丁二烯冷却器的设计.doc

1、齐齐哈尔大学 化工原理课程设计目录 一 设计任务书 3二 物性参数的确定 4三 设计方案的确定 4 1选择换热器的类型 4 2流程安排 5四 估算传热面积 5 1换热器的热负荷 5 2平均传热温差 6 3传热面积 6五 工艺结构尺寸 7 1管径和管内的流速 7 2管程数和传热管数 7 3平均传热温差校正及壳程数 7 4传热管排列和分程方法 8 5管体内径 8 6折流板 8 7其它附件 9 8接管 9六 换热器的核算 9 1传热能力的核算 9 管程传热膜系数 9 污垢热住和关闭热阻 10 壳程对流传热膜系数 10 总传热系数K 11 传热面积裕度 11 2换热器内流体的流动阻力 12 校核管程流

2、体的阻力 壳程流体的阻力七 换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 13八 设备参数的计算 14 1壳体壁厚 14 2接管法兰 15 3设备法兰 15 4封头管箱 15 5设备法兰用垫片 15 6管法兰用垫片 16 7管板 16 8支座 16 9设备参数总表 16九 参考文献 17十 学习体会与收获 18十一 重要符号说明 22第一章 设计任务书1.1 设计题目：丁二烯冷却器的设计1.2 设计任务及操作条件1设计任务：用冷却水冷却丁二烯，设备的处理量是7500,丁二烯的冷凝温度是40，冷凝水的入口温度为15出口温度为25，设计满足条件的换热器。2操作条件：（1）管内侧污垢热阻为0.00058m2

3、/W管外侧污垢热阻为0.000176 m2/W。（2）初设K=400w/m2。第二章 主要物性参数表表1 物性数据表物品密度 kg/导热系数W/m比热容KJ/ kg黏度潜热KJ/Kg丁二烯5980.10752.480.14510-3373水998.20.59854.1831010-336270第三章 设计方案的确定3.1选择换热器的类型该换热器用循环冷却水体冷却，在冬季操作时其进口温度会降低，考虑这一因素，以及该换热器的管壁温度和流体壁温度之差较小，因此初步确定选用列管式换热器。热流体（丁二烯蒸汽）进口温度40，出口温度40；冷流体（水）进口温度15，出口温度25；因此初步确定选择用固定管板式

4、换热器。3.2流程安排从两流体的操作压力看，应使水流体走壳程，丁二烯走管程。但是由于丁二烯较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢的增长速度，使传热器的传热速率下降，所以从整体考虑，应使丁二烯走壳程，水流体走管程。第四章估算传热面积4. 1换热器的热负荷 Q=wr=7500373 =2797500KJ/h=777.08KW4. 2平均传热温度由于逆流式传热效率最高固安逆流式=19.584.3传热面积管程流体黏度=0.012210-3，壳程流体黏度=0.01410-3；因为K值初设400W/m2.则估算的传热面积为：A=4.4 冷却水的用量第五章 工艺结构尺寸5. 1管径和管内流速选用的碳钢传热器（

5、Gb81632-87） 在管道内水的流速为11.5m/s取管内流速为 m/s5. 2估算管程数和传热管数依据传热内径和流速确定单程传热管数 根换热管总长：m管程数：传热管总根数：5. 3平均传热温度的校正及壳程数由温度校正系数图查得；由于平均传热温差校正系数大于0.85，同时壳程流速较大，故取单壳程合适。5. 4传热管排列和分程方法根据传统换热器的标准选取管长为6单管程换热器。型号：G 400 -2.5-22.3 该换热器的基本结构参数如下： 外壳直径/mm600管子尺寸/mm252.5公称压力/MPa1.6管长/m6公称面积/m222.3管子总数240管程数Np4管中心距/mm32管排列方式

6、正三角形5. 5壳体内径由公式：按卷制壳体的进级档，可取D=600mm对于三角形直列 T得5. 6折流板采用弓形折流板；切去的圆缺高度为600=150mm;折流板距h2= 0.3x600=180mm；折流板数 ：拉杆直径为，拉杆数不得少于4个；5. 7其他配件表2 拉杆参数拉杆直径数量拉杆螺纹公称直径LaLbB12412206020拉杆图5.8接管5.8.1壳程流体进出口接管取壳程内流体流速10m/s则接管内径为：5.8.2管程流体进出口接管取接管内流体的流速为：=1m /s 圆整后，取壳程流体进出口接管规格为： 20 管程流体进出口规格为：150第六章 交换器的核算6.1核热能力核算6.1.

