1、化工原理課程設計-模板化工原理課程設計-模板 重慶 交通大 學校徽化 工原理課程設計報告年級 專業學 院設計者設計單位 完成日期 自動生成目錄 分隔符 概述 一、換熱器設 計任務書1.1設計題目 列管式換熱器的工藝設計 1.1.1設 計課題工程背景1.1.2設計目的 通過對煤油產品冷卻的列管式換熱器設計，達到讓學生了解該換熱器的結構特點，并 能根據工藝要求選擇適當的類型，同時還能根據傳熱的基本 原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以 及計算流體阻力。1.1.3設計內容（1）完成列管式換熱器的工藝設計計算（2）完成輔助設備的工藝計算及選型（3）用CAD繪制工藝流程圖及換熱器工藝條件

2、圖各一張（4）編寫設計說明書1.2設計任務及操作條件1.2.1處理能力（1.6, 2.0, 2.4,2.6） 104噸/年煤油1.2.2設備型式 列管式換熱器 1.2.3操 作條件煤油： 入口溫度：待定（140C、120C、100C）,由口溫度：待定C冷卻介質：自來水，入口溫度： 待定C,由口溫度： 待定0 c允許壓強降：不大于105Pa每年按330天計，每天24小時連續運行 學 號 姓名 處理能力104噸/年 熱物料（C）冷卻水（C）備 注 入口溫度 由口溫度 入口溫度 由口溫度 10300101吳 曉燕 1.6 140 30 20 42 10300102 馬妞 2.0 130 35 25

3、46 10300103 李榕榕 2.4 120 40 28 50 10300104 張金煥 2.6 110 35 30 46 10300105 夏小鳳 1.6 130 40 25 50 10300106 朱春霞 2.0 120 30 20 42 10300107 周 興 2.4 110 40 30 50 10300108 王平石 2.6 140 30 20 42 10300109 鐘 卿 1.6 120 35 25 46 10300110 陳國光 2.0 110 30 20 42 10300111 鄧梓 陽 2.4 140 35 24 46 10300112 譚 俊 2.6 130 40 26

4、 50 10300113 張泳攀 1.6 110 35 25 46 10300114 陳春伍 2.0 140 40 24 50 10300116 馬學士 2.4 130 30 20 42 10300117 李 峻 2.6 120 40 28 50 10300118 余興金 1.6 110 30 20 42 10300119 劉仕琪 2.0 130 35 25 46 10300120 閆 宇 2.4 120 30 20 42 10300121 粱 云 2.6 110 35 24 46 10300122 劉 攀 1.6 140 40 28 50 10300123 趙 明 2.0 120 35 25

5、 46 10300125 張君陶 2.4 110 40 24 50 10300127 廖泗 2.6 140 30 20 42 10300129 劉逸洋 1.6 130 40 30 50 10300131 張文陽 2.0 110 30 20 42 10300201 歐恒秀 2.4 140 35 25 46 10300202 楊 歡 2.6 130 30 20 42 10300203 楊曉麗 1.6 120 35 24 46 10300205 龍 鳳 2.0 140 40 26 50 10300206 段 梅 2.4 130 35 25 46 10300207 文永林 2.6 120 40 30

6、50 10300208 趙峰祥 1.6 110 30 20 4210300210 馮永斌 2.0 130 40 28 50 10300211 楊 鵬 2.4 120 30 20 42 10300212 黃和彬 2.6 110 35 24 46 10300214 黃 俊 1.6 140 30 20 42 10300215 任廣有 2.0 120 35 20 46 10300216 朱建偉 2.4 110 40 24 50 10300217 周書洋 2.6 140 35 25 46 10300218 杜金鵬 1.6 130 40 30 50 10300219 張啟東 2.0 110 30 20 4

7、2 10300220 陳 慶 2.4 140 40 26 50 10300221 李 星 2.6 130 30 20 42 10300223 楊敏超 1.6 120 35 24 46 10300225 譚言剛 2.0 110 30 20 42 10300226 向 毅 2.4 130 35 25 46 10300227 趙國銀 2.6 120 40 30 50 10300228 龍 君 1.6 110 35 25 46 10300229 喻 專 2.0 140 40 28 50 10300230 宋力力 2.4 120 30 20 42 1.2.4 設計項目 設計方案簡介：對確定的工藝流程及換

