化工原理循環(huán)水冷卻器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 傳熱過(guò)程是化工生產(chǎn)過(guò)程中存在的極其普遍的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的換熱設(shè)備卻種類繁多，形式多樣。 按換熱設(shè)備的傳熱方式劃分主要有直接接觸式、蓄熱式和間壁式三類。雖然直接接觸式和蓄熱式換熱設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易等特點(diǎn)，但由于在換熱過(guò)程中，有高溫流體和低溫流體相互混合或部分混合，使在應(yīng)用上受到限制。因此工業(yè)上所有的換熱設(shè)備工業(yè)上所有的換熱設(shè)備以間壁式換熱器居多。管式換熱器的類型也是多種多樣的，從其結(jié)夠上大致可分為管式換熱器和板式換熱器。管式換熱器主要包括蛇管、 套管和列管式換熱器；板式換熱器主要包括板式、螺旋板式、板殼式換熱器。不同類型的換熱器各有自己的優(yōu)點(diǎn)和使用條件。 1、固定管板式 固定管板式換熱器是用焊接的方式將連接管束的管板固定在殼體兩端。主要特點(diǎn)是制造方便，緊湊，造價(jià)較低。但由于管板和殼體間的結(jié)構(gòu)原因，使得管外側(cè)不能進(jìn)行機(jī)械清洗。另外當(dāng)管壁溫與殼體壁溫之差較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。嚴(yán)重時(shí)會(huì)毀壞換熱器。 由此可知，固定管板式換熱器使用與殼程流體清潔，不易結(jié)垢?；蛘吖芡鈧?cè)污垢能用化學(xué)處理方法去掉的場(chǎng)合，同時(shí)要求殼體壁溫與管子壁溫之差不能太大，一般情況下， 該溫差不得大于 50。若超過(guò)此值，應(yīng)加溫度補(bǔ)償裝置。通常是在殼體上加一膨脹節(jié)。 2、浮頭式換熱器 浮頭式換熱器是用法蘭把管束一端的管板固定到殼體上，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由伸縮，并子這端管板上加一頂蓋成為“浮頭”。 這類換熱器的主要特點(diǎn)是管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束可以在殼體內(nèi)自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。但這種換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)高，制造安裝要求高。 由以上特點(diǎn)可以看出浮頭式換熱器的應(yīng)用范圍很廣，能在較高的壓力下工作，使用于殼體壁溫與管壁溫之差較大，或殼程流體易結(jié)垢的場(chǎng)合。 3、 這類換熱器的管束是由彎曲成 U 型的傳熱管組成。其特點(diǎn)是，管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比浮頭式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子較少，另外由于管束中心一帶存在間隙，且各排管子回彎曲率不同，長(zhǎng)度不同，故物料分布不夠均勻，影響傳熱效果。 U 型管式換熱器適用于殼程流體易結(jié)垢，或是殼體壁溫與管壁溫之差較大的場(chǎng)合，但要求管程流體應(yīng)較為清潔，不易結(jié)垢。 4、填料函式換熱器 這類換熱器具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，制造方便，易于檢修清洗 。對(duì) 于一些腐蝕嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換管束的場(chǎng)合常采用這種換熱器。但這種換熱器密封性能差，故殼程不宜處理易燃、易爆或有毒的氣體。同時(shí)要求殼程流體的壓力不宜過(guò)高。目前所適用的填料函式換熱器的直徑一般在 7000少采用大直徑的填料函式換熱器。 三、計(jì)算物性參數(shù) 1、定性溫度下兩流體的物性參數(shù) （ 1） 循環(huán)水 對(duì)于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均制，故循環(huán)水的定性溫度為： 誤 !未找到引用源。 = 根據(jù)定性溫度，分別查處有關(guān)的物性參數(shù)如下： 密度 h=989.1 kg/ 比熱容 kJ/ 導(dǎo)熱系數(shù) h= 粘度 h=as (2) 冷卻水 對(duì)于黏度較低的流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均制，故冷卻水的定性溫度為： 誤 !未找到引用源。 =25 根據(jù)定性溫度，分別查處有關(guān)的物性參數(shù)如下： 密度 i=熱容 ) 導(dǎo)熱系數(shù) i=m ) 粘 度 i=s 四、設(shè)計(jì)方案的確立 熱流體循環(huán)水的進(jìn)口溫度為 55，出口溫度為 40。 冷流體冷卻水的進(jìn)口溫度為 20，出口溫度為 30。 由以上數(shù)據(jù)可知?dú)んw壁溫與管子壁溫之差小于 50，且冷卻過(guò)程為常壓冷卻，因此可以選用固定管板式換熱器。 固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊，由于這種結(jié)構(gòu)使殼側(cè)清洗困難，所以殼程易用于不易結(jié)垢和清潔的流體。 固定管板式換熱器 : 由于是常溫冷卻，并且循環(huán)水相對(duì)比較潔凈，所以選擇循環(huán)水走管間 ,冷卻水走管內(nèi)，既有利于冷卻水冷卻效率，也可借助于外界溫度加速循環(huán)水冷卻。 五、估算傳熱面積 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =76000 (55 95% =106 kJ/h =1255.6 流傳熱）： 冷卻水用量： 由已知 K=900 W / 。 考慮到估計(jì)性質(zhì)的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)范圍，取實(shí)際傳熱面積為估計(jì)值 的 。 