《化工原理课程设计》PPT课件.ppt

化工原理课程设计,换热器概述,一、定义,换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。,1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。,2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11 40 。,那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？,3.可靠性,满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命,二、衡量标准,2.合理性,1.先进性,可制造加工，成本可接受,传热效率高，流体阻力小，材料省,三、不同目的的换热器,冷却器（cooler）,冷凝器（condenser）,蒸发器（发生相变）（evaporator）,加热器（一般不发生相变）（heater）,再沸器（reboiler）,废热锅炉（waste heat boiler）,四、换热器的基本类型,按传热方式或工作原理分类,1、直接接触式,传热效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间,图1 直接接触式换热器,又称表面式换热器 利用间壁（固体壁面）进行热交换。 冷热两种流体隔开，互不接触，热量 由热流体通过间壁传递给冷流体。,应用最为广泛，形式多种多样， 如管壳式换热器、板式换热器等,对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为,(3)管壳式,(1)管式,(2)紧凑式,螺旋板式、板式、板翅、伞板等,排管、蛇管、套管,重点,下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构,管壳式换热器,固定管板式换热器,浮头式换热器,U形管式换热器,五、管壳式换热器的分类,基本类型,（一）固定管板式换热器,优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。,缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。,图7-4固定管板式换热器,为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。,图7-5带膨胀节的固定管板式换热器,适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。,（二）浮头式换热器,优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。,缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查。,适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。,图7-6浮头式换热器,（三）U形管式换热器,图7-8U型管式换热器,优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。,缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。,适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。,U形管式换热器,U形管式换热器,（一）工艺计算,六、管壳式换热器设计内容,选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数 。,（二）机械设计,1）壳体直径的决定 2）换热器封头选择，压力容器法兰选择； 3）管板尺寸确定； 4）折流板的选择与计算； 5）温差应力计算,第二节 管子的选用及其与管板的连接,一、管子的选用,（一）直径,粘性大或污浊的流体,大管径,小管径,（二）规格,（外径壁厚），长度按规定决定,换热管尺寸,192、252.5和382.5mm无缝钢管252和382.5mm不锈钢管,标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等,（三）结构型式,多用光管，因为结构简单，制造容易， 为强化传热，也采用强化传热管。,二、管子与管板的连接,（一）胀接,利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。,图7-14 胀管前后示意图,（a）胀管前,（b）胀管后,液压 胀管器,液压胀接,机械胀接,适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力4MPa，设计温度300，且无特殊要求的场合。,原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温度300 。,要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。,胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽可以增加连接强度和紧密性)。,（二）焊接,优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。 缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。,图7-16 焊接间隙示意图,管板,间隙,换热管,第三节 管板结构,一、换热管排列方式,三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。,（一）正三角形和转角正三角形排列,图7-18 正三角形排列的管子,流体流动方向,流体流动方向,正三角形排列,转角正三角形排列,二、管间距,（一）定义,（二）要求,管间距指两相邻换热管中心的距离。,管间距1.25d0，符合表7-5规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损坏。,表7-1 常用换热管中心距/mm,最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于(换热管外径的一半)10mm。,三、管程的分程及管板与隔板的连接,当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体长度。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子，就得增大壳体直径，排列较多的管子。,（一）分程原因,（二）分程原则,（三）分程隔板,图7-21 双层隔板与管板的密封,各程换热管数应大致相等； 相邻程间平均壁温差一般不应超过28； 各程间的密封长度应最短； 分程隔板的形状应简单。,图7-22 单层隔板与管板的密封,封头,隔板,管板,（四）分程方式,表72管程布置表,可拆式,浮头式、U型管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接,图7-25 管板与壳体可拆连接,五、管板与壳体的连接结构,处理量:(110000+学号后三位1000) Kgh ， 甲苯从11060 循环水入口温度：？ 甲苯压力：6.9MPa 循环水压力：0.4MPa,换热器的设计任务,设计方案的设计,1、换热器类型的选择 固定管板式换热器 浮头式换热器 U型管换热器,确定物性数据,壳程有机气体的定性温度为： T 管程流体的定性温度为： t？,根据定性温度查出甲苯和水物性,密度 定压必热容 导热系数 粘度,计算总传热系数,工艺结构尺寸,换热器核算,其它附件计算 1）壁温计算 2）折流板高度 3）接管 4）防冲挡板 5）管心距等,完成说明书一份 要求：1.A4打印，左侧两钉装订,封面自行设计，建议采用学校论文封面（更改题目） 2.格式（字体、字号，段落等采用论文要求），但不需要中英文摘要、前言、致谢等。 3.所采用的必要数据和公式必须按文章出现的先后顺标出出处，并将文献按格式要求例到最后的参考文献中。 完成设备图一份（A3） 要求：必须包含化工制图的基本要素及基本要求。 时间：在第七周的周三之前以班级为单位交到办公室居201,化工原理课程设计任务安排 第一周 对设计任务的熟悉, 弄清设计流程， 及任务并查阅相关资料 第二周第三周 完成热量和必要工艺计算 第四周 熟悉化工制图要求及完成草图 第五周第六周 完成设计说明书撰写，及完成 AUTOCAD制图 每天上午九点前必须到指定教室报到。 9.3401 9.49.6401 9.59.7501,严禁抄袭,抄袭特点: 1.除了必要数据不一样,其它的都一样! 特殊错误都一样!如引用错误,错别字等 2.图纸直接拿同学的或稍更改! 抄袭的处理是:最高从”中”开始评级直到不及格,合作愉快!,