8、熱器型式進行簡要論述。換熱器的工藝計算： 確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結構尺寸設計。主要輔助設備選型。繪制換熱器總裝配圖。1.3設計說明書的內容 1.3.1說明書結構（1）目錄；（2） 設計題目及原始數據（任務書）；（3）論述換熱器總體結構（換 熱器型式、主要結構）的選擇；（4）換熱器加熱過程有關計 算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面積、換熱管型號、殼體直徑等）；（5）設計結果概要（主要設備尺寸、衡算結果等）；（6） 主體設備設計計算及說明；（7）主要零件的強度計算（選做）；（8）附屬設備的選擇（選做）；（9）參考文獻；（10） 后記及其它。1.3.2 設計圖要求 用594X841圖紙繪制換

9、熱器一張： 一主視圖，一俯視圖，一剖面圖，兩個局部放大圖。1.3.3 設計思考題（1）設計列管式換熱器時，通常都應選用標準型號的換熱器，為什么？（2）為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？（3）在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒有擋板時，其對流傳熱系數的計算方法有何不同？（4）說明列管式換熱器的選型計算步驟？（5）在換熱過程中，冷卻劑的進生口溫度是按什么原則確定的？（6）說明常用換熱管的標準規格（批管徑和管長） 。（7）列管式換熱器中，兩流體的流動方向是如何確定 的？比較具優缺點？1.3.4部分設計問題指導（1）列管式換熱器基本型式的選擇（2）冷卻劑的進生口溫度的確定原則（3）流體流向的選擇 （4

10、）流體流速的選擇（5）管子的規格及排列方法（6）管程數和殼程數的確定（7）擋板的型式二、換熱器介紹2.1管殼式換熱器管殼式換熱器又 稱列管式換熱器，是一種通用的標準換熱設備，它具有結構 簡單，堅固耐用，造價低廉，用材廣泛，清洗方便，適應性 強等優點，應用最為廣泛。管殼式換熱器根據結構特點分為以下幾種:固定管板式換熱器固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，這類換熱器結構簡單，價格低廉，但管外清洗困 難，宜處理兩流體溫差小于 50 C且殼方流體較清潔及不易結 垢的物料。帶有膨脹節的固定管板式換熱器，其膨脹節的彈性變形 可減小溫差應力，這種補償方法適用于兩流體溫差小于70 C且殼方流體壓強不高于

11、 600Kpa的情況。浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連 接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外 殼的膨脹無關。浮頭式換熱器的管束可以拉由，便于清洗和檢修，適用于 兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應用極為普遍，但結構 復雜，造價高。填料涵式換熱器 填料涵式換熱器管束一端可以自由膨 脹，與浮頭式換熱器相比，結構簡單，造價低，但殼程流體 有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。2.2 蛇管式換熱器 蛇管式換熱器是管式換熱器中結構最 簡單，操作最方便的一種換熱設備， 通常按照換熱方式不同， 將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。2.3 套管式換熱器 套管式換熱器是

12、由兩種不同直徑的直 管套在一起組成同心套管，其內管用U型時管順次連接，外 管與外管互相連接而成，其優點是結構簡單，能耐高壓，傳 熱面積可根據需要增減，適當地選擇管內、外徑，可使流體 的流速增大，兩種流體呈逆流流動，有利于傳熱。此換熱器適用于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。2.4 換熱器材質的選擇 在進行換熱器設計時，換熱器各 種零、部件的材料，應根據設備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經濟合理性。一般為了滿足設備的操作壓力和操作溫度，即從設備的強 度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐 蝕性能，有時往往成為一個復