S=、工程結(jié)構(gòu)尺寸 選用 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 25 熱管，取內(nèi)管流速 s 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程管傳熱管數(shù) 所以 8 (根 ) 按單管程計(jì)算，傳熱總管長(zhǎng)度為： 現(xiàn)在取傳熱管長(zhǎng) l=6 m，則該換熱器的管程數(shù)為： 傳熱管總跟數(shù)： N=78 2=156（根） 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，查表得： t= 均傳熱溫差： 由于平均溫差校正系數(shù)大于 時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方型排列，取管心距 t= t=25=32（ 隔板中心到離其最近一排管中心距離按公式 s=t/2 +6 計(jì)算： s=32/2 + 6 =22 隔板兩側(cè)相鄰管心距為： s =222 =44 通過(guò)管束中心線的管數(shù)： )(151 5 Nn c 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 =殼體內(nèi)徑為： 圓整可?。?D=600（ 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)經(jīng)的 25%，則切去的圓缺高度為： h=600=150（ 取折流板間距 B= B=600=180（ 可取 B=200（ 折流板數(shù)： （塊）折流板間距 傳熱管長(zhǎng) 2912006001 拉桿數(shù)量與直徑按化工原理課程設(shè)計(jì)表 1取拉桿直徑為 12桿數(shù)量為 4 根，殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速為： u=2m/s 則接管內(nèi)徑： 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為： u=2m/s 則接管內(nèi)徑； 所以取標(biāo)準(zhǔn)管： 通過(guò)查附錄表，選擇 殼程接管： 127 45，管程接管： 146 45。 七、換熱器的核算 管程傳熱膜系數(shù)： d 管程流速截面積： 管程流體速度： i )/ / 污垢熱阻和管壁熱阻 污垢 熱阻： )/W )/W 管壁熱阻按 化工原理課程設(shè)計(jì) 的 公式 1算 ，碳鋼在該條件下的導(dǎo)熱系數(shù)約為 50W/m , 即管壁導(dǎo)熱系數(shù)： 殼程對(duì)流傳熱膜系數(shù)： ( 當(dāng)量直徑： 可根據(jù)公式： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 殼程流通面積： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3 粘度校正 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 總傳熱系數(shù) K 24819 000648. 0 1 . 989 813 . 0 020 . 0 C m W / 50 傳熱面積 實(shí)際傳熱面積： 面積裕度： 2 換熱器內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)阻力 管程流動(dòng)阻力： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由 7173,傳熱管相對(duì)粗糙度 ，查莫狄 圖得 i=m i=s = 所以 6/()=a 2/2=3=a ( 2 =程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。 殼程阻力： 流體經(jīng)管束的阻力： B+1)2/2 F= 0=5=B=29 0=s 29+1) =體經(jīng)過(guò)折流板缺口的阻力損失： B()2/2 B= D= 9(=阻力損失： P 總 =程流動(dòng)阻力在允許范圍內(nèi) 。 八、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 管程 殼程 流率 kg/h 40000 溫度 進(jìn) /出 20/30 55/40 壓力 性 定性溫度 25 密度 kg/容 ) 容 1010熱系數(shù)W/(m ) 蘭特?cái)?shù) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 型式 固定管板式 臺(tái)數(shù) 1 殼體內(nèi)徑00 殼層數(shù) 1 管徑 25 心距 32 管長(zhǎng) 6000 管子排列 三角形 管數(shù)目（根） 156 折流板數(shù) 29 傳熱面積 流板距 200 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼 接管殼程內(nèi)徑 127 管管程內(nèi)徑 146 要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 m/s 熱膜系數(shù)w/ 垢熱阻 /w 力損失 負(fù)荷 熱溫差 熱系數(shù) w/ 積裕度 九、設(shè)備參數(shù)的計(jì)算 1、殼體壁厚 S， c=&600/2 113 =c=+C=6. 接管法蘭 子 平焊法蘭 螺栓 焊縫 D 2 f b d 重量（ 數(shù)量 直徑 K H 125 133 4 235 200 178 3 10 18 6 150 159 60 225 202 3 12 18 6 D D D D b a a d 規(guī)格 數(shù)量 法蘭重量 600 730 690 655 645 643 40 15 13 23 8 封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭 公稱 直徑 面高度 邊高度 表面積 F（ 容積 v（ 600 150 40 膠石棉板） 公稱直徑 片內(nèi)徑 d 公稱壓力 F(墊片外徑 D 600 615 16 655 法蘭公稱壓 介質(zhì)溫度 密封面型式 墊片名稱 材料 力 卻水 60 光滑 橡膠墊片 橡膠板 循環(huán)水 60 光滑 橡膠墊片 橡膠板 7. 管板 管板厚度 30，長(zhǎng)度 666，材料為 16 8. 