《化工原理課程設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、化工原理課程設(shè)計(jì),換熱器概述,一、定義,換熱器是用來(lái)完成各種不同傳熱過(guò)程的設(shè)備。,1、如：開(kāi)水鍋爐、水杯、冰箱、空調(diào)等。,2、是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11 40 。,那么衡量一臺(tái)換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢？,3.可靠性,滿足操作條件 ,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命,二、衡量標(biāo)準(zhǔn),2.合理性,1.先進(jìn)性,可制造加工，成本可接受,傳熱效率高，流體阻力小，材料省,三、不同目的的換熱器,冷卻器（cooler）,冷凝器（condenser）,蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporator）,加熱器（一般不發(fā)生相變）（heater）,再沸器（reboiler）,廢

2、熱鍋爐（waste heat boiler）,四、換熱器的基本類型,按傳熱方式或工作原理分類,1、直接接觸式,傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間,圖1 直接接觸式換熱器,又稱表面式換熱器 利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。 冷熱兩種流體隔開(kāi)，互不接觸，熱量 由熱流體通過(guò)間壁傳遞給冷流體。,,,應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣， 如管殼式換熱器、板式換熱器等,對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為,(3)管殼式,(1)管式,(2)緊湊式,螺旋板式、板式、板翅、傘板等,排管、蛇管、套管,重點(diǎn),下面我們來(lái)看一看管殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu),管殼式換熱器,固定管板式換熱器,,浮頭式換熱器,U形管式換熱

3、器,五、管殼式換熱器的分類,基本類型,,,（一）固定管板式換熱器,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。,缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。,圖7-4固定管板式換熱器,為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。,圖7-5帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器,適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場(chǎng)合。,（二）浮頭式換熱器,優(yōu)點(diǎn)： 管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。,缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在 操作中無(wú)法

4、檢查。,適用場(chǎng)合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易 結(jié)垢的場(chǎng)合。,圖7-6浮頭式換熱器,,,（三）U形管式換熱器,圖7-8U型管式換熱器,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。,缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。,適用場(chǎng)合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕 性大的物料。,,U形管式換熱器,,U形管式換熱器,,（一）工藝計(jì)算,六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容,選型；確定管、殼程；通過(guò)化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時(shí)選擇管徑、管長(zhǎng)，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù) 。,（二）機(jī)械設(shè)計(jì),1）殼體直徑的決定 2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇； 3）管

5、板尺寸確定； 4）折流板的選擇與計(jì)算； 5）溫差應(yīng)力計(jì)算,第二節(jié) 管子的選用及其與管板的連接,一、管子的選用,（一）直徑,粘性大或污濁的流體,大管徑,,小管徑,（二）規(guī)格,（外徑壁厚），長(zhǎng)度按規(guī)定決定,換熱管尺寸,192、252.5和382.5mm無(wú)縫鋼管252和382.5mm不銹鋼管,標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等,,（三）結(jié)構(gòu)型式,多用光管，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易， 為強(qiáng)化傳熱，也采用強(qiáng)化傳熱管。,二、管子與管板的連接,（一）脹接,利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起

6、達(dá)到密封緊固連接的目的。,圖7-14 脹管前后示意圖,（a）脹管前,（b）脹管后,液壓 脹管器,液壓脹接,機(jī)械脹接,適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力4MPa，設(shè)計(jì)溫度300，且無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。,原因：溫度升高，殘余應(yīng)力減小，使管子與管板間的脹接密封性能、緊固性能都下降，故設(shè)計(jì)溫度300 。,要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。,脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開(kāi)槽(開(kāi)槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。,（二）焊接,優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡(jiǎn)單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。 缺點(diǎn)：在

