1、<p>　　《食品機(jī)械與設(shè)備》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　浮頭式列管換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2</b></p><

2、;p><b>　　二、設(shè)計(jì)計(jì)算2</b></p><p>　　2.1確定設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.12管程安排2</p><p>　　2.2確定物性數(shù)據(jù)2</p><p>　　2.3估算傳熱面積3</p><p>　　2.31熱流量（忽略熱損失）3</p>

3、<p>　　2.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸4</p><p>　　2.5換熱器核算7</p><p>　　三、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表11</p><p>　　四、設(shè)計(jì)評(píng)述及設(shè)計(jì)收獲12</p><p><b>　　五、參考資料12</b></p><p>　　[摘要]本次設(shè)計(jì)的題目為浮頭式換熱器

4、。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點(diǎn)是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對(duì)殼體滑移，稱(chēng)為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會(huì)因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于拆卸方便，易清洗。在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。本文對(duì)浮頭式換熱器進(jìn)行了整體的設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，采用了1-3型，即殼側(cè)兩程，管側(cè)四程。首先，通過(guò)換熱計(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)

5、計(jì)的要求以及一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，之后對(duì)有些部件有限元軟件ANSYS進(jìn)行了強(qiáng)度校核并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，最后提出一些制造與安裝方面的問(wèn)題。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]換熱器；浮頭；管殼</p><p>　　Design of floating head heat exchanger</p><p>　　[Abstract]:The topic of our

6、study is the design of floating head heat exchanger.The floating head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger.It is special for its floating head.One of its tube sheet is fixed,while another can

7、 float in the shell,so called floating head.As the tubes can expand without the restriction of the shell,it can avoid thermal stress.Another advantage is that it can be dismantled and clean easily.It is widely used in ch

8、emical industry.In this study an</p><p>　　[Key words]:heat exchanger;floating head;tube and shell</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　某生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從120℃

9、進(jìn)一步冷卻至60℃之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混合氣體的流量為231801㎏/h,壓力為6.9MPa,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa，循環(huán)水的入口溫度為20℃，出口溫度為40℃，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　2.1確定設(shè)計(jì)方案</b></p

10、><p>　　2.11選擇換熱器的類(lèi)型 兩流體的溫度變化情況：</p><p>　　熱流體進(jìn)口溫度120℃，出口溫度60℃；</p><p>　　冷流體的進(jìn)口溫度20℃，出口溫度為40℃。</p><p>　　該換熱器能夠循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用

11、浮頭式換熱器。</p><p><b>　　2.12管程安排</b></p><p>　　從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混合氣體走殼程。</p><p><b>　　2.2確定物性數(shù)據(jù)&l

12、t;/b></p><p>　　定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)、出口溫度的平均值。故殼程混合氣體的定性溫度為</p><p>　　管程流體的定性溫度為：</p><p>　　已知混合氣體在85℃下的有關(guān)數(shù)據(jù)如下，； ；; 。</p><p>　　查得循環(huán)水在34℃下的物性數(shù)據(jù)：；；；</p>

13、<p><b>　　2.3估算傳熱面積</b></p><p>　　2.31熱流量（忽略熱損失）</p><p>　　2.32冷卻水用量（忽略熱損失）</p><p>　　2.33平均傳熱溫差 </p><p>　　先按照純逆流計(jì)算，得</p><p>　　2.34初算傳

14、熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(㎡.℃),則估算的傳熱面積為</p><p><b>　　2.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　2.41管徑和管內(nèi)流速 選用較高級(jí)冷拔傳熱管（碳</p><p><b>　　鋼），取管內(nèi)流速</b></p><p

15、>　　2.42 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為</p><p>　　按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為</p><p>　　傳熱管總根數(shù) n=500×3=1500<

16、/p><p>　　2.43 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差校正系數(shù)計(jì)算如下</p><p>　　按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖得</p><p>　　平均傳熱溫差 </p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　2.44 傳熱管排列和分程

