丁二烯卧式冷凝器课程设计方案.docx

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1、湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院 系、部） 2007 - 2008 学年第 一 学课程名称单元过程设备指导教师职称学生姓名专业班级过控 041 学号题目 丁二烯 卧式冷凝器成 绩起止日期 2007 年 12 月 24 日 2008 年 1 月 11 日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸2A1，A3 各 1 张本科课程设计丁二烯卧式冷凝器学 院 部）：机械工程学院专 业：过程装备与控制工程学 生 姓 名：班 级：学号指导教师姓名：职称最终评定成绩2008 年 1 月湖南工业大学本科课程设计丁二烯卧式冷凝器学 院部）： 机械工程学院专业： 过程

2、装备与控制工程学号：学 生 姓 名：指 导 教 师：2008 年 1 月课程设计任务书2007 2008 学年第 一 学期机械工程学院 过程装备与控制工程专业过 041 班级课程名称：单元过程设备设计题目：丁二烯卧式冷凝器完成期限：自 2007年 12月 24日至 2008年 1月 11日共 3 周内 容 及 任 务一、设计的主要技术参数某厂需将 7500kg/h 的丁二烯蒸汽冷凝。已知丁二烯蒸汽的冷凝温度 为 40，冷凝潜热为 373kJ/kg。所用冷却水的进出口温度分别为 15 和 25 ， 水 侧 和 蒸 汽 侧 的 污 垢 热 阻 分 别 可 取 5.8 和 1.76 。试选用一台合适

3、的水平列管式冷凝器二、设计任务1、设计方案简介 2、工艺设计计算：主要有工艺参数的选定、物料衡算，热量衡算、设备的工艺尺寸 计算及结构设计等。3、机械结构设计及校核三、设计成果1、设计说明书一份2、换热器装配图3、换热器管板零件图进度安排起止日期工作内容2007.12.24.12.26.拟定设计方案2007.12.27.2007.12.31换热器工艺设计计算2008.1.4.2008.1.7.换热器机械设计2008.1.8.2008.1.10.绘制换热器装配图与主要零件图2008.1.11.课程设计资料汇总交卷，答辩1、匡国柱，史启才，化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社， 200

4、12、李功样，陈兰英，常用化工单元设备设计.广州：华南理工大学出版社， 20063、贾绍义，柴诚敬，化工原理课程设计.天津：天津大学出版社， 20024、化工设备设计全书编辑委员会，化工设备设计全书换热器.北京：化学工业出版社，20045、钱颂文 ，换热器设计手册 .北京：化学工业出版社， 2002.8主 要 参 考 资 料6、库潘，钱颂文，换热器设计手册 . 北京：中国石化出版社， 2004.17、秦叔经 , 叶文邦，换热器 .北京：化学工业出版社， 20038、曾正明主编，机械工程材料手册金属材料.北京：机械工业出版社， 2004.69、王非 , 林英，化工设备用钢 .北京：化学工业出版社

5、， 200410、孟庆森 , 王文先 , 吴志生主编，金属材料焊接基础 .北京：化学工业出版社， 200611、GB151 1999， 管壳式换热器12、YB 4103-2000 ，换热器用焊接钢管13、JB/T 4717-92 ，U 形管式换热器型式与基本参数14、JB/T 4715-92 ，固定管板式换热器型式与基本参数15、JB/T 4714-92 ，浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数16、化工设备标准手册第一卷：金属材料17、化工设备标准手册第二卷：化工设备零部件18、金属焊接国家标准汇编 199019、王松汉，石油化工设计手册第3 卷：化工单元过程 .北京：化学工业出版社， 2002

6、指导教师 签字）：年 月 日系 教研室）主任 签字）：年 月 日第 1 章冷凝器工艺设计 31.1 设计方案选择 31.1.1 选择冷凝器类型 31.1.1.1 流程安排 31.1.1.2 确定物性参数 31.2 工艺结构设计 31.2.1 估算传热面积 31.2.1.1冷凝器的热流量 41.2.1.2冷却水用量 41.2.1.3平均传热温差 41.2.1.4估算传热面积 41.2.1.5选择管径和管内流速 41.2.1.6管程数和传热管数 41.2.1.7传热管排列和分程方法 41.2.1.8壳体内径 51.2.1.9折流板 51.2.1.10其它附件 51.2.1.11接管 51.3 换热

