丁二烯臥式冷凝器課程設(shè)計(jì)方案

1、湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)資 料 袋機(jī)械工程學(xué)院 <系、部） 2007 - 2008學(xué)年第一學(xué)課程名稱單元過程設(shè)備指導(dǎo)教師職稱學(xué)生姓名專業(yè)班級過控041學(xué)號題目丁二烯臥式冷凝器成績起止日期 2007年 12月 24 日 2008年1月11日目 錄清 單序號材料名稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書12課程設(shè)計(jì)說明書13課程設(shè)計(jì)圖紙2A1，A3各 1 張本科課程設(shè)計(jì)丁二烯臥式冷凝器學(xué)院 <部）：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：過程裝備與控制工程學(xué)生姓名：班級：學(xué)號指導(dǎo)教師姓名：職稱最終評定成績2008年 1 月2/22湖南工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)丁二烯臥式冷凝器學(xué)院<部）：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：過程裝備與控制

2、工程學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2008 年 1月III / 22課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2007 2008 學(xué)年第 一 學(xué)期機(jī)械工程學(xué)院 過程裝備與控制工程專業(yè)過 041 班級課程名稱：單元過程設(shè)備設(shè)計(jì)題目：丁二烯臥式冷凝器完成期限：自 2007 年 12 月 24 日至 2008 年 1 月 11 日共 3 周一、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)某廠需將 7500kg/h 的丁二烯蒸汽冷凝。已知丁二烯蒸汽的冷凝溫度為 40，冷凝潛熱為 373kJ/kg。所用冷卻水的進(jìn)出口溫度分別為15和25，水側(cè)和蒸汽側(cè)的污垢熱阻分別可取 5.8和內(nèi)1.76。試選用一臺合適的水平列管式冷凝器容二、設(shè)計(jì)任務(wù)及1、設(shè)計(jì)方案簡介任2、工

3、藝設(shè)計(jì)計(jì)算：主要有工藝參數(shù)的選定、物料衡算，熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。務(wù)3、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核三、設(shè)計(jì)成果1、設(shè)計(jì)說明書一份2、換熱器裝配圖3、換熱器管板零件圖起止日期工作內(nèi)容進(jìn)度安排擬定設(shè)計(jì)方案換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)繪制換熱器裝配圖與主要零件圖課程設(shè)計(jì)資料匯總交卷，答辯IV/221、匡國柱，史啟才，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20012、李功樣，陳蘭英，常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì).廣州：華南理工大學(xué)出版社，20063、賈紹義，柴誠敬，化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津大學(xué)出版社，20024、化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會，化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書換熱器.北京：化學(xué)工業(yè)

4、出版社，20045、錢頌文 ，換熱器設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.86、庫潘，錢頌文，換熱器設(shè)計(jì)手冊. 北京：中國石化出版社，2004.1主7、秦叔經(jīng) , 葉文邦，換熱器 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2003要8、曾正明主編，機(jī)械工程材料手冊金屬材料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.6參9、王非 , 林英，化工設(shè)備用鋼 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004考10、孟慶森 , 王文先 , 吳志生主編，金屬材料焊接基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2006資11、GB151 1999， 管殼式換熱器料12、 YB 4103-2000 ，換熱器用焊接鋼管13、 JB/T 4717-92 ，U

5、形管式換熱器型式與基本參數(shù)14、 JB/T 4715-92 ，固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)15、 JB/T 4714-92 ，浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù)16、化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊第一卷：金屬材料17、化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊第二卷：化工設(shè)備零部件18、金屬焊接國家標(biāo)準(zhǔn)匯編 199019、王松漢，石油化工設(shè)計(jì)手冊第3 卷：化工單元過程 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002指導(dǎo)教師<簽字）：年月日系 < 教研室）主任<簽字）：年月日. 目錄第 1 章冷凝器工藝設(shè)計(jì)31.1設(shè)計(jì)方案選擇 ········&#

6、183;························3選擇冷凝器類型3流程安排 3確定物性參數(shù) 31.2工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ····················

7、;·············3估算傳熱面積 3V/221.2.1.1冷凝器的熱流量 41.2.1.2冷卻水用量 41.2.1.3平均傳熱溫差 41.2.1.4估算傳熱面積 41.2.1.5選擇管徑和管內(nèi)流速 41.2.1.6管程數(shù)和傳熱管數(shù) 41.2.1.7傳熱管排列和分程方法 41.2.1.8殼體內(nèi)徑 51.2.1.9折流板 51.2.1.10其它附件 51.2.1.11接管 51.3換熱器核算 ·····

8、3;····························5熱流量核算 5殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)5管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6污垢熱阻和管壁熱阻6傳熱系數(shù) 7壁溫核算 7換熱器內(nèi)流體的流動阻力8第 2 章冷凝器機(jī)械設(shè)計(jì)102.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)········

