化工原理课程设计————循环水冷却器设计学院：化工学院专业班级：高分子061班姓名：李猛学号： 2006016050指导教师：徐功娣时间：2009年6月25-30日目录1 设计任务书12 设计摘要23 主要物性参数表44 工艺计算54.1 确定设计方案54.1.1 选择换热器的类型54.1.2 计算热负荷和冷却水流量54.1.3 计算两流体的平均温差，确定管程数64.1.4 工艺结构尺寸64.2 核算总传热系数84.2.1 管程对流传热系数Ai84.2.2 壳程流体传热系数94.2.3 计算总传热系数K0104.3 核算压强降124.3.1 管程压强降124.3.2 壳程压强降校核135 设备参数的计算165.1 确定换热器的代号165.1.1 换热器的代号165.1.2 确定方法165.2 计算壳体内径165.3 管根数及排列要求165.4 计算换热器壳体壁厚175.4.1 选适宜的壳体材料175.4.2 该钢板的主要工艺参数性能17 5.4.3 壁厚的计算175.5 选择换热器的封头195.6 选择容器法兰205.6.1 选择法兰的型式205.6.2 确定法兰相关尺寸205.6.3 选用法兰并确定其标记215.7 选择管法兰和接管225.7.1 热流体进出口接管225.7.2 冷流体进出口接管225.7.3 选择管法兰235.8 选择管箱235.9 折流档板的设计245.10 支座的选用245.11 拉杆的选用和设置255.11.1 拉杆的选用255.11.2 拉杆的设置265.12 确定管板尺寸265.13 垫片的选用275.13.1 设备法兰用垫片275.13.2 管法兰用垫片286 数据汇总297 总结评述308 参考文献329 主要符号说明3310 附表351设计任务书1.设计题目：循环水冷却器设计2.任务及操作条件：(1> 处理能力：74000kg/h(2> 设备型式：列管式换热器<固定管板式换热器）(3> 操作条件：1）循环水：入口：55℃，出口：40℃2）冷却水：入口：10℃，出口：35℃3）热损失：5%4）管程和壳程的压强降不大于1.6MPa3.选择适宜的换热器，并进行核算4.画出主体设备图<1号图）2设计摘要传热过程是化工生产过程中存在的极其普遍的过程，实现这一过程的换热设备，却种类繁多，样式多样。
其中以列管式换热器应用的更为广泛。
本实验设计的是列管式换热器。
内含工艺流程方案及换热器类型的选择，换热器物料及热量的衡算，传热动力学和换热气器流动的阻力核算，进而确定设备的主要的工艺尺寸。
b5E2RGbCAP 列管式换热器的类型是多种多样。
列管式换热器可以分为固定管板式、U形管式和浮头式等。
在这次实验设计中我们选择的是固定管板式换热器。
它单位体积的传热面积极大，结构简单，加工制造比较容易，结构坚固，性能可靠，适应面广。
在现代的化工生产中应用最为广泛，而且设计资料和数据较为完善，技术上比较成熟。
p1EanqFDPw本设计是一列管换热器的设计。
该换热器应具备的功能可以将循环水由55℃冷却至40℃。
换热器所用的冷却介质是不初始温度为10℃的冷水，并要求冷水出口温度为35℃。
此换热器又称循环水冷却器。
DXDiTa9E3d根据所给的任务，我们综合考虑。
首先确定了流体流径。
我们选择冷却水通入管内，而循环水通入管间。
其次，我们确定两流体的定性温度，由于温度引起的热效应不大，可以选择固定管板式换热器。
考虑到换热器所涉及的压强不大，腐蚀性不高，因此我们选用碳钢换热管。
为避免流体在管子中发生滞流流动，选用规格为的换热管。
RTCrpUDGiT初算时利用暂定的总传热系数和算出的热负荷，初算换热器的换热面积，换热器的根数和长度，确定管程数。
进而我们可以查阅相关资料。
在《固定管板换热器系列标准中》，我们初步选择最接近计算值最符合的换热器，然后进行校核验算是否符合要求。
5PCzVD7HxA有了初步的换热器后，我们便要对其设备参数进行校核，对其附件进行选择和匹配。
包括换热器壳体、封头、管箱、管板、法兰的选用，折流板、隔板、支座形式的选用等。
jLBHrnAILg在选择这些附件的同时，不仅应当使其与所选换热器能够很好的匹配，并要兼顾经济的要求，使换热器既造价低廉又坚固耐用。
xHAQX74J0X3主要物性参数表在定性温度下：t定冷=(10+35>/2=22.5℃t定循=(55+40>/2=47.5℃表3-1物性参数表570.7510-949.25640.2510-607.54工艺计算4.1确定设计方案4.1.1选择换热器的类型(1>两种流体的变化情况：热流体<循环水）进口温度55°C，出口温度40°C；冷流体<冷却水）进口温度10°C，出口温度35°C；冷水定性温度：热的循环水的定性温度：由于两流体温差小于50°C，不必考虑热补偿。
因此初步确定选择用固定管板式换热器。
(2>流程安排由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器，应使循环水走壳程，以便于排除冷却水。
