可以达达到甚至至超过 管管子本身身的强度度，只要要管子强强度足够够，管子子厚度可可不受限限制，而而由焊接接工艺 及及焊接变变形等要要求来确确定。 本设计计中选用用由于管管子与管管板采用用 ，但但焊接式式，故取取。 （66）采用用多管程程，故管管板中间间要留有有隔板的的位置。 （77）管子子在管班班上的固固定

19、方法法，必须须保证管管子和管管板连接接牢固，不不会在连连接 处产生生泄漏。连连接方式式一般有有三种：胀接法法，焊接接法，胀胀焊并用用法；一般采采 用的事事胀接法法和焊接接法。由由于焊接接法在高高温高压压下仍能能使用，保保持连接接的紧 密性，管管孔加工工要求低低节约空空的加工工工时，同同时焊接接工艺比比胀接工工艺简单单等 优点，故故本设计计中采用用焊接法法。根据据标准规规定，管管子外径径为255mm时时，管板板 孔的直直径为225.88mm,允许偏偏差；相相邻孔中中心距332mmm，管孔孔中心距距偏 差：相相邻孔间间，任意意孔间；支撑板板孔直径径25.6mmm,允许许偏 差。 管子子露出管管板的

20、长长度，采采用1.5mmm。 5.折流板板设计 （11）采用用圆缺形形性折流流板。 （22）圆缺缺形折流流板在卧卧式换热热器中的的排列分分为圆缺缺上下方方向和圆圆缺左右右方向两两 种。上上下方向向排列者者可造成成液体的的剧烈湍湍动，增增大传热热膜系数数，这种种结构最最为 常用。故故本设计计中选用圆缺缺上下方方向排列列。 （33）圆缺缺折流板板的圆缺缺高度一一般为%至400%，本本设计中中采用 h=220%=20%6000mm=1200mm。 （44）允许许折流板板的间距距与管径径有关，取取折流板板间距BB=0.3D， 则B=0.336000mm=1800mm，取取B为2200mmm。 折流流板

21、数目目=折流板圆圆缺面水水平装配配 (5)折折流板外外径为6600-5=5995mmm。 （66）折流流板厚度度为5mm 6.壳体设设计 壳体厚厚度计算算： 其中中 ，,，（双双面焊缝缝）， 故 考虑虑到开孔孔的削弱弱及安全全，以及及开孔的的强度补补偿措施施，取壳壳体厚度度为111mm。壳体总重重约1555Kg。 7.壳程接管管的设计 （11）壳程程流体进进口接管管：取接接管内气气体流速速为u11=100m/ss，则接接管内径径为m圆整后可可取接管管规格为为。 （22）管程程流体进进出口接接管：取取接管内内液体流流速u22=2.0m/s，则则接管内内径为m 圆整后后可取接接管规格格为。 （3）

22、壳壳层流体体出口接接管，为为方便计计算，取取与管程程进出口口管规格格相同。 （4）接接管的外外伸长度度 88.封头头设计 由由于椭圆圆形封头头制造方方便，结结构合理理，用材材较少，故故本设计计采用标标准椭圆圆 形封封头： 为为了与筒筒体配套套和焊接接方便，标标准椭圆圆形封头头内径为为6000mm，厚厚度为110mmm， 曲面面高度为为1200mm，直直径高度度为300mm，重重量约为155.5KKg。 99.法兰兰设计 （1）壳壳层流体体进出口口接管法法兰，查查表得： 焊缝缝 （2）管管层流体体进出口口接管法法兰，查查表得： 焊缝缝 100.支座座设计 化化工设备备中的支支座是支支撑设备备位置

23、用用的一种种必不可可少的部部件，在在某些场场合 ，支支座还可可以承受受设备操操作时的的震动，地地震载荷荷，风雪雪载荷等等。支座座的结构构形 式和和尺寸往往往取决决于设备备的型号号，载荷荷情况及及构造材材料。常常用的有有：悬挂挂式支 座，支支撑式支支座和鞍鞍式支座座。本设设计中采采用鞍式式支座，以以满足卧卧式冷凝凝器的要要 求。查查表得选选用 支支座一个个 ，支支座一个个。 111.其他他 （11）拉杆杆数量与与直径选选取，本本换热器器壳体内内径为6600mmm,故故其拉杆杆直径为为12 拉杆数数量不得得少于110。壳壳程入口口处，应应设置防防冲挡板板。 （22）其他他附属部部件可根根据国家家标

24、准的的有关规规定及容容器设计计规范进进行选用用，计 算和制制造。l 换热器主主要结构构尺寸和和计算结结果列表表如下： 项项目 结果果 单单位 换换热器公公称直径径D 6000 换换热器管管程数pp 44 - 换换热器管管子总数数Nt 2112 根根 换换热器单单管长度度L4.5 换换热器管管子规格格 换热热器管子子排列方方式 正三三角形错错列 - 管管心距 332 隔板中中心到最最近 管中心心距S 222 各各程相邻邻管管心心距2SS 444 管管板厚度度T 222 折流流板间距距B 2200 折流流板个数数NB22 根 折折流板外外径 5995 折折流板厚厚度5 壳壳体厚度度d 11 壳程流

25、流体进口口接管规规格 壳程流流体出口口接管规规格管程流体体进出口口接管规规格 封头头厚度dd 110 封头头内径 6600 封头头曲面高高度 1120 封头头直径高高度 30 传传热负荷荷Q804.3 KW 正正戊烷蒸蒸汽流量量m12.311 KKg/ss 循环环水流量量m2 133.1 KKg/ss 初选总总传热系系数Koo650 W/m2.K 初初步估算算传热面面积A66.88 m2 管管程流速速 0.79 m/ss 壳程传传热系数数o 15558 WW/m22.K 管程传传热系数数i39400 WW/m22.K 总传传热系数数K690.6 WW/m22.K 所需传传热面积积Ap62.99

26、 m22 实际传传热面积积Ac74.88 m22 传热面面积裕度度F19.006% - 校核核壁温ttw39.22oC 管程程压降PPt Paa 壳层层压降PPs241008 Paal 设计结果果评价(1) 通过分析析管壳式式换热器器壳程传传热与阻阻力性能能特点,说明在在采用能能量系数数/来评价强化传传热时,应更着着眼于提提高其换换热性能能。本设设计中：，=1+22+3+4=336603PPa K/N=00.02253 满足要要求，性性能良好好。（2） 本设计通通过对面面积校核核，压降降校核，壁壁温校核核等计算算可知均均满足要要求，且且传热效效率为770%，能能很好的的完成任任务。（3） 经济

27、和环环境效益益评价：生命周周期方法法是一种种针对产产品或生生产工艺艺对环境境影响进进行评价价的过程程,它通通过对能能量和物物质消耗耗以及由由此造成成的废弃弃物排放放进行辨辨识和量量化,来来评估能能量和物物质利用用对环境境的影响响,以寻寻求对产产品或工工艺改善善的途径径。这种种评价贯贯穿于产产品生产产、工艺艺活动的的整个生生命周期期,包括括原材料料的开采采和加工工、产品品制造、运运输、销销售、产产品使用用与再利利用、维维护、再再循环及及最终处处置。本本设计中中使用水水作冷却却剂，无无污染，耗耗资少，无无有害气气体产生生，整个个过程简简单，易易操作，环环境和经经济效益益良好。（4） 本设计中中面积，传传热系数数，压降降等均有有比较好好的裕度度保证，即即使生产产使用中中出现比比较大的的误差，设设备结构构也能保保证不出出现打的的安全损损伤的事事故，具具有良好好可靠的的安全保保证。