丁二烯臥式冷凝器課程設計

1、<p><b>　　本科課程設計</b></p><p><b>　　丁二烯臥式冷凝器</b></p><p>　　2008 年 1 月 </p><p>　學 院（部）：機械工程學院 </p><p>　專

2、 業(yè)：過程裝備與控制工程 </p><p>　學 生 姓 名：</p><p>　班 級：學號 </p><p>　指導教師姓名：職稱 </p><p>　最終評定成績</p>&l

3、t;p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　2007 —2008 學年第 一 學期</p><p>　　課程名稱： 單元過程設備 </p><p>　　設計題目： 丁二烯臥式冷凝器

4、 </p><p>　　完成期限：自 2007 年 12 月 24 日至 2008 年 1 月 11 日共 3 周</p><p>　　指導教師（簽字）： 年 月 日</p><p>　　系（教研室）主任（簽字）：

5、 年 月 日</p><p><b>　　.目 錄</b></p><p>　　第1章 冷凝器工藝設計3</p><p>　　1.1 設計方案選擇3</p><p>　　1.1.1 選擇冷凝器類型3</p><p>　　1.1.1.1 流程安排

6、3</p><p>　　1.1.1.2 確定物性參數(shù)3</p><p>　　1.2 工藝結(jié)構(gòu)設計3</p><p>　　1.2.1 估算傳熱面積3</p><p>　　1.2.1.1 冷凝器的熱流量4</p><p>　　1.2.1.2 冷卻水用量4</p><p>　　1.2

7、.1.3 平均傳熱溫差4</p><p>　　1.2.1.4 估算傳熱面積4</p><p>　　1.2.1.5 選擇管徑和管內(nèi)流速4</p><p>　　1.2.1.6 管程數(shù)和傳熱管數(shù)4</p><p>　　1.2.1.7 傳熱管排列和分程方法4</p><p>　　1.2.1.8 殼體內(nèi)徑

8、5</p><p>　　1.2.1.9 折流板5</p><p>　　1.2.1.10 其它附件5</p><p>　　1.2.1.11 接管5</p><p>　　1.3 換熱器核算5</p><p>　　1.3.1 熱流量核算5</p><p>　　1.3.1.1. 殼程表

9、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)5</p><p>　　1.3.1.2. 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6</p><p>　　1.3.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻6</p><p>　　1.3.1.4 傳熱系數(shù)7</p><p>　　1.3.2 壁溫核算7</p><p>　　1.3.3 換熱器內(nèi)流體的流動阻力8</

10、p><p>　　第2章 冷凝器機械設計10</p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)設計10</p><p>　　2.1.1部件工藝結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)設計11</p><p>　　2.1.1.1 筒體內(nèi)徑確定11</p><p>　　2.1.1.2 管箱結(jié)構(gòu)設計11</p><p>　　2.1

11、.1.3 管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設計11</p><p>　　2.1.1.4 固定端管板結(jié)構(gòu)設計11</p><p>　　2.1.1.5 墊片選擇11</p><p>　　2.1.1.6 鞍座選用及安裝位置確定11</p><p>　　2.1.1.7 折流板布置11</p><p>　　2.2

12、 強度計算12</p><p>　　2.2.1 筒體壁厚計算12</p><p>　　2.2.2 管箱筒節(jié),封頭厚度計算12</p><p>　　2.2.3 固定管板計算13</p><p><b>　　結(jié)論14</b></p><p><b>　　參考文獻15<

13、/b></p><p><b>　　附錄116</b></p><p>　　第1章 冷凝器工藝設計</p><p><b>　　1.1設計方案選擇</b></p><p>　　選擇設計方案的原則是要保證達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,可維護性好,盡可能節(jié)省操作費用和設

14、備投資.</p><p>　　1.1.1 選擇冷凝器類型</p><p>　　冷凝丁二烯蒸汽,其溫度為40℃,用冷卻水作冷卻劑,水的進出口溫度分別為15℃和25℃.該溫差不是很大,所以選擇固定管板式臥式冷凝器.</p><p>　　1.1.1.1 流程安排</p><p>　　因為冷卻水較容易結(jié)垢,若其流速太低,會加快污垢增長速度,使冷凝器

15、的熱流量下降,所以從總體考慮,應使冷卻水走管程,丁二烯蒸汽走殼程.</p><p>　　1.1.1.2 確定物性參數(shù)</p><p>　　定性溫度: 殼程氣體的定性溫度為 </p><p>　　管程氣體的定性溫度為 </p><p>　　根據(jù)定性溫度查管程和殼程流體的有關物性數(shù)據(jù)如下:</p><p>　　丁二烯蒸汽