9、· ······· ··················10部件工藝結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11筒體內(nèi)徑確定 11管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設(shè)計(jì)11固定端管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11墊片選擇 11鞍座選用及安裝位置確定11折流板布置 112.2強(qiáng)度計(jì)算 12筒體壁厚計(jì)算 12管箱筒節(jié) , 封頭厚度計(jì)算 12固定管板計(jì)算 13VI/22結(jié)論

10、14參考文獻(xiàn) 15附錄 116VII / 22第 1 章冷凝器工藝設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)方案選擇選擇設(shè)計(jì)方案的原則是要保證達(dá)到工藝要求的熱流量 , 操作上要安全可靠 , 結(jié)構(gòu)上要簡單 , 可維護(hù)性好 , 盡可能節(jié)省操作費(fèi)用和設(shè)備投資 .選擇冷凝器類型冷凝丁二烯蒸汽 , 其溫度為 40, 用冷卻水作冷卻劑 , 水的進(jìn)出口溫度分別為15和 25. 該溫差不是很大 , 所以選擇固定管板式臥式冷凝器流程安排因?yàn)槔鋮s水較容易結(jié)垢 , 若其流速太低 , 會加快污垢增長速度 , 使冷凝器的熱流量下降 , 所以從總體考慮 , 應(yīng)使冷卻水走管程 , 丁二烯蒸汽走殼程 .確定物性參數(shù)定性溫度 :殼程氣體的定性溫度為管程

11、氣體的定性溫度為根據(jù)定性溫度查管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:丁二烯蒸汽在 40時(shí) :密度定壓比壓容熱導(dǎo)率粘度冷卻水在 20時(shí) :密度定壓比熱容熱導(dǎo)率粘度1.2 工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)估算傳熱面積8/22冷凝器的熱流量<1.1 ）冷卻水用量<1.2）平均傳熱溫差<1.3 ）估算傳熱面積根據(jù)冷熱流體的具體情況, 參考換熱器傳熱系數(shù)的大致范圍1 ( 見表3-1> 假設(shè)則<1.4 ）選擇管徑和管內(nèi)流速選用較高級冷拔傳熱管 (碳鋼 >,取.管程數(shù)和傳熱管數(shù)傳熱管內(nèi)徑和單程傳熱管數(shù)(根><1.5 ）按單程管計(jì)算 ,所需的傳熱管長度為<1.6 ）按單程管計(jì)算.

12、傳熱管過長,宜采用多程管,現(xiàn)取傳熱管長,則管程數(shù)為(管程>傳熱管總根數(shù)(根>傳熱管排列和分程方法采用組合排列法 , 即每程內(nèi)均按正三角形排列, 隔板兩側(cè)采用正方形排列. 取管心距, 則隔板中心到離其最近一排管中心距離按式 (3-16> 計(jì)算各相鄰管的管心距為44mm.管束的分程方法 , 每程各有傳熱管119 根, 其前后管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)流通順序1 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第75 頁9/22按圖 3-14 選取 .殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu) , 殼體內(nèi)徑按式 (3-19> 估算 . 取管板利用率, 則殼體內(nèi)徑為<1.7 ）按卷制殼體的進(jìn)級檔圓整折流板采用弓形折流板

13、 , 取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%, 則切去的圓缺高度為取折流板間距,則,圓整取,折流板數(shù)(塊 >折流板水平裝配 .其它附件拉桿數(shù)量與直徑按 2表 4-7 和 4-8 選取 , 本冷凝器殼體內(nèi)徑為600mm,故其拉桿直徑為拉桿數(shù)量不得少于4 個(gè).殼程入口處 , 應(yīng)設(shè)置防沖擋板 . 3參考文獻(xiàn) 1(d> 圖接管殼程流體進(jìn)出口接管: 取接管內(nèi)氣體流速,則接管內(nèi)徑為<1.8 ）圓整后取管內(nèi)徑為40mm.摘自 HG20593 97 板式平焊鋼制管法蘭。管程流體進(jìn)出口接管 : 取接管內(nèi)液體流速,則接管內(nèi)徑為(m>, <1.9 ）圓整后取管內(nèi)徑為150mm.摘自 H

14、G2059597 帶頸對焊鋼制法蘭1.3 換熱器核算熱流量核算2化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第135 頁3化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第138 頁10/22殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由公式<1.10 ）則結(jié)合以上三個(gè)公式<1.11 ）得到殼程流通截面積按公式<1.12 ）其中<1.13 ）殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為<1.14 ）<1.15 ）普朗特?cái)?shù)<1.16 ）1.3.1.2. 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)按式 3-32 及 3-33 計(jì)算 , n=0.4 <1.17 ）管程流體流通截面積<1.18 ）管程流體流速<1.19 ）普朗特?cái)?shù)經(jīng)查表得 7.02&l