13、雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結構有著密切關系。一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。(1)碳鋼價格低，強度較高，對堿性介質的化學腐蝕 比較穩定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環境中應 用是合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為10號和20號碳鋼。(2)不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以 1Crl8Ni9Ti為代表，它 是標準的18-8奧氏體不銹鋼，有穩定的奧氏體組織， 具有良 好的耐腐蝕性和冷加工性能。正三角形排列結構緊湊；正方形排列便于機械清洗；同 心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管

14、布管均勻，結構更為緊 湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮 頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。(2)管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將 管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產生顯著的塑性變形， 靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金 鋼，設計壓力不超過 4 MPa,設計溫度不超過 350c的場合。(3)封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是 控制及分配管程流體。封頭 當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋 連

15、接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。管箱 換熱器管內流體進由口的空間稱為管箱，殼徑較大 的換熱器大多采用管箱結構由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結構應便于 裝拆。分程隔板當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱 器。對于多管程換熱器，在管箱內應設分程隔板，將管束分為 順次串接的若干組，各組管子數目大致相等。這樣可提高介質流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、4、6程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增 強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。2.5 管板式換熱器的優點 (1)換熱效率高，熱損失小 在 最好的工況條件下，換熱系數可以達到 6000W/ m

16、2K,在一 般的工況條件下，換熱系數也可以在 30004000 W/ m2K左 右，是管殼式換熱器的35倍。設備本身不存在旁路，所有通過設備的流體都能在板片波 紋的作用下形成湍流，進行充分的換熱。完成同一項換熱過程，板式換熱器的換熱面積僅為管殼式 的 1/ 31/ 4。(2)占地面積小重量輕除設備本身體積外，不需要預留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為 0. 60. 8mm o同樣的換熱效果，板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積 和重量要少五分之四。(3)污垢系數低流體在板片間劇烈翻騰形成湍流，優秀 的板片設計避免了死區的存在，使得雜質不易在通道中沉積堵塞，保證了良好的換熱效果。(4)

17、檢修、清洗方便換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組 裝在一起，當檢修、清洗時，僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片 進行沖刷清洗。(5)產品適用面廣 設備最高耐溫可達 180 C,耐壓2. 0MPa ,特別適應各種工藝過程中的加熱、 冷卻、熱回收、冷 凝以及單元設備食品消毒等方面 ，在低品位熱能回收方面 ， 具有明顯的經濟效益。各類材料的換熱板片也可適應工況對腐蝕性的要求。當然板式換熱器也存在一定的缺點，比如工作壓力和工作溫度不是很高，限制了其在較為復雜工況中的使用。同時由于板片通道較小，也不適宜用于雜質較多，顆粒較大 的介質。2.6 列管式換熱器的結構介質流經傳熱管內的通道部分稱為管程。換熱管布置和排列間

18、距常用換熱管規格有 e19X 2nm、e 25X2 mm(1Crl8Ni9Ti)e 25X2.5 mr鋼 10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時， 對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱 面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三 角形直列、三角形錯列和同心圓排列。(A)(B) (C) (D)(E)圖1-4換熱管在管板上的排列方式(A)正方形直列 (B)正方形錯列(C)三角 形直列 (D)三角形錯列 (E)同心圓排列 正三角形排列 結構緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼 徑換熱器，外圓管布管均勻，結構

19、更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮 頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。(2)管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將 管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產生顯著的塑性變形， 靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金 鋼，設計壓力不超過 4 MPa,設計溫度不超過 350c的場合。(3)封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是 控制及分配管程流體。封頭 當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋 連接，以便卸下封頭

20、，檢查和清洗管子管箱 換熱器管內流體進由口的空間稱為管箱，殼徑較大的換熱器大多采用管箱結構。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結構應便于 裝拆。分程隔板 當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱 器。對于多管程換熱器，在管箱內應設分程隔板，將管束分為 順次串接的若干組，各組管子數目大致相等。這樣可提高介質流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、4、6程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增 強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。2.7管板式換熱器的類型及工作原理板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式；按照換熱板 片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式；按照密封墊可以分為粘結式和搭扣式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求，在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結式還是搭扣 式密封墊而有所不同，采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠 水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕，并且設備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器，可以達到250 C、2. 5MPa。因此同樣是板式