17、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。</p><p><b>　　取管心距 , </b></p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離按式計(jì)算</p><p>　　各程相鄰管的管心距為66㎜</p><p>　　2.45 殼體直徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑可按式估算。

18、取管板利用，則殼體直徑為</p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=1600㎜</p><p>　　2.46折流板 采用弓形折流板，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</p><p><b>　　故可取h=400㎜</b></p><p>　　取折流板間距B=0.3D（0.2D〈B〈D），

19、則</p><p><b>　　可取B為500㎜。</b></p><p><b>　　折流數(shù)目板 </b></p><p>　　2.47接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為，則接管內(nèi)徑則為</p><p>　　圓整后可取管內(nèi)徑為310㎜</p><p>　　

20、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</p><p>　　圓整后取管內(nèi)徑為420㎜。</p><p><b>　　2.5換熱器核算</b></p><p>　　2.51傳熱面積校核</p><p>　　（1）管程傳熱膜系數(shù)。按式計(jì)算 </p><p><b>　　管程流

21、體流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速和雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p><p>　　（2）殼程傳熱膜系數(shù)。用式計(jì)算</p><p>　　管子按正三角形排列，傳熱當(dāng)量直徑為</p><p><b>　　殼程流通截面積</

22、b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p><p><b>　　黏度校正</b></p><p>　?。?）污垢熱阻和管壁熱阻。查附錄9，管外側(cè)污垢熱阻，管內(nèi)測(cè)污垢熱阻。已知管壁厚度b=0.0025m，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為。

23、</p><p>　?。?）總傳熱系數(shù)K?？倐鳠嵯禂?shù)K為</p><p>　?。?）傳熱面積校核。依式可得所計(jì)算傳熱系數(shù)面積為</p><p>　　熱傳奇的實(shí)際傳熱面積裕度為S</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　2.52換熱器內(nèi)壓降的核算</p><

24、;p><b>　?。?）管程阻力</b></p><p>　　由Re=32312，傳熱管相對(duì)粗糙度0.01，查參考文獻(xiàn)[2]中雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得，流速，所以，</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　（2）殼程阻力。按下式計(jì)算</p><p><b>　　其中。</b>

25、;</p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　流體流過(guò)折流板缺口的阻力</p><p><b>　　其中 ，，則</b></p><p><b>　　總阻力</b></p><p>　　由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高

26、，所以殼程流體的阻力比較合適</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</b></p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附表</p><p>　　四、設(shè)計(jì)評(píng)述及設(shè)計(jì)收獲</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是第一次真正意義上理論與實(shí)踐的結(jié)合，是對(duì)我們已學(xué)知識(shí)的一種升華，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)很多。首先，提升了

27、我的理論運(yùn)用于實(shí)際的能力；以前眼中的“簡(jiǎn)單公式”在設(shè)計(jì)中突然變得很繁瑣，要結(jié)合很多的實(shí)際情況才能得以確定。以前總是認(rèn)為一個(gè)文檔會(huì)有什么難得了，但是，這一次，讓我的想法大改變，不管是排版還是公式的編輯。接著，這次課程設(shè)計(jì)，讓我的變得更加細(xì)心、有耐心了。最后，給我最大的收獲是，認(rèn)真、努力的去做一件事，就一定會(huì)有收獲的。</p><p>　　雖然為它付出了很多，但是，也還存在許多明顯的不足之處，例如，數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確等。&

28、lt;/p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，也讓我看到了很多不足之處，在查找資料方面的欠缺，在心態(tài)方面等等，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，要勇于去改正，相信這次之后，我會(huì)更加努力的去提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)，多多參加實(shí)踐活動(dòng)。</p><p><b>　　五、參考資料</b></p><p>　　[1]申迎華，郝曉剛.化工原理課程設(shè)計(jì).第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，201

29、0年.</p><p>　　[2]高安全，王迪，崔金海.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010年.</p><p>　　[3]柴誠(chéng)敬.化工原理（上、下冊(cè)）.北京：高等教育出版社，2005年.</p><p>　　[4]鄭曉梅.化工制圖.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年.</p><p>　　[5]潘國(guó)昌，郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)