15、t;1.20 ）污垢熱阻和管壁熱阻管外則污垢熱阻<1.21 ）11/22管內(nèi)側(cè)污垢熱阻<1.22 ）管壁熱阻按式3-34 計(jì)算 , 4依表3-11, 碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為,所以傳熱系數(shù)依式 3-21 有<1.23 ）傳熱面積裕度依式3-35可得所計(jì)算傳熱面積為該冷凝器的實(shí)際傳熱面積<1.24 ）該冷凝器的面積裕度按式3-36 計(jì)算為<1.25 ）傳熱面積裕度合適 , 該冷凝器能夠完成生產(chǎn)任務(wù).壁溫核算因管壁很薄 , 且管壁熱阻很小 , 故管壁溫度可按式3-42 計(jì)算 . 由于該冷凝器用循環(huán)水冷卻 , 冬季操作時(shí) , 水的進(jìn)口溫度會降低 . 為確?？煽?, 取水

16、的進(jìn)口溫度 10, 出口溫度 25計(jì)算傳熱管壁溫 . 另外 , 由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大 , 會使傳熱管壁溫升高 , 降低了殼體和傳熱管壁溫之差 . 但在操作初期 , 污垢熱阻較小 , 殼體和傳熱管間壁溫差可能較大 . 計(jì)算中 , 應(yīng)按最不利的操作條件下考慮 , 因此 , 取兩側(cè)污垢縶 阻為零計(jì)算成本傳熱壁溫 . 于是 , 按式 4-42 有式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別按式3-44 和3-45 計(jì)算為4化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第139 頁12/22傳熱管平均壁溫<1.26 ）殼體壁溫 , 可近似取為殼程流體的平均溫度, 即殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為由于該溫差不大 , 所以不

17、需要溫度補(bǔ)償裝置, 選用臥式冷凝器合適 .換熱器內(nèi)流體的流動阻力(1> 管程流體阻力依式 (3-47>(3-48>(3-49>可得<1.27 ）<1.28 ）由,傳熱管對粗糙度查莫狄圖得流速所以管程流體阻力在允許范圍之內(nèi).(2> 殼程阻力按式 3-50-3-54 計(jì)算 .<1.29 ）,流體流經(jīng)管束的阻力<1.30 ）13/22流體流過折流板缺口的阻力總阻力由于該冷凝器殼程流體的操作壓力較高,所以殼程流體的阻力也比較適宜.參數(shù)流率 /進(jìn) /出口溫度 /壓力 /Pa物 定性溫度性 密度/定壓比壓容/粘度 /熱導(dǎo)率 /普朗特?cái)?shù)形式殼體內(nèi)徑 /m

18、m管徑 /mm管長 /mm管數(shù)目 /根傳熱面積 /管程數(shù)主要計(jì)算結(jié)果流速 /(m/s>表 1.1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表管程殼程66960750015/2540/400.42.52040998.21604.1830.7080.5990.01757.025.866臥式臺數(shù)600殼程數(shù)管心距 /mm4500管子排列238折流板數(shù) /個(gè)84.1折流板間距 /mm2材質(zhì)管程殼程0.4980.3714/22113221200碳鋼表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 23614484.7/污垢熱阻 /0.000580.000176阻力 /MPa0.00120.0032熱流量 /kW777傳熱溫差 /K19.6傳熱

19、系數(shù) /588裕度 /%24.8%第 2 章冷凝器機(jī)械設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)冷凝器中 ,完成了其工藝設(shè)計(jì)計(jì)算后,冷凝器的工藝尺寸即可確定.若能用冷凝器標(biāo)準(zhǔn)系列選型 ,則結(jié)構(gòu)尺寸隨之確定,否則盡管在傳熱計(jì)算和流體阻力計(jì)算中已部分確定了結(jié)構(gòu)尺寸 ,仍需進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,此時(shí)除了應(yīng)進(jìn)一步確定那些尚未確定的尺寸以外,還應(yīng)對已確定的尺寸進(jìn)行某些較核,修正 .部件工藝 結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷凝器機(jī)械設(shè)計(jì)其中的一方面是工藝結(jié)構(gòu)與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要是確定有關(guān)部件的結(jié)構(gòu)形式 ,結(jié)構(gòu)尺寸 ,零件之間的連接等,如管板結(jié)構(gòu)尺寸確定。折流板尺寸,間距確定。管板與冷凝器的連接。管板與殼體,管箱的聯(lián)接。管箱結(jié)構(gòu)。折流板與分程隔板