7、焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。,圖7-16 焊接間隙示意圖,管板,間隙,換熱管,第三節(jié) 管板結(jié)構(gòu),一、換熱管排列方式,三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一體積傳熱面積更大。適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場(chǎng)合。,（一）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列,圖7-18 正三角形排列的管子,流體流動(dòng)方向,,流體流動(dòng)方向,,正三角形排列,轉(zhuǎn)角正三角形排列,二、管間距,（一）定義,（二）要求,管間距指兩相鄰換熱管中心的距離。,管間距1.25d0，符合表7-5規(guī)定，便于管子與管板間的連接，因?yàn)閷?duì)于脹接或焊

8、接來(lái)講，管子間距離太近，那么都會(huì)影響連接質(zhì)量。最外層管壁與殼壁之間的距離為10mm，主要是為折流板易于加工，不易損壞。,表7-1 常用換熱管中心距/mm,最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于(換熱管外徑的一半)10mm。,三、管程的分程及管板與隔板的連接,當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長(zhǎng)時(shí)，就得增大殼體長(zhǎng)度。此時(shí)，為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過(guò)各程管子，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。,（一）分程原因,（二）分程原則,（三）分程隔板,圖7-21 雙層隔板與管板的密封,各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等； 相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過(guò)28； 各程間的密封

9、長(zhǎng)度應(yīng)最短； 分程隔板的形狀應(yīng)簡(jiǎn)單。,圖7-22 單層隔板與管板的密封,封頭,隔板,管板,（四）分程方式,表72管程布置表,可拆式,浮頭式、U型管式及填料函式換熱器固定端管板與殼體的連接,圖7-25 管板與殼體可拆連接,五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu),處理量:(110000+學(xué)號(hào)后三位1000) Kgh ， 甲苯從11060 循環(huán)水入口溫度：？？ 甲苯壓力：6.9MPa 循環(huán)水壓力：0.4MPa,換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù),設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì),1、換熱器類型的選擇 固定管板式換熱器 浮頭式換熱器 U型管換熱器,確定物性數(shù)據(jù),殼程有機(jī)氣體的定性溫度為： T 管程流體的定性溫度為： t？,,根據(jù)定性溫度查出甲

10、苯和水物性,密度 定壓必?zé)崛?導(dǎo)熱系數(shù) 粘度,計(jì)算總傳熱系數(shù),工藝結(jié)構(gòu)尺寸,換熱器核算,其它附件計(jì)算 1）壁溫計(jì)算 2）折流板高度 3）接管 4）防沖擋板 5）管心距等,完成說(shuō)明書(shū)一份 要求：1.A4打印，左側(cè)兩釘裝訂,封面自行設(shè)計(jì)，建議采用學(xué)校論文封面（更改題目） 2.格式（字體、字號(hào)，段落等采用論文要求），但不需要中英文摘要、前言、致謝等。 3.所采用的必要數(shù)據(jù)和公式必須按文章出現(xiàn)的先后順標(biāo)出出處，并將文獻(xiàn)按格式要求例到最后的參考文獻(xiàn)中。 完成設(shè)備圖一份（A3） 要求：必須包含化工制圖的基本要素及基本要求。 時(shí)間：在第七周的周三之前以班級(jí)為單位交到辦公室居201,化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)安排 第一周 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的熟悉, 弄清設(shè)計(jì)流程， 及任務(wù)并查閱相關(guān)資料 第二周第三周 完成熱量和必要工藝計(jì)算 第四周 熟悉化工制圖要求及完成草圖 第五周第六周 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫，及完成 AUTOCAD制圖 每天上午九點(diǎn)前必須到指定教室報(bào)到。 9.3401 9.49.6401 9.59.7501,嚴(yán)禁抄襲,抄襲特點(diǎn): 1.除了必要數(shù)據(jù)不一樣,其它的都一樣! 特殊錯(cuò)誤都一樣!如引用錯(cuò)誤,錯(cuò)別字等 2.圖紙直接拿同學(xué)的或稍更改! 抄襲的處理是:最高從”中”開(kāi)始評(píng)級(jí)直到不及格,,,合作愉快!,