化工原理课程设计浮头式换热器的设计.docx

课程名称 化工原理课程设计
学 院
专 业
年级班别
学 号
学生姓名
指导教师

2008年1月19日

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某项单元操作设备设计任务的实践能力
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
设计条件：管程和壳程的压力均不大于1.0MPa，管程和壳程的压力降均不大于30kPa。
物料：乙苯，w＝2000t/d ，
室温＝30℃；
冷却剂：水（30～100℃），
进口温度；
方案设计：
1、冷却剂的选用：水；
2、换热器型式的选择：浮头管板式；
3、流体管壳程的选择：乙苯走管程，水走壳程；
4、流体流动方向的选择：四管程+单壳程；

1. ：甲苯，
2. 选定物料出口温度：
3. 选定冷却剂出口温度：
4. 计算逆流传热平均温度差：

5. 校正传热平均温度差[1]：
，
查表得=0.9，则=0.85~0.95满足要求

6. 计算定性温度：
(物料)
（冷却剂）
（管壁）
7. 查出物料和冷却剂的物性参数[2]r、cp、m、l：
操作条件下的物料（乙苯）的数据
密度

粘度

比热容

导热系数

操作条件下的冷却剂（水）的数据
密度

粘度

比热容

导热系数

8. 计算热负荷：

9. 初选总传热系数[3]：=435W/(﹒K)
10. 初算传热面积：

11. 根据工艺条件，选定公称压力：PN=1.0MPa.
12. 根据流体物性及管程阻力选换热管材查出管壁导热系数l[4]：
铜
传热系数
=63.275

13. 由初算传热面积和选定的公称压力PN，初定换热器的工艺尺寸[5]：
从行标中直接查取实际换热面积S

公称直径DN

管长L

管径×壁厚

总管数n

中心排管数

管程流通面积

管子的排列形式

管心距t

管程数

壳程数

折流板间距h
h=350mm
折流板型式
25%圆缺形

14. 计算冷却剂流量：

15. 计算管程流速：

=0.5~3m/s，则满足要求。
16. 计算管程对流传热系数：

因管内为物料，所以取n=0.3(被加热)
17. 计算壳程当量直径和流速：

18. 计算壳程对流传热系数：

因对于冷却剂，则有1．05 （液体被加热）
19. 根据冷热液体的性质及温度，选定污垢热阻[6]：

20. 计算总传热系数：

21. 由计算传热面积：

满足要求

22. 核算压力降[7]：
1） 管程压力降
∵，而对于铜，取，则有 ， 查图表得摩擦系数
又∵

2） 壳程压力降

1． 圆筒厚度[8]:12mm
2． 椭圆形封头[9]
DN/mm

900
225
40
12
0.9911
0.1209
93.39
1000
250
40
12
1.20961
0.1623
113.61

3． 管箱短节厚度[10]:12 mm
4． 压力容器法兰[11]：
1.选择2个甲型平焊法兰（凹封面），PN=1.0MPa；

公称直径
DN mm
法兰 mm
螺柱
D
D1
D2
D3
D4
δ
d
质量kg
规格
数量
900
1030
990
955
945
942
60
23
84.98
M20
48

2.1个长颈焊法兰（凹封面）

公称DN
直径mm
法兰 mm
D
D1
D2
D3
D4
δ
H
h
1000
1140
1100
1065
1055
1052
56
105
25

法 兰
螺柱
对接筒体
a
a1
δ1
δ2
R
d
质量kg
规格
数量
最小厚度δ0
17
14
12
22
12
23
113.7
M20
40
10
5.外头盖侧法兰：凸封面，PN=1.0MPa；

公称DN
直径mm
法兰 mm
D
D1
D2
D3
D4
δ
H
h
900
1140
1100
1065
1055
1052
58
120
42

法 兰
螺柱
对接筒体
a1
δ1
δ2
R
d
质量kg
规格
数量
最小厚度δ0
14
12
26
12
23
202.0
M20
40
10

6.管板[13]（DN=900mm，φ19），PN=1.0Mpa＝10

A mm
B mm
C mm
b mm
MX×L
管孔数
净重kgf
942
896
896
40
M30×37
812
142

A mm
B mm
C mm
b mm
MX×L
管孔数
净重kgf
890
862
862
40
M30×37
472
120
7.钩圈式浮头：

4
5
16.5
15
80
860
980
900
1000
890
说明：
①
②

③浮头法兰和钩圈的外直径

④布管限定圆直径

⑤外头盖内内直径

⑥浮动管板外直径

a
8.分层隔板的最小厚度[14]为：

9.分层隔板槽两侧相邻管中心距[15]：
换热管外径d
19mm
换热管中心距S
25mm
分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn

38mm

10.布管限定圆[16]：
布管限定圆直径：849mm

11.拉杆的直径、数量和尺寸[17]：

拉杆直径

拉杆数量
拉杆螺纹公称直径
dn/mm
La
Lb

12
10
12
15
50
2.0

12.拉杆孔[18]：选用螺纹连接的拉杆孔

换热管最小伸出长度

1.5
2
13．换热器与管板的联接[19]：选用强度焊

14．折流板的厚度和外径[20]：
折流板的最小厚度为： 5mm
折流板名义外直径:DN
15.接管[21]：]
a.管程中物料乙苯初选u=2.068m/s

选用热轧无缝钢管[22] di＝106mm，壁厚4mm
验算当管子规格为时的u为2.86m/s
符合 1.5<u<3.0m/s

b.壳程中冷却剂水初选u＝1.313m/s

选用热轧无缝钢管[22]
验算当管子规格为时的u为1.313m/s
符合 1<u<1.5m/s
16.管法兰[23]：

公称
直径DN
管子
直径
A1
（B）
/mm
法兰
外径
D
/mm
螺栓孔中心圆直径K/
mm
螺栓孔直径L/
mm
螺栓孔数量n
螺纹Th/
Mm
法兰厚度C/
mm
法兰内径B1
（B）
/mm
法兰理论重量kg
管程
106
114
220
180
18
8
M16
22
135
5.65
壳程
300
325
445
400
22
12
M20
28
328
14.6
17.．防冲板或导流筒[24]：
1)由于管程不采用轴向入口且u<3m/s,所以不用设置防冲板
2)对壳程进口管流体：

所以不需要设置导流筒或防冲板.
18.鞍式支座[25]：选用BI型

公称直径DN
允许载荷q/kN
鞍座高度h
底板
腹板δ2
筋板
垫板
螺栓间距l2
鞍座质量kg
增加100mm增加的质量kg
l1
b1
δ1
L3
b3
δ3
弧长
b4
δ4
e
900
225
200
810
150
10
10
450
120
10
1060
200
6
36
590
40
8

19.组装尺寸[26]

L/mm
F/mm
G/mm
E/mm
B/mm
D/mm
H/mm
dn/mm
C/mm
4500
2500
3420
300
370
800
200
200
200