7、器核算1.3.1 热流量核算 51.3.1.1. 壳程表面传热系数 51.3.1.2. 管内表面传热系数 61.3.1.3 污垢热阻和管壁热阻 61.3.1.4 传热系数 71.3.2 壁温核算 71.3.3 换热器内流体的流动阻力 8第 2 章冷凝器机械设计 10102.1 结构设计2.1.1 部件工艺结构和机械结构设计 112.1.1.1筒体内径确定 112.1.1.2管箱结构设计 112.1.1.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计2.1.1.4固定端管板结构设计 112.1.1.5垫片选择 112.1.1.6鞍座选用及安装位置确定 112.1.1.7折流板布置 112.2 强度计算 122.

8、2.1 筒体壁厚计算 122.2.2 管箱筒节 , 封头厚度计算 122.2.3 固定管板计算 1311结论 14参考文献 15附录 116第 1 章 冷凝器工艺设计1.1 设计方案选择选择设计方案的原则是要保证达到工艺要求的热流量 , 操作上要安全可靠 , 结构上 要简单,可维护性好 ,尽可能节省操作费用和设备投资 .1.1.1 选择冷凝器类型冷凝丁二烯蒸汽 , 其温度为 40,用冷却水作冷却剂 , 水的进出口温度分别为 15 和 25 . 该温差不是很大 , 所以选择固定管板式卧式冷凝器 .1.1.1.1 流程安排因为冷却水较容易结垢 ,若其流速太低 , 会加快污垢增长速度 , 使冷凝器的

9、热流量 下降, 所以从总体考虑 , 应使冷却水走管程 ,丁二烯蒸汽走壳程 .1.1.1.2 确定物性参数定性温度 : 壳程气体的定性温度为管程气体的定性温度为根据定性温度查管程和壳程流体的有关物性数据如下 :丁二烯蒸汽在 40时 :密度定压比压容热导率粘度冷却水在 20时 :密度定压比热容热导率粘度1.2 工艺结构设计1.2.1.1 冷凝器的热流量1.2.1.2 冷却水用量1.1)1.2)1.2.1.3 平均传热温差 假设,取1.2.1.6 管程数和传热管数传热管内径和单程传热管数(根1.5)按单程管计算 ,所需的传热管长度为 传热管总根数（根1.2.1.7 传热管排列和分程方法采用组合排列法

10、 , 即每程内均按正三角形排列 , 隔板两侧采用正方形排列 . 取管心 距 , 则 隔板中心到离其最近一排管中心距离按 式（3-16 计算各相邻管的管心距为 44mm.管束的分程方法 , 每程各有传热管 119 根,其前后管箱中隔板设置和介质流通顺序按图 3-14 选取 .1.2.1.8 壳体内径采用多管程结构 , 壳体内径按式 （3-19 估算 . 取管板利用率, 则壳体内径为折流板水平装配 .1.2.1.10 其它附件拉杆数量与直径按 2表 4-7 和 4-8 选取 , 本冷凝器壳体内径为 600mm故, 其拉杆直径 为 拉杆数量不得少于 4 个 .壳程入口处 , 应设置防冲挡板 . 3参

11、考文献 1（d 图1.2.1.11 接管壳 程 流 体 进出 口 接管 : 取 接管 内 气体 流 速 ,则 接 管 内 径 为, 1.9 )圆整后取管内径为 150mm.摘自 HG2059597 带颈对焊钢制法兰1.3 换热器核算1.3.1.1. 壳程表面传热系数由公式1.10)则结合以上三个公式1.11)得到 壳程流通截面积按公式1.13)1.12 )其中壳程流体流速及雷诺数分别为1.14 )普朗特数1.16 )1.15)1.3.1.2. 管内表面传热系数按式 3-32 及 3-33 计算 , n=0.4 1.17 )管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数 经查表得 7.021.18 )1