20、的固定。法蘭與墊片等的設(shè)計(jì).筒體內(nèi)徑確定由工藝設(shè)計(jì)給定的筒體內(nèi)徑為600mm,考慮原取板的利用率,對小直徑冷凝器合適, 且實(shí)際計(jì)算值為620mm,決定就按筒體內(nèi)徑為600mm做排管圖, 認(rèn)定取15/22mm 是合適的 .管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用 B 型封頭管箱 ,因冷凝器直徑較小 ,且為二管程 ,其管箱最小長度可不按流通截面積計(jì)算 ,只考慮相鄰焊縫間距離計(jì)算.取管箱長度為 400mm管箱內(nèi)分程隔板厚度按參考書1 表(4-1>取 8mm.管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設(shè)計(jì)依工藝條件: 管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力聽高值, 以及設(shè)計(jì)溫度和公稱直徑, 按JB4703 92 長頸對焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取 .并確定各結(jié)構(gòu)尺寸 ,

21、畫出草圖 .固定端管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)所選用的管箱法蘭, 管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸, 確定固定端管板最大外徑為mm墊片選擇管箱墊片 ,依據(jù)管程操作條件 (循環(huán)水壓力0.4MPa,溫度 20 >選石棉橡膠墊 .其結(jié)構(gòu)尺寸按 5參考書 1 取mm,mm.鞍座選用及安裝位置確定鞍座選用 JB/T471292 鞍座 B 600F/S.安 裝 尺 寸取mm,mm,取mm,mm.折流板布置折流板結(jié)構(gòu)尺寸 :按參考書 1 表(4-2>外徑mm厚度取mm,圓缺高度取mm,在排管圖上取 .前端折流板距管板的距離至少為mm,結(jié)構(gòu)調(diào)整為mm.后端折流板距管板的距離至少為mm實(shí)際按折流板間距mm,計(jì)算折流板數(shù)量為

22、19 塊.拉桿直徑按參考書 1 表 (4-7>取,數(shù)量取 4 根.長度參考書 1 表 (4-9>2.2強(qiáng)度計(jì)算冷凝器機(jī)械設(shè)計(jì)的另一方面是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,對受力元件的應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度5化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第165 頁16/22校核 ,以保證冷凝器安全運(yùn)行 ,比如封頭 ,管箱 ,殼體 ,管板 ,管子等等 .筒體壁厚計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)溫度40 ,設(shè)計(jì)壓力MPa,選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR 卷制 , 材料40時(shí)的許用應(yīng)力MPa,取焊縫系數(shù),腐蝕裕度mm,則計(jì)算厚度mm<2.1 ）設(shè)計(jì)厚度mm<2.2 ）名義厚度mm 取mm<2.3 ）有效厚度mm<2.4

23、 ）水壓實(shí)驗(yàn)壓力Mpa<2.5 ）所選材料的屈服應(yīng)力MPa水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核<2.6 ）152.77MPa<MPa,水壓強(qiáng)度滿足要求 .氣密實(shí)驗(yàn)壓力MPa管箱筒節(jié) , 封頭厚度計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)為:設(shè)計(jì)溫度 20,設(shè)計(jì)壓力 0.4MPa,選用 16MnR 鋼板 ,材料許用應(yīng)力MPa,屈服強(qiáng)度MPa,按參考書 1177 頁取焊縫系數(shù),腐蝕裕度.計(jì)算厚度<2.7 ）設(shè)計(jì)厚度mm<2.8 ）名 義 厚 度mm綜 合 考 慮 結(jié) 構(gòu) 需 要 取mm<2.9 ）有效厚度mm<2.10 ）壓力實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度在這種情況下一定滿足.管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同, 取m

24、m. 該計(jì)算結(jié)果與參考書 1 表(4-31>相符 .由于溫差比較小 ,所以不需要補(bǔ)強(qiáng)圈 ,也不用進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .17/22固定管板計(jì)算6參照參考書 1 表(4-30>選取管板厚度為50mm,其中材料選取為16Mn 鍛.6化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第175 頁18/22結(jié) 論采用固定管板式換熱器設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，制造成本較低；館內(nèi)不宜積垢，即使產(chǎn)生了污垢也便于清洗。根據(jù)給定的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。19/22參考文獻(xiàn)1 袁慶龍，候文義 Ni-P 合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001， 32(1>： 51-53.<連續(xù)出版物：序號主要責(zé)任者文獻(xiàn)題名 J刊名，出版年份，卷號 (期號 >：起止頁碼）2 劉國鈞，王連成圖書館史研究北京：高等教育出版社，1979：15-18，31 <專著：序號 主要責(zé)任者文獻(xiàn)題名出版地：出版者，出版年：起止頁碼）3 孫品一高