支 墊（鞍式支座） 公稱直徑 個(gè)支座允許負(fù)荷 t B l b m 重量（ 600 80 550 120 260 420 90 220 序號(hào) 圖號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 名稱 數(shù)量 材料 單重（ 總量（ 1 端管箱 1 組合件 F 2 管 108=160 2 4 流板 29 278 6 桿 4 6170 螺母 4 級(jí) 蘭 1 2087 9 墊片642/600 S=3 4 石棉橡膠板 0 4701 1 筒體=140 1 12 4746頭 00 17 13 14976 =6000 156 04 4712座 500 2355 701 6 片 2 橡膠板 7 松吊耳 2 8 板 1 1665 19 6170 螺母 28 6 級(jí) 0 4707 螺栓2 1 片 1 橡膠板 、參考文獻(xiàn) 1 夏清、陳常貴主編 、下） 津大學(xué)出版社， 2005 2 化工原理課程設(shè)計(jì) 3 化工原理教研室選編 齊市：齊大， 2008 4 大 連理工大學(xué)化工原理教研 大連：大連理工大學(xué)出版社 , 1996 5 匡國(guó)柱，史啟才主編 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 6 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編寫(xiě) 、下） . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1986 7 柴誠(chéng)敬等 .化工原理課程設(shè)計(jì) 津科學(xué)技術(shù)出版社， 1995 8 譚慰主編 天津：天津大學(xué)出版社， 2000 9 刑曉林主編 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005 10 程達(dá)芳等主編 學(xué)工業(yè)出版社， 2000 11 樣祖榮主編 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004 12 鄭津洋等主編 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005 13 匡照忠主編 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2006 十一、學(xué)習(xí)體會(huì)與收獲 本次化工原理課程設(shè)計(jì)為期兩周，是學(xué)習(xí)化工原理以來(lái)第一次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)。化工原理設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)的能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，在通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則和方法；掌握了結(jié)果的校核，能畫(huà)出工藝流程圖。 在短短的兩周時(shí)間里 ，從開(kāi)始的一頭霧水，到同學(xué)討論，在進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，再到對(duì)工業(yè)材料的選取論證和后期的流程圖的繪制等過(guò)程的培養(yǎng)，我真切的感受到了理論與實(shí)踐結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限知識(shí)去解決實(shí)際中各種問(wèn)題的不易。 我也從中明白了學(xué)無(wú)止境的道理，在我們所查到的很多參考書(shū)中，很多的知識(shí)結(jié)構(gòu)很不完善，我對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的理解還僅限于書(shū)本上，對(duì)實(shí)際當(dāng)中事物的方方面面考慮的還不夠多。 在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，我還發(fā)現(xiàn)由于沒(méi)有及時(shí)將所得結(jié)果總結(jié)，以至于在后面的計(jì)算過(guò)程中不停地來(lái)回翻查數(shù)據(jù)，也浪費(fèi)了大量的實(shí)踐。還有在一些應(yīng)用問(wèn)題上 ，我直接套用了書(shū)本上的公式或過(guò)程，并沒(méi)有徹底理解個(gè)公式的出處和用途，對(duì)于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取，也知識(shí)根據(jù)范圍自己選取的，并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。因此，一些計(jì)算數(shù)據(jù)有時(shí)并不十分準(zhǔn)確。只是擁有一個(gè) 正確的范圍和趨勢(shì)，因此會(huì)存在一定的誤差。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)化工原理課程有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，對(duì)于我以后的學(xué)習(xí)有一個(gè)很好的指導(dǎo)方向，我們理解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還使我設(shè)立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高 度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)的能力和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。 在此，感謝學(xué)院給我們提供了這么一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓我們把所學(xué)的知識(shí)得以運(yùn)用，感謝老師給我們的耐心指導(dǎo)，讓我們的設(shè)計(jì)得以順利完成。 十二、重要符號(hào)說(shuō)明 Q 熱負(fù)荷 KJ/h 熱流體質(zhì)量流速 KJ/h 熱流體比熱容 ) 冷流體比熱容 ) 傳熱管的內(nèi)徑 m 傳熱管的外徑 m 當(dāng)量直徑 m D 公稱直徑 m K 選取的傳熱系