12、.19 )1.20 )1.21)管外则污垢热阻1.22)管内侧污垢热阻管壁热阻按式 3-34 计算, 4依表 3-11, 碳钢在该条件下的热导率为所以1.3.1.4. 传热系数依式 3-21 有1.23)1.3.1.5 传热面积裕度依 式 3-35 可 得 所 计 算 传 热 面 积为 该 冷 凝 器 的 实 际 传 热 面 积1.24)该冷凝器的面积裕度按式 3-36 计算为1.25)传热面积裕度合适 , 该冷凝器能够完成生产任务1.3.2 壁温核算因管壁很薄,且管壁热阻很小 ,故管壁温度可按式 3-42 计算.由于该冷凝器用循环 水冷却,冬季操作时 ,水的进口温度会降低 .为确保可靠 ,取

13、水的进口温度 10,出口温 度 25计算传热管壁温 . 另外 , 由于传热管内侧污垢热阻较大 ,会使传热管壁温升高 , 降低了壳体和传热管壁温之差 .但在操作初期 ,污垢热阻较小 , 壳体和传热管间壁温差 可能较大 .计算中, 应按最不利的操作条件下考虑 , 因此,取两侧污垢絷 阻为零计算成 本传热壁温 .于是,按式 4-42 有式中液体的平均温度 和气体的平均温度分别按式 3-44 和3-45 计算为传热管平均壁温 管程流体阻力 依式 （3-47（3-48（3-49可得1.27 ）由,传热管对粗糙度流速 壳程阻力 按式 3-503-54 计算.1.29）流体流经管束的阻力0.4980.37表

14、面传热系数/23614484.7污垢热阻 /0.000580.000176阻力/MPa0.00120.0032热流量 /kW777传热温差 /K19.6传热系数 /588裕度/%24.8%第 2 章 冷凝器机械设计2.1 机械设计冷凝器中 ,完成了其工艺设计计算后 ,冷凝器的工艺尺寸即可确定 .若能用冷凝器标 准系列选型 ,则结构尺寸随之确定 ,否则尽管在传热计算和流体阻力计算中已部分确定 了结构尺寸 ,仍需进行结构设计 ,此时除了应进一步确定那些尚未确定的尺寸以外 ,还应 对已确定的尺寸进行某些较核 ,修正 .2.1.1 部件工艺 结构和机械结构设计冷凝器机械设计其中的一方面是工艺结构与机械

15、结构设计,主要是确定有关部件的结构形式 ,结构尺寸 ,零件之间的连接等 ,如管板结构尺寸确定。折流板尺寸 ,间距确 定。管板与冷凝器的连接。管板与壳体 ,管箱的联接。管箱结构。折流板与分程隔板 的固定。法兰与垫片等的设计 .2.1.1.1 筒体内径确定由工艺设计给定的筒体内径为 600mm,考虑原取板的利用率,对小直径冷凝器合适 , 且实际计算值为 620mm,决定就按筒体内径为 600mm 做排管图 ,认定取 15 / 22mm是合适的.2.1.1.2 管箱结构设计选用 B 型封头管箱 ,因冷凝器直径较小 ,且为二管程 ,其管箱最小长度可不按流通截 面积计算 ,只考虑相邻焊缝间距离计算 .取

16、管箱长度为 400mm管箱内分程隔板厚度按参考书 1 表（4-1取 8mm.2.1.1.3 管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计依工艺条件 :管侧压力和壳侧压力听高值, 以及设计温度和公称直径,按JB4703 92长颈对焊法兰标准选取 .并确定各结构尺寸 ,画出草图 .2.1.1.4 固定端管板结构设计依据所选用的管箱法兰 , 管箱侧法兰的结构尺寸 ,确定固定端管板最大外径为 mm2.1.1.5 垫片选择管箱垫片 ,依据管程操作条件 （循环水压力 0.4MPa,温度 20 选石棉橡胶垫 .其结 构尺寸按 化工单元过程及设备课程设计第 165 页参考书 1 取mm, mm.2.1.1.6 鞍座选用及安装

17、位置确定鞍座选用 JB/T471292 鞍座 B 600F/S.安 装 尺 寸 取 mm, mm, 取 mm,mm.2.1.1.7 折流板布置折流板结构尺寸 :按参考书 1 表（4-2外径mm厚度取 mm,圆缺高度取mm,在排管图上取 .前端折流板距管板的距离至少为mm,结构调整为mm.后端折流板距管板的距离至少为mm实际按折流板间距mm,计算折流板数量为 19 块.拉杆直径按参考书 1表（4-7取 ,数量取 4 根.长度参考书 1表（4-92.2 强度计算冷凝器机械设计的另一方面是在结构设计完成后 ,对受力元件的应力计算和强度校核,以保证冷凝器安全运行 ,比如封头 ,管箱,壳体,管板,管子等

