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1、化工原理课程设计任务书列管式换热器化工原理 化工设备课程设计任务书设计题目：年处理2.4万吨的列管式换热器学生姓名： 邓 云 乐 专业班级： 环境工程10级4班 学 号： 1 0 0 7 0 4 0 0 1 指导教师： 徐 慎 颖 、张 燕 宜宾学院化学与化工学院2011年 12月 13 日列管式换热器设计任务书一、设计目的培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成换热单元操作设备设计任务的实践能力二、设计目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的三、设计题目列管式换热器设计 四、设计任务及操作条件 1. 设计任务 设备型式：列管式
2、处理任务：如下表所示：处理量（万吨/年）物料2426283032343.6384042444648原油10070400121213煤油142526#柴油2737#3839#2. 操作条件（1）热流体：入口温度140; 出口温度40 （2）冷却介质：岷江水（3）允许压降：不大于0.1MPa（4）物性数据原油定性温度下的物性数据五、设计内容1. 设计方案的选择2. 设计计算（1） 计算总传热系数（2） 计算传热面积3. 主要设备工艺尺寸设计 （1）管径尺寸和管内流速的确定 （2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定 4. 换热器核算 5. 设计结果汇总 6. 绘制换热器简图目 录第一章 概 述11
3、.1换热器的简单介绍11.2本设计的目的和意义1第二章 设计计算22.1确定设计方案22.2确定物性数据32.3计算总传热系数42.4计算传热面积7 2.5工艺结构尺寸82.6换热器核算8设计图纸（附图纸）8参考文献8评语及成绩9 第一章 概 述1.1换热器的简单介绍在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于物料的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许
4、冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。1.2本设计的目的和意义通过本次课程设计，培养学生多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面：（1）资料、文献、数据的查阅、收集、整理和分析能力。要科学、合理、有创新地完成一项工程设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。（2）工
5、程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。本设计包括热工计算和冷却器设备的结构计算。（3）工程设计表达能力。工程设计完成后，往往要交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的内容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。 通过本设计不仅可以进一步巩固学生所学的相关啊知识，提高学生学以致用的综合能力，尤其对传热学、流体力学等课程更加熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严禁、作风踏实的品格。第二章 设计计算2.1确定设计方
6、案1.选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40；冷流体进口温度20，出口35。该换热器用岷江水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。2.流动空间及流速的确定由于冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，原油走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取。2.2确定物性数据（1）热流体：入口温度140; 出口温度40 （2）冷却介质：岷江水（3）允许压降：不大于0.1MPa（4）年处理量：3.6万吨 （5）定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程原油的定性温度为
7、管程流体的定性温度为 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 原油在90下的有关物性数据如下： 水在27,5下的有关物性数据如下： 2.3计算总传热系数1. 热流量 ； 2.平均传热温差及其校正 初步决定采用单壳程、偶数管程的管板式换热器，由R和P查温差校正系数图，温差校正系数为，可行。 3. 冷却水用量 4.总传热系数K管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数 污垢热阻 管壁的导热系数 2.4计算传热面积 考虑15%的面积裕度，2.5工艺结构尺寸1. 管径和管内流速 选用252.5传热管（碳钢），取管内流速2. 管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单
8、程管计算，所需的传热管长度为 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=6m，则该换热器管程数为 根据初步计算结果：传热面积19.57，总管数36根，2管程，管长6m，(查化工设备设计手册表9-3）。初选管板式换热器型号为BEM-325-1.6-25.9-6/25-2I。该管板式壳体直径325mm，换热面积25.9，公称压力1.6MPa，总管数56，2管程，每管程的管子数为28根。3.传热管排列和分程方法 采用正三角形排列。管孔加工两端必须倒角0.545。取管心距，则 横过管束中心线的管数 4.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为 圆整可取D=325m
9、m。所以壳体的壁厚为6mm。（化工单元设备设计表18）6.接管法兰选用甲型平焊法兰，JB/T 4701-2000（化工设备机械基础表12-2）。7.管箱、管箱支座和管箱垫片管箱的分程隔板厚度为12mm。支座采用固定型和滑动型鞍式支座各一个，按JB1167-81鞍式支座的B型带垫板，高度为200mm的尺寸选取。位置尺寸为两支座间距离为换热管束长度的0.6倍，且与两端相等。耐油橡胶石棉板（GB 151-1999 附录 H）。垫片厚度，本设计确定为3mm，隔板槽部分垫片厚度取10mm，圆角尺寸取R=8mm。8.换热管和管板换热管材料选择碳钢，规格25mm2.5mm，外径公差上偏差+12%，下偏差-1
10、0%（化工设备设计手册表9-15）。管板与法兰连接密封面为凸面，分程隔板槽拐角处倒角1045，隔板槽宽度为12mm，管板与换热器连接处采用胀接。9.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则却去的圆整高度为h=0.25325=81.25（mm），故取h=80mm。 取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3325=120（mm），可取B为150mm。 折流板数 由于本设计中两相全为液相故选择挡板为上下缺边形，无支撑长度300mm，故折流板厚度确定为3mm。10.拉杆拉杆直径12mm，数量4个。11.接管 壳程流体进出口接管：取接管内原油流速为u=1.0m/s，则接管内径为
11、 取标准管径为30mm。 管程流体进出口接管：取接管内水流速u=1.5m/s，则接管内径为 取标准管径为40mm。2.6换热器核算1. 热量核算（1） 壳程当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺系数和普兰特准数分别为 由于Re2000,壳程有折流挡板，由于流体被冷却 ，查表， （2） 管程对流传热系数 管程流通截面积 管程流体流速 普兰特准数 （3） 传热系数K （4） 传热面积S 查表JB/T4715-92 固定管板式换热器型式与参数得，。 该换热器的面积裕度为 故传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2. 换热器内流体的流动阻力（1） 管程流动阻力 由Re=
12、11063.5，传热管相对粗糙度 ，差图得 ，流速 ，所以 管程流动阻力在允许范围之内。（2） 壳程阻力 流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力 10KPa壳程流动阻力也比较适宜。管程和壳程流体阻力均未超过0.1MPa。选用管板式换热器BEM-400-1.6-27.3-6/25-2I满足工艺要求。2.7换热器的机械设计1. 换热器壳体、封头材料，厚度及连接形式(1) 壳体，封头材料：Q235-B(2) 壁厚计算由于换热器为内压容器，故采用内压容器的设计方案来确定其壁厚，壁厚的计算公式为：公称直径DN甲型平焊法兰 PN=1.6MPa螺柱DD1D2D3D4d规格数量3004303903553453423023M2016垫片：非金属软垫片，耐油石棉橡胶片。温度限：200 垫片350-1.6 JB/T 4704-2000螺柱，螺母
