荆楚理工学院课程设计成果学院: 化工与药学院班级: 过程装备与控制工程2班学生姓名: 王天福学号: 2012402020215设计地点（单位）___ 荆楚理工学院_________________设计题目:____ 邻二甲苯预热器设计_____________完成日期：2016 年4月10日指导教师评语: ______ ________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ________________________________________ __________ _成绩(五级记分制):_____ _ __________教师签名:__________ _______________1换热器概述（特点、分类、发展历史、国内外差距...） (1)2换热器方案选择 (2)3确定物理性质数据，总传热系数，传热面积计算 (3)3.1物性数据 (3)3.2加热水用量 (3)3.3传热平均温差 (3)3.4传热面积初算 (3)4工艺结构尺寸计算 (3)4.1换热管选择 (3)4.2总管数 (3)4.3管子排列方式 (3)4.4壳体内径的确定 (4)5换热器结构设计 (4)5.1介质特性及选材 (4)5.2确定容器类型 (4)5.3换热管 (5)5.4管箱 (5)5.4.1管箱封头 (5)5.4.2筒节 (6)5.5 管板 (6)5.6折流板 (6)5.7拉杆 (7)6机械强度设计算 (8)6.1筒体的强度计算 (8)6.1.1筒体壁厚的计算 (8)6.1.2液压试验 (9)6.1.3压力及应力计算 (9)6.2管箱强度计算 (9)6.2.1管箱封头壁厚的计算 (9)6.2.2封头校核 (9)6.2.3管箱筒节壁厚的计算 (9)6.2.4筒节校核 (9)6.3筒体法兰设计...........................................,. (10)6.4管箱法兰设计...........................................,. (10)6.5管板设计...............................................,. (10)7换热器管束振动计算 (10)8设备质量............................,. (10)9画出结构的总体装配图.................., (10)9心得体会...................., (10)10参考文献 (11)1.换热器概述固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。
固定管板换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热器的长度设置了若干块折流板。
固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。
壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。
当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。
管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。
近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。
钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。
对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。
铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。
近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。
对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。
虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。
随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。
而换热器在结构方面也有不少新的发展。
螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB 公司提出的。
本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是自己所确定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。
熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。
本设计以安全为前提，并尽可能保证其质量、经济合理性以及实用性等技术指标。
1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴图1.1 固定管板式换热器的示意图2换热器方案选择我所设计的换热器是将20°邻二甲苯预热到100°；邻二甲苯预热的量较大其质量流量为qm1100000kg/h.邻二甲苯属于有毒，易燃液体粘度较低，预热时温度低且压力低，轻微腐蚀性等性质。
选择固定管板式换热器。
固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，在工程上广泛应用。
使用水进行预热，水很常用的预热介质无污染。
邻二甲苯走管程，水走壳程。
3.确定物理性质数据邻二甲苯的进口温度为T1=20°，出口温度为T2=70°.根据其预热的温度及其范围其水进口温度为t1=120°，出口温度为t2=80°.管程与壳程压降为10Kp.3.1物性数据邻二甲苯定性温度T=（70+20）/2=45°水的定性温度t=（120+80）/2=100°现查得邻二甲苯ρ1=840kg/m³Cp1=1800kj/kg.℃λ1=0.128w/m.℃μ1=0.00057Pa.s查水得ρ2=993.4kg/m³Cp2=4174kj/kg.℃λ2=0.538w/m.℃μ2=0.000741Pa.s邻二甲苯的体积流量qv1=qm1/ρ1=0.033 m³/s水的体积流量qv2=qm2/ρ2=0.000 m³/s3.2加热水用量传递的热量Q= qm1*cp1*(T2－T1)= 25000kj/kg.℃水用量Q= qm2*cp2*(t1－t2)=03.3传热平均温差Δt1=t2-T1=60°Δt2=t1-T2=50°逆流Δtm=(Δt1－Δt2)/㏑（Δt1/Δt2）=54.85°3.4传热面积初算传热系数取为K=500W/（m³℃）估算传热面积A估=Q/（Δtm*K）=911.58 m³实际传热面积取A实=1.15 *A估=1048.31 m³4工艺结构尺寸计算4.1换热管选Φ25×2.5外径d o=0.025m内径d1=0.02m壁厚δ=0.0025m假设管长L=5m4.2总管数总管数n=A实/（π*d o*L）=26704.3管子排列方式管子与管板采用焊接，管子采用正三角形排列。
管心距a=1.25d o=0.03125m取32mm4.4壳体内径的确定管板利用率η=0.8壳体内径D1=1.05a√（n/η）=1.94取D1=2000mm5换热器结构设计5.1介质特性及选材管程：邻二甲苯，分子式C8H10。
介质轻微腐蚀，易燃、有毒。
壳程：水，分子式H2O。
邻二甲苯是无色透明液体，有类似甲苯的气味，不溶于水,可混溶于乙醇、乙醚、氯仿等多数有机溶剂。
黏度低，燃点495.5°。
储存于阴凉、通风的库房。
远离火种、热源。
库温不宜超过37℃。
保持容器密封。
应与氧化剂分开存放，切忌混储。
采用防爆型照明、通风设施。
禁止使用易产生火花的机械设备和工具。
储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
.工业上采用超精馏的方法从混合二甲苯中分离出邻二甲苯。
邻二甲苯与混合二甲苯中其他组分的沸点相差5℃以上，精馏时需要塔板数约150，回流比5-8，需消耗较多能量。
由分馏煤焦油的轻油部分或催化重整轻油经分馏，或由甲苯经歧化而成。
水无色透明液体，无毒无腐蚀无污染可以直接排放。
在设计压力0.88MPa，设计温120℃。
由于介质中含有邻二甲苯，温度不高，有腐蚀。
材料选择耐蚀钢。
筒体材料选择14Cr1MoR,管箱材料选择14Cr1MoR，法兰材料选择15CrMo，管板材料选择14Cr1MoR，换热管材料选择15CrMo。
5.2 确定容器类型已知设计压力为Pc=0.88MPa，筒体体积 V=πD i2L/4=22×5×π/4=15.71m³=1571L。
P v V=13823MPa*L由于介质毒性危害程度和爆炸危险程度按GB 5044 职业星接触毒物危害程度分级 HG 20660 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类两标准确定，邻二甲苯、水介质属于第二组介质。
图3-1 压力容器分类图---第二组介质查【1】图1-3 可知为第Ⅲ类压力容器。
5.3换热管换热管材料为15CrMo，规格为Φ25×2，管长5m。
当量直径d n=0.025mn =A/(πd n L)=2670根。
换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。
正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用得最为普遍，但管外不易清洗。
为便于管外清洗，可以采用正方形或转角正方形排列的管束。
排列方式选择正三角形排列。
由于换热管中心距不宜小于1.25倍换热管外径。
查【1】表6-2 可知当换热管外径为25mm时，管间距S=32mm。
图3-2 换热管排列方式5.4管箱5.4.1管箱封头椭圆封头又名为椭圆形封头、椭圆封头即为由旋转椭圆球面和圆筒形直段两部分组成的封头。
其作用就是1.管道到头了，不准备现延伸了，就用封头焊到管子上，做为一个末端来使用。
2.用在压力容器上，上下各有一个封头，中间是一个直管段，做为压力容器的罐子用。
旋转椭圆球面母线的长、短轴之比为2.0的椭圆形封头，习惯上称为标准椭圆形封头。
椭圆封头的力学性能仅次于半球封头，但优于碟形封头。