16、在40℃時: 密度 </p><p><b>　　定壓比壓容 </b></p><p><b>　　熱導率 </b></p><p>　　粘度 </p><p>　　冷卻水在20℃時: 密度 </p><p><b>

17、　　定壓比熱容 </b></p><p>　　熱導率 </p><p>　　粘度 </p><p><b>　　1.2工藝結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　1.2.1 估算傳熱面積</p><p>　　1.2.1.1 冷凝器的熱流量</p&

18、gt;<p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　1.2.1.2冷卻水用量</p><p><b>　　（1.2）</b></p><p>　　1.2.1.3 平均傳熱溫差 </p><p><b>　?。?.3）</b></p>

19、<p>　　1.2.1.4估算傳熱面積 </p><p>　　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(見表3-1)假設 則 （1.4）</p><p>　　1.2.1.5 選擇管徑和管內(nèi)流速 </p><p>　　選用較高級冷拔傳熱管(碳鋼), 取 .</p><p>　　1.

20、2.1.6 管程數(shù)和傳熱管數(shù) </p><p>　　傳熱管內(nèi)徑和單程傳熱管數(shù)(根) （1.5）</p><p>　　按單程管計算,所需的傳熱管長度為 （1.6）</p><p>　　按單程管計算.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)</p><p>　　1.2.1.7傳熱管排

21、列和分程方法 </p><p>　　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)計算 各相鄰管的管心距為44mm. </p><p>　　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置和介質(zhì)流通順序按圖3-14選取.</p><p>　　1.2.1.8 殼體內(nèi)徑

22、 </p><p>　　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）</p><p>　　按卷制殼體的進級檔圓整 </p><p>　　1.2.1.9 折流板 </p><p>　　采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的2

23、5%, 則切去的圓缺高度為 </p><p>　　取折流板間距,則, 圓整取, </p><p>　　折流板數(shù)(塊) </p><p><b>　　折流板水平裝配.</b></p><p>　　1.2.1.10 其它附件 </p><p>

24、　　拉桿數(shù)量與直徑按表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.</p><p>　　殼程入口處,應設置防沖擋板.參考文獻[1] (d)圖</p><p>　　1.2.1.11 接管</p><p>　　殼程流體進出口接管: 取接管內(nèi)氣體流速,則接管內(nèi)徑為 （1.8） </p>

25、;<p>　　圓整后取管內(nèi)徑為40mm.摘自HG20593—97板式平焊鋼制管法蘭。</p><p>　　管程流體進出口接管: 取接管內(nèi)液體流速,則接管內(nèi)徑為</p><p>　　(m), （1.9） </p><p>　　圓整后取管內(nèi)徑為150mm.摘自HG20595—97帶頸對焊鋼制法蘭</p>

26、<p>　　1.3 換熱器核算</p><p>　　1.3.1 熱流量核算</p><p>　　1.3.1.1. 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p><p>　　由公式 （1.10）</p><p>　　則 </p>&l

27、t;p><b>　　結(jié)合以上三個公式</b></p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　得到 </p><p>　　殼程流通截面積按公式 （1.12）</p><p>　　其中

28、 （1.13） </p><p>　　殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為 （1.14） （1.15）</p><p>　　普朗特數(shù) （1.16） </p><p>　　1.3.1.2. 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p><p>　　按式3-32及3

29、-33計算, , n=0.4 （1.17）</p><p>　　管程流體流通截面積 （1.18）</p><p>　　管程流體流速 （1.19） </p><p>　　普朗特數(shù) 經(jīng)查表得7.02</p&g

30、t;<p><b>　　（1.20）</b></p><p>　　1.3.1.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><p>　　管外則污垢熱阻 （1.21）</p><p>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 （1.22）</p><

31、;p>　　管壁熱阻按式3-34計算,依表3-11,碳鋼在該條件下的熱導率為, 所以</p><p>　　1.3.1.4.傳熱系數(shù)</p><p>　　依式3-21有 </p><p><b>　　（1.23）</b></p><p>　　1.3.1.5 傳熱面積裕度 </p>&l

32、t;p>　　依式3-35可得所計算傳熱面積為該冷凝器的實際傳熱面積 （1.24）</p><p>　　該冷凝器的面積裕度按式3-36計算為 （1.25） </p><p>　　傳熱面積裕度合適,該冷凝器能夠完成生產(chǎn)任務.</p><p>　　1.3.2 壁溫核算</p><p&