4.1.2计算热负荷和冷却水流量(1> 热负荷的计算W热负荷=1.225×106W(2> 冷却水流量的计算==42180.0kg/h=11.72kg/s4.1.3计算两流体的平均温差，确定管程数(1> 平均传热温差Δ<按逆流计算）其中℃；°C；由P、R值查阅《化工原理》<高等教育出版社）<上册）图5-11可得：=0.88，则有=0.88×25=22℃LDAYtRyKfE(2> 确定管程数由于，故此换热器应选用单壳程4.1.4工艺结构尺寸(1> 初选换热器的规格假设K=900 w/(m².°C>则估算的传热面积为：A=；(2> 管径和管内流速选用的碳钢传热器<Gb81632-87）取管内流速为(3> 估算管程数和传热管数由得由4.1.2可知冷却水流量 m= 11.72kg/s则m3/s根据列管式换热器传统标准，此数据可选取按单程算，所需的单程热管长程度m取传热管长l=6m则该换热器的管程数为(根>传热管总根数(4> 实际传热面积：m2则要求过程的总传热系数为k。
=w/(m2.℃>该换热器的基本结构参数如下：表4-1 换热器的基本结构参数1.6总管数：804.2核算总传热系数4.2.1管程对流传热系数AiA=故可应用贝尔特关联式计算4.2.2壳程流体传热系数换热器列管之中心距t=32mm 则液体通过管间最大截面积为：A=hD<1-）其中：h——折流板间距，取为150mmD——壳体公称直径，取为500mm——管子外径，为25mmt——管子中心距，可取32mmA=hD<1-）=0.15换热管呈三角形排列，则当量直径：；；由于，可以应用壳程流体的对流传热系数关联式计算，即壳程中的循环水被冷却，取代入数据得：4.2.3计算总传热系数K0其中：——壳程、管程对流传热系数——换热管外径、内径和内外径平均值 mm——管内侧、外侧污垢热阻b——换热管壁厚，取0.0025m——碳钢导热系数，取44.58管壁热阻碳钢在该条件下计算安全系数核算表明该换热器可以完成任务。
4.3核算压强降4.3.1管程压强降其中：对于的管子取1.4是管程数，取2(1> 对于的计算：管程流通截面=0.02638m2由此可知设管壁粗糙度由《化工原理》<高等教育出版社，上）第50页关系图查得代入计算式(2> 对于的计算(3> 的计算则：由此可知，管程流体阻力在允许范围之内。
4.3.2壳程压强降校核其中：是壳程压强降届垢校正因数，液体取1.15；是壳程数，为1。
(1> 对于的计算由于换热器列管呈三角形排列F=0.5取折流板间距为150mm；；壳程的流通面积：可见故可应用下式计算(2> 对于的计算(3> 对于的计算计算表明：管程压强降为3917.76Pa，小于设计压1.6Mpa；壳程压强降为126706.38Pa，亦小于设计压强降1.6MPa；Zzz6ZB2Ltk综上可知，管程和壳程压强降均能满足题设要求。
5设备参数的计算5.1确定换热器的代号5.1.1 换热器的代号所选换热器的代号为 G-500-5.1.2 确定方法此代号根据工艺计算反列管式固定管板式换热器系列标准对G系列列管式固定管板换热器的规定。
查化学化工出版社《化工工艺设计手册》<上）第120页表3-10《列管式固定管板换热器标准图号和设备型号》得到壳体内径，公称压强，管根数及排列要求而确定。
dvzfvkwMI1 5.2计算壳体内径公式：其中：t——管中心距，m 对管，t取32mm——横过管束中心线的管数，用计算——管束中心线上2管的中心至壳体内壁的距离，取计算：5.3管根数及排列要求(1> 换热器采用mm的无缝钢管，材质选用可焊性好的10号钢，管长6m，共168根管。
(2> 排列方式及管中心距的确定1）可该换热器列管采用三角形排列；2）管子与管板采用焊接，故可取。
5.4计算换热器壳体壁厚5.4.1选适宜的壳体材料根据《化工设备设计手册.材料与部件》<上海）第102页压力容器用碳素钢及普通低合金厚钢板<536-69），换热器公称压强为1.6选用钢板rqyn14ZNXI 5.4.2该钢板的主要工艺参数性能加工工艺性能好，可冷卷，气割下料开坡口，炭弧气刨挑焊根开坡口。
冷冲压力热冲压性能好，使用温度-20~475℃，可以作中低压设备，所以筒体材质选用钢板，钢板标准GB3274EmxvxOtOco5.4.3壁厚的计算(1> 公式：其中：——钢板在不考虑加工裕量时的厚度，mm；——计算厚度，mm；——钢板负偏差，mm；——腐蚀裕量，mm；——圆整值。
式中，为设计厚度，可用下式计算其中：——设计压力，取1.6——壳体内径，mm——设计温度下材料的许用应力，——焊缝系数(2> 查算：依据《化工设备机械基础》<华东理工大学出版社）表14-3，《钢制压力容器中使用的钢板许用应力》可得，依表14-4《焊缝系数》可得，依表14-6《腐蚀裕量》的SixE2yXPq5依《化工设备机械基础》<华东理工大学出版社）表14-5，《钢板厚度常用规格及其负偏差》得故可根据JB/708-65 选用厚度为8mm的钢板材质(3> 水压实验强度校核：水压实验应力为式中：将有关数据代入原式可得查阅《化工设备机械基础》<华东理工大学出版社）表14-3，《钢制压力容器中使用的钢板许用应力》可得A3F 钢制容器在常温水压实验时的许用应力6ewMyirQFL从而有由于所以壳体壁厚满足水压实验的强度要求。