化工原理课程设计任务书用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计.docx
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化工原理课程设计任务书用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计.docx
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化工原理课程设计任务书用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计
化工原理课程设计
设计题目:
用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计
(一)综述...................................................................................................................2
1.换热器类型.....................................................................................................2
2.换热器的主要用途.......................................................................................2
(二)课程任务设计书.................................................................................................3
1.设计题目........................................................................................................3
2.设计条件........................................................................................................3
(三)设计方案简介....................................................................................................4
1.流动空间的确定.............................................................................................4
2.定性温度.........................................................................................................4
3.水和煤油的物理性质.....................................................................................4
(四)计算总的传热系数............................................................................................4
1.热流量及温度计算.........................................................................................4
2.平均温度校正.................................................................................................5
3.确定总的传热系数K..................................................................................5
4.选择换热器类型.............................................................................................5
(五)换热总传热系数核算........................................................................................6
1.壳程对流传热系数........................................................................................6
2.管程对流传热系数......................................................................................7
3.污垢热阻......................................................................................................8
4.传热系数K.....................................................................................................8
(六)计算传热面积裕度............................................................................................8
1.换热器实际面积..........................................................................................8
2.面积裕度......................................................................................................8
(七)核算压强降........................................................................................................8
1.管程压力降的核算......................................................................................8
2.壳程压力降核算..........................................................................................9
(八)设计结果总览..................................................................................................11
(九)实验心得..........................................................................................................11
(十)参考文献..........................................................................................................12
(一)综述
换热器的分类与比较,根据冷、热流体热量交换的原理和方式,器基本上可分为三大类即间壁式混合式和蓄热式,其中间壁式换热器应用最多,所以主要讨论此类换热器。
1.换热器的主要类型
表面式换热器
表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对流,两种流体之间进行换热。
表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
蓄热式换热器
蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
流体连接间接式换热器
流体连接间接式换热器,是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
④直接接触式换热器
直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备,例如,冷水塔、气体冷凝器等。
2.换热器的用途
加热器
加热器是把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变化。
预热器
预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。
过热器
过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
④蒸发器
蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。
3.换热器的结构类型
可分为:
浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
蛇管换热器
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器想适应的形状并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀性材料制造;其缺点是容器内液体湍流程度低,管外对流传热系数小。
套管式换热器
套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接称为同心圆的套管,外面的叫壳程内部的叫管程。
两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。
列管式换热器
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
所需材质,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。
在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程。
列管式换热器种类很多,目前广泛使用的按其温差补偿结构来分,主要有以下几种:
a.固定管板式换热器:
这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。
通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。
同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。
因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
b.浮头式换热器:
换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连接,以使管子受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器叫做浮头式换热器。
其优点是:
管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂,造价高。
c.U型管式换热器:
U形管式换热器,每根管子都弯成U形,两端固定在同一块管板上,每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。
管程至少为两程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。
其缺点是管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少。
优点是结构简单,质量轻,适用于高温高压条件。
(二)课程设计任务书
1.题目:
用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计
2.设计条件:
处理能力1.188×105吨/年煤油
设备型式列管式换热器
操作条件
a.煤油:
入口温度120℃,出口温度50℃
b.冷却介质:
自来水,入口温度15℃,出口温度45℃
c.允许压强降:
不大于1.5×105Pa
④每年按330天计,每
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