33、gt;　　因管壁很薄,且管壁熱阻很小,故管壁溫度可按式3-42計算.由于該冷凝器用循環(huán)水冷卻,冬季操作時,水的進口溫度會降低.為確保可靠,取水的進口溫度10℃,出口溫度25℃計算傳熱管壁溫.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.計算中,應按最不利的操作條件下考慮,因此,取兩側(cè)污垢縶 阻為零計算成本傳熱壁溫.于是,按式4-42有</

34、p><p>　　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計算為 </p><p>　　℃ ℃</p><p>　　傳熱管平均壁溫 ℃ （1.26）</p><p>　　殼體壁溫,可近似取為殼程流體的平均溫度,即℃</p><p>　　殼

35、體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃</p><p>　　由于該溫差不大,所以不需要溫度補償裝置,選用臥式冷凝器合適.</p><p>　　1.3.3 換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p>　　(1) 管程流體阻力 依式(3-47)(3-48)(3-49)可得 </p><p><b>　?。?.27） </b><

36、/p><p><b>　?。?.28） </b></p><p>　　由 , 傳熱管對粗糙度 </p><p>　　查莫狄圖得 流速 </p><p>　　所以 &l

37、t;/p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi).</p><p>　　(2) 殼程阻力 按式3-50------3-54計算.</p><p><b>　?。?.29） </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　流體流經(jīng)管束的阻

38、力 （1.30）</p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　總阻力 </b></p><p>　　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.</p><p>　　表1.1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表</p>

39、<p>　　第2章 冷凝器機械設計</p><p><b>　　2.1機械設計</b></p><p>　　冷凝器中,完成了其工藝設計計算后,冷凝器的工藝尺寸即可確定.若能用冷凝器標準系列選型,則結(jié)構(gòu)尺寸隨之確定,否則盡管在傳熱計算和流體阻力計算中已部分確定了結(jié)構(gòu)尺寸,仍需進行結(jié)構(gòu)設計,此時除了應進一步確定那些尚未確定的尺寸以外,還應對已確定的尺寸進行某

40、些較核,修正.</p><p>　　2.1.1部件工藝結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　冷凝器機械設計其中的一方面是工藝結(jié)構(gòu)與機械結(jié)構(gòu)設計,主要是確定有關部件的結(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);折流板與分程隔板的固定;法蘭與墊片等的設計.</p><p>　　2

41、.1.1.1 筒體內(nèi)徑確定</p><p>　　由工藝設計給定的筒體內(nèi)徑為600mm,考慮原取板的利用率,對小直徑冷凝器合適,且實際計算值為620mm,決定就按筒體內(nèi)徑為600mm做排管圖,認定取mm是合適的.</p><p>　　2.1.1.2 管箱結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　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算,

42、只考慮相鄰焊縫間距離計算. 取管箱長度為 400mm</p><p>　　管箱內(nèi)分程隔板厚度按參考書[1]表(4-1)取8mm.</p><p>　　2.1.1.3 管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設計 </p><p>　　依工藝條件:管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力聽高值,以及設計溫度和公稱直徑,按JB4703—92長頸對焊法蘭標準選取.并確定各結(jié)構(gòu)尺寸,畫出草圖.&l

43、t;/p><p>　　2.1.1.4 固定端管板結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　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</p><p>　　2.1.1.5 墊片選擇</p><p>　　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)尺寸按參考書[1]取mm, mm.

44、</p><p>　　2.1.1.6 鞍座選用及安裝位置確定</p><p>　　鞍座選用JB/T4712—92鞍座BⅠ600—F/S.</p><p>　　安裝尺寸 取mm, mm, 取mm, mm.</p><p>　　2.1.1.7 折流板布置 </p><p>　　折流板結(jié)構(gòu)尺寸:按參考書[1]表(

45、4-2)外徑mm</p><p>　　厚度取mm,圓缺高度取mm,在排管圖上取.</p><p>　　前端折流板距管板的距離至少為mm,結(jié)構(gòu)調(diào)整為mm.</p><p>　　后端折流板距管板的距離至少為mm</p><p>　　實際按折流板間距mm,計算折流板數(shù)量為19塊.</p><p>　　拉桿直徑按參考書[1]表

46、(4-7)取,數(shù)量取4根.長度參考書[1]表(4-9)</p><p><b>　　2.2 強度計算</b></p><p>　　冷凝器機械設計的另一方面是在結(jié)構(gòu)設計完成后,對受力元件的應力計算和強度校核,以保證冷凝器安全運行,比如封頭,管箱,殼體,管板,管子等等.</p><p>　　2.2.1筒體壁厚計算 </p><