18、等.2.2.1 筒体壁厚计算由工艺设计给定的设计温度40 , 设计压力MPa,选低合金结构钢板16MnR 卷制 , 材料 40时的许用应力MPa,取焊缝系数,腐蚀裕度mm,则计算厚度mm2.1 )设计厚度 mm2.2 )名义厚度 mm 取mm2.3 )有效厚度mm2.4 )水压实验压力 Mpa2.5 ) 所选材料的屈服应力 MPa 水压实验应力校核MPaMPa,水压强度满足要求2.6)152.77MPa气密实验压力2.2.2 管箱筒节 , 封头厚度计算由工艺设计给定的设计参数为 :设计温度 20,设计压力 0.4MPa,选用 16MnR 钢板 ,材料许用应力MPa,屈服强度MPa, 按参考书

19、1177 页取焊缝系数,腐蚀裕度计算厚度2.7 )设计厚度mm2.8 )名 义 厚 度 mm 综 合 考 虑 结 构 需 要 取 mm2.9 )有效厚度mm相符.由于温差比较小 ,所以不需要补强圈 ,也不用进行补强计算 .2.2.3 固定管板计算6参照参考书 1表（4-30选取管板厚度为 50mm,其中材料选取为 16Mn 锻.6化工单元过程及设备课程设计第 175 页结论采用固定管板式换热器设计，结构简单，紧凑，制造成本较低；馆内不宜积垢，即使产生了污垢也便于清洗。根据给定的参数进行合理设计，能够满足设计要求。参考文献1袁庆龙，候文义 Ni-P 合金镀层组织形貌及显微硬度研究太原理工大学 学

20、报， 2001， 32（1： 51-53.连续出版物：序号主要责任者文献题名J刊名，出版年份，卷号 （期号 ：起止页码）2刘国钧，王连成图书馆史研究北京：高等教育出版社，1979：15-18，31 专著：序号 主要责任者文献题名出版地：出版者，出版 年：起止页码）3孙品一高校学报编辑工作现代化特征中国高等学校自然科学学报研究 会科技编辑学论文集 （2北京：北京师范大学出版社， 1998： 10-22 论文 集： 序号 主要责任者文献题名 主编论文集名出版地：出版者， 出版年：起止页码）4张和生地质力学系统理论太原：太原理工大学，1998（学位论文 :序号 主要责任文献题名保存地：保存单位，年份

21、 5冯西桥核反应堆压力容器的 LBB 分析 .北京：清华大学核能技术设计研究 院， 1997 （报告 :序号 主要责任文献题名报告地：报告会主办 单位，年份 6姜锡洲一种温热外敷药制备方案中国专利：881056078， 1983-08-12 （专利文献 :序号专利所有者专利题名 P专利国别：专利号，发 布日期 7GB/T 161591996，汉语拼音正词法基本规则 S北京：中国标准出版社， 1996（国际、国家标准 : 序号标准代号，标准名称 S出版地：出版 者，出版年 8谢希德创造学习的思路 人民日报， 1998-12-25（10（报纸文章 :序号主 要责任者文献题名报纸名，出版日期 （版次

22、 9王明亮中国学术期刊标准化数据库系统工程的 EB/OL 10-2.html,1998-08-16/1998-10-04 （电子文献 : 序号主 要责任者电子文献题名文献类型/载体类型电子文献的出版或可获得地址，发表或更新的期 /引用日期 （任选 附录主要符号表传热管的内表面积， 传热管内的有效截面面积， 传热管的外表面积， 比定压热容， 当量直径， m 管内径， m 对流换热表面传热系数， 管子内侧的表面传热系数， 管子外侧的表面传热系数， 加热流体时 n=0.4，冷却流体时 n=0.3，Q 热流量， w体积流量， 管内侧污垢热阻 面积热阻）， 管外侧污垢热阻 面积热阻）， 轴向平均流速， m/s 导热系数， 阻力系数 密度， 粘度， Pa.sXXII / 22