7、1管程传热膜系数由于壳程中水蒸气存在相变6.1.2污垢热阻和管壁热阻管外污垢热阻：=0.000176m2.oC/W管内污垢热阻：=0.00058 m2.oC/W管壁热阻碳钢在该条件下6.1.3壳程对流传热膜系数：管程流通截面积：管程流体流速： m/s雷诺准数：；普兰特长数：；所以 6.1.4总的传热系数K 6.1.5传热面积裕度： 则该换热器能完成生产任务。6.2壁温校核壳体壁温和传热管壁温之差为：40-30.9=9.16.3换热器内流体的阻力6.3.1 管程流体阻力对于单管程单壳程固定管式换热器 10000 为湍流设管壁粗糙度相对粗糙度由关系图的 管程流体阻力在允许范围之内,所以管程阻力满足

8、设计要求。6.3.1 壳程流体阻力 对于体Fs=1.0 Ns=1当量直径：壳程流通面积： 29,u0=0.026 =650Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力损失也比较合适。第七章 换热器主要工艺结构尺寸和计算结果表表11 尺寸及结果表管程壳程流率 kg/h668887500温度 K 进/出15/2540/40物性定性温度 2040密度 kg/998.2598热容kJ/kg4.183-黏度 导热系数w/m0.59850.1075雷诺准数19924.07406.73设备结构参数型 式固定管板式台 数1壳体内径 mm600壳程数1管径mm管心距 mm32管长mm6000管子排

9、列正三角形直列管数目（根）468折流板个数29管程数4材质碳钢传热面积99.2折流板距200主要计算结果传热系数4114.42960污垢热阻0.000580.000176热负荷kw77708平均传热温差64.4总传热系数433.20裕度23第八章 设备参数计算8.1壳体壁厚 取设计压力Pc=1.6；查表 考虑到使用年限，取腐蚀裕量C2=1.0mm; （）平焊焊缝无损探伤壁厚：圆整后8.2接管法兰材料：16Mn 其各参数如下表 2. 接管法兰Dg管子平焊法兰螺栓焊缝dHSDD1D2fbd重量（kg）数量直径KH2025310575582161408678M16561501594.52802402

10、12328237928M16568.3设备法兰 参数见下表3DgDDDDDbaad规格数量法兰重量60073069065564564340151323M202835.1材料：Q235-A 选用椭圆型封头（JB/T 473795）表 5 封头参数如下：公称直径DN曲面高度 直边高度内表面面积F容积V600150400.2230.0134选封头管箱(封头)如图：8.5设备法兰用垫 压力容器法兰垫片材料：石棉橡胶板石棉橡胶板垫圈图表8 垫圈选用表介质法兰公称压力/MPa介质温度/配用压紧面形式选用垫圈名称材料丁 二烯平形耐油橡胶石棉耐油橡胶石棉水平形橡胶垫圈橡胶板固定式换热器管板视图8.6管法兰用密

11、封垫片压力容器法兰垫片材料：石棉橡胶板石棉橡胶板垫圈图表8 垫圈选用表介质法兰公称压力/MPa介质温度/配用压紧面形式选用垫圈名称材料丁 二烯平形耐油橡胶石棉耐油橡胶石棉水平形橡胶垫圈橡胶板8. 7管板 Pt=Ps=1.6MPa管板兼作法兰 Pg=1.6MPa表6 管板尺寸数据公称直径mmDmmD1mmD2mmD3mmD4mmD5mmD6mmbmmbmmdmm螺栓60051548045039743740040038281820表7 管板尺寸设计压力壳体内径x厚度换热管数 管板厚度b前管板设计值后管板设计值1.6600x624046 42如图所示：等边三角形直列固定式换热器管板视图8.8支座本换

12、热器采用立式安装，故选用鞍式支座。支座两个部分参数尺寸如下： 表10 支座参数支座号允许负荷kN公称直径DN高度H底 板/筋板/8368600200180606302608058.9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PL100-1.0 RF2Q235-B2.625.243GB8163-87接管108X5 L=1602Q235-B4LNQ-001-3放松吊耳2Q235-B0.08 0.165LNQ-001-2折流板 29Q235-A7.5217.56筒体DN127X4.51Q235-B2787LNQ-001

13、-2拉杆4Q235-B4.216.88GB/T6170螺母M1684级0.040.328LNQ-001-3法兰120II879垫片642/600 S=34石棉橡胶板0.310筒体DN600X8 L=1401Q235-B16.811JB/T 4746-2002封头EHA 600X51Q235-B1712GB/T14976换热管25X2.5，L=60001560Cr18Ni93.4530.413JB/T4712-92支座 500-S2Q235-A/Q235-B26.314JB/4701-2000法兰-FM500-1.01Q235-B29.515SYJ11-65垫片1橡胶板0.150.316LNQ-