47、p>　　由工藝設計給定的設計溫度40℃,設計壓力MPa,選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制,材料40℃時的許用應力MPa,取焊縫系數(shù),腐蝕裕度mm,則</p><p>　　計算厚度 mm （2.1） </p><p>　　設計厚度 mm （2.2）</p><p>　　名義厚度 mm 取m

48、m （2.3） </p><p>　　有效厚度 mm （2.4） </p><p>　　水壓試驗壓力 Mpa （2.5）</p><p>　　所選材料的屈服應力 MPa</p><p><b>　　水壓試驗應力校核</b>

49、;</p><p><b>　　（2.6） </b></p><p>　　152.77MPa<MPa,水壓強度滿足要求.</p><p>　　氣密試驗壓力 MPa</p><p>　　2.2.2 管箱筒節(jié),封頭厚度計算</p><p>　　由工藝設計給定的設計參數(shù)為:設計溫度20℃,設計

50、壓力0.4MPa,選用16MnR鋼板,材料許用應力MPa,屈服強度MPa, 按參考書[1]177頁取焊縫系數(shù),腐蝕裕度.</p><p>　　計算厚度 （2.7）</p><p>　　設計厚度 mm （2.8）</p><p>　　名義厚度 mm 綜合考慮結(jié)構(gòu)需要取 mm

51、 （2.9） </p><p>　　有效厚度 mm （2.10） </p><p>　　壓力試驗強度在這種情況下一定滿足.</p><p>　　管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同, 取mm. 該計算結(jié)果與參考書

52、[1]表(4-31)相符.</p><p>　　由于溫差比較小,所以不需要補強圈,也不用進行補強計算.</p><p>　　2.2.3 固定管板計算</p><p>　　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.</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>

53、<p>　　采用固定管板式換熱器設計，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)進行合理設計，能夠滿足設計要求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 袁慶龍，候文義．Ni-P合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究［Ｊ］．太原理工大學學報，2001，32(1)：51-53.（連續(xù)出版物：［

54、序號］ 主要責任者．文獻題名［J］．刊名，出版年份，卷號(期號)：起止頁碼）</p><p>　　[2] 劉國鈞，王連成．圖書館史研究［Ｍ］．北京：高等教育出版社，1979：15-18，31．（專著：［序號］ 主要責任者．文獻題名［Ｍ］．出版地：出版者，出版年：起止頁碼．）</p><p>　　[3] 孫品一．高校學報編輯工作現(xiàn)代化特征［Ｃ］．中國高等學校自然科學學報研究會．科技

55、編輯學論文集(2)．北京：北京師范大學出版社，1998：10-22．（論文集：[序號］ 主要責任者．文獻題名[Ｃ]∥主編．論文集名．出版地：出版者，出版年：起止頁碼．）</p><p>　　[4] 張和生．地質(zhì)力學系統(tǒng)理論［Ｄ］．太原：太原理工大學，1998．(學位論文:［序號］ 主要責任．文獻題名［Ｄ］．保存地：保存單位，年份．)</p><p>　　[5] 馮西橋．核反應堆壓力容器的L

56、BB分析［Ｒ］.北京：清華大學核能技術設計研究院，1997．(報告:［序號］  主要責任．文獻題名［Ｒ］．報告地：報告會主辦單位，年份．)</p><p>　　[6] 姜錫洲．一種溫熱外敷藥制備方案［Ｐ］．中國專利：881056078，1983-08-12．(專利文獻:［序號］專利所有者．專利題名［P］．專利國別：專利號，發(fā)布日期．)</p><p>　　[7] GB/T 161

57、59—1996，漢語拼音正詞法基本規(guī)則［S］．北京：中國標準出版社，1996．(國際、國家標準:［序號］標準代號，標準名稱［S］．出版地：出版者，出版年．)</p><p>　　[8] 謝希德．創(chuàng)造學習的思路[Ｎ]．人民日報，1998-12-25(10)．(報紙文章:［序號］主要責任者．文獻題名［Ｎ］．報紙名，出版日期(版次)．)</p><p>　　[9] 王明亮．中國學術期刊標準化數(shù)據(jù)

58、庫系統(tǒng)工程的［EB/OL］．</p><p>　　http://www.cajcd.cn/pub/wml.txt/9808 10-2.html,1998-08-16/1998-10-04．(電子文獻: [序號］主要責任者．電子文獻題名［文獻類型/載體類型］．電子文獻的出版或可獲得地址，發(fā)表或更新的期/引用日期(任選)．</p><p><b>　　附錄</b><