14、001-2管板116MnR6517GB/T6170螺母 M201286级0.0648.218JB/T4707螺栓M20x150-A626.8级0.3320.46 第九章 参考文献1毛席澜.化工设备设计全书-换热器设计.上海：上海科学技术出版社.1988年4月第1版.2靳士兰.邢凤兰。化工制图.北京：国防工业出版社.2006年第1版.3化工设备设计手册编写组.化工设备手册-材料与零部件（上）.上海：上海人民出版社.4靳士兰,巨勇智.化工设备基础.延边大学出版社.5杨长龙化工原理课程设计.哈尔滨工程大学出版社6中华人共和国行业标准.压力容器法兰.北京：气象出版社.1992年6月第一版.7中华人共和

15、国行业标准.钢制压力容器.北京：中国标准出版社.1998年5月第一版8中华人共和国行业标准.管壳式换热器. 北京：中国标准出版社.2000年12月第一版9中华人共和国行业标准.钢制管法兰、垫片、紧固件.秦皇岛市卢龙印刷厂.10巨勇志，勒士兰编.过程设备机械基础，北京;国防工业出版社，2005.411谭天思,麦本熙,丁惠华编.化工原理(上册)第二版，北京;化学工业出版社,199012杨崇麟编.管板换热器工程设计手册，北京;机械工业出版社，199513顾芳珍，陈国桓，化工设备设计基础，天津市宝坻，天津大学出版社1994，814夏清，陈常贵编.化工原理(上册),天津;天津大学出版社,2005.115

16、余国琮编.化工容器及设备，北京;化学工业出版社，1985.316匡国柱，史启才编.，北京;化学工业出版社，2007.1017化工部设备设计技术中心站编.钢制管法兰、垫片、紧固件第九章 参考文献 第十章 学习体会与收获转眼间两个星期的化工课程设计已接近尾声，与以往不同的是，我对学习的态度不再是敷衍了事，而是真正的动脑动手潜心计算，研究，设计。因为我深知化工原理课程设计对我们过控专业学生的重要性，化工原理课程设计是为我们未来工作做的良好铺垫。从开始接到论文题目直到最后的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和真正的实践，不断的查看相

17、关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己稚嫩作品一步步走向成熟，每一次改进都是我学习的收获、我学习的开始。首先我要感谢我们的任课老师朱老师，两个学期以来他一直尽心尽力的教我们做人做事的道理和学习知识严谨的治学精神以及深厚的理论水平都使我收益匪浅，还有他幽默的讲课方式，更使我们这些平时厌学的同学对化工原理这门课程的学习有了浓厚的兴趣。他本着对我们认真负责的态度，严格要求我们独立思考，用正规的方式对我们的课程设计过程进行严格的考核，无论在理论上还是在实践中，都给予我很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有巨大的帮助，同时，我还要感谢在一起努力的同班同组的同学们，正

18、是由于你们的帮助和支持还有我们大家的共同努力，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，心情无比喜悦，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我很多的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!经过两个星期的学习，我觉得在大学里做课程设计是提高学生能力的一种有效途径，无论是动手实践还是查阅资料或是对整个知识体系的了解都会得到很大的提高，学生做这门课程的设计要了解和学会并真正懂得的东西远超过他们参加一门考试。为了答辩他们就必须对此有更加确切的了解。也会难过每个知道我们为什么要学习这门课程在以后的工作中它有什么用途。也就是说真正让学生从书本中走出来。最后我

19、要感谢学校和老师给了我一次提升自身素质的机会。我会珍惜每一次这样的机会。更加珍视的学习这门课程。因为课程设计让我明白它和生活息息相关，化工原件的设计是我们过控专业学生所必备的技能，我们必会用大学所学的专业技能在化工领域创造出不朽的辉煌。第十一章 重要符号说明 Q 热负荷 KJ/hmi热流体质量流速 KJ/hCpi热流体比热容 KJ/(kg)Cpi冷流体比热容 KJ/(kg)di 传热管的内径 mdo 传热管的外径 mde当量直径 mD 公称直径mK 选取的传热系数 t1冷流体进口温度 t2冷流体出口温度 T1热流体进口温度 T2热流体出口温度 R平均温差校正系数的参数Ft温度校正系数Tm平均温差L单程管长 mNp单程数N总管数D公称直径 mP公称压力 Mpaai管程传热膜系数Vs热流体体积流速ui管程流速m/sRei管程雷诺准数ao壳程传热膜系数 h折流板间距 mAo计算传热面积 m2T管中心距 muo壳程速度 m/sDe当量直径 mReo壳程雷诺准数Pro课程普兰特数流体在定性温度的黏度，Pa.s导热系数，dm平均管径 mRsi管程的污垢热阻 Rso壳程的污垢热阻 b壁厚 m管程压力降 Pa相对粗糙度 mm22