40Th甲醇冷却器的设计毕业论文
2020-04-15 20:16:26
摘 要
随着能源问题和环境问题的日益凸显，热交换器作为一种重要的节能设备，其地位愈发显得重要。随着工业技术和经济的不断进步，各种工业部门对换热器的结构以及类型提出了越来越专业化的要求，换热设备的种类和形式因此也愈发的多样化。但各种换热器中仍以管壳式换热器的应用最为广泛，这种换热器具有制造方便、适应性强、运行可靠的优点，本次设计即选用这种形式进行甲醇冷却器的设计。
本次设计的主要目的是设计一台管壳式冷却器。本文的第一章首先介绍了换热器的分类和现阶段发展概况，也简要说明了换热器设计的大概流程以及在设计过程中可能出现的一些问题。第二章开始进行换热器的设计，根据给定的工艺条件进行了换热器的热力计算和部分结构设计。由于换热器的设计计算复杂且设计影响因素多，且所用计算公式多为经验公式，所以结合软件Aspen Exchanger Design and Rating对换热器的热力设计进行了校核，以期与实际工程情况更为接近。校核的过程在本文的第三章中有详细叙述。在校核完毕之后对换热器的结构设计上不合理的地方进行了微调并做了一些细节上的补充说明。这是本文第四章的内容。
本次设计设计了一台40T/H的甲醇冷却器。采用⟨1−2⟩型管壳式换热器的形式，甲醇的进口温度为70℃，出口温度为50℃；冷却水的进口温度为30℃，出口温度为45℃。共有Φ19×2的无缝钢管236根，长度为4.5m。换热器的热负荷为634kW，传热面积为63.4m2，内径为450mm。
关键词：换热器 管壳式换热器 甲醇 冷却器
Design of 40T/h methanol cooler
Abstract
Nowadays the energy and environment issue have become a big challenge. Heat exchanger is an important energy-saving equipment and has a higher status. A heat exchanger transfers heat from a high-temperature fluid to a low-temperature fluid. The temperature of the fluid reaches the corresponding control range by this way. With the continuous progress of industrial technology and economy, various industrial departments put forward more and more professional requirements on the structure and types of heat exchangers. As a result, the types and forms of equipment are changing more than ever before.
The main purpose of this design is to design a shell cooler. The first chapter of this paper first introduces the development, briefly describes the heat exchanger design process and the design process may appear some problems. In the second chapter, the design of the heat exchanger is carried out. A software called Aspen Exchanger Design is used to check the result. Chapter 3 describes the validation process in detail. After that, the unreasonable parts of the structure design of the heat exchanger were fine-tuned and some details were added. This part is the fourth chapter of this paper.
A 40T/H methanol cooler is designed in this paper. Methanol inlet temperature of 70℃, the outlet temperature of 50℃. Cooling water inlet temperature 30℃, the outlet temperature of 45℃. There are 236 seamless steel tubes with a length of 4.5m. The heat load of the heat exchanger is 634kW, the heat transfer area is 63.4m2, and the inner diameter is 450mm.
Key Words: Heat exchanger; Shell and tube heat exchanger; Methanol; Cooler
目 录
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
符号表Ⅵ
第一章 绪论1
1.1 节能减排的意义1
1.2 换热器1
1.2.1概述1
1.2.2 换热器发展概况1
1.2.3 对于强化换热的一些研究进展2
1.3 甲醇水冷器2
1.3.1概述2
1.3.2 甲醇水冷器的选型3
1.4 管壳式换热器的分类3
1.4.1 固定管板式换热器3
1.4.2 U形管式换热器4
1.4.3 浮头式换热器4
1.4.4 填料函式换热器5
1.5 甲醇水冷器的设计5
1.5.1 热力设计5
1.5.2 结构设计6
1.6 Aspen EDR软件介绍6
1.7 换热器设计中可能出现的问题7
1.7.1 钢管、钢板负偏差问题7
1.7.2 程数问题7
1.7.3 热处理问题7
1.7.4 U形管的管弯7
1.8 本文设计内容8
第二章 甲醇冷却器的热力计算及结构计算9
2.1 甲醇冷却器工艺参数9
2.2 甲醇冷却器管程壳程流体的选择9
2.3 流体的物性参数9
2.4 传热量以及平均温差的计算10
2.5 估算传热面积及传热面结构11
2.6 管程计算13
2.7 壳程结构及壳程计算13
2.8 需用传热面积的计算16
2.9 阻力计算17
第三章 EDR校核分析19
3.1 EDR设计模式19
3.1.1 应用选项的设置19
3.1.2 工艺数据19
3.1.3 物性数据20
3.1.4 几何参数21
3.2 校核模式21
3.3 换热器初步校核23
3.4 对设计结果进行调整与优化25
第四章 甲醇冷却器结构计算的补充说明27
4.1 壳体、管箱壳体以及封头的设计27
4.2 管板与换热管的补充说明27
4.3 壳体、法兰与管板及换热管的连接28
4.4 其他部件的选取28
第五章 设计结论与总结29
参考文献30
致谢33
符号表
符号 | 含义 | 单位 | ||
— | 甲醇的定性温度 | |||
— | 甲醇进口温度 | |||
— | 甲醇出口温度 | |||
— | 甲醇比热 | kJ/(kg℃) | ||
— | 甲醇密度 | kg/m3 | ||
— | 甲醇黏度 | kg/(ms) | ||
— | 甲醇导热系数 | W/(m∙℃) | ||
— | 甲醇的普朗特数 | - | ||
— | 水的定性温度 | |||
— | 水的进口温度 | |||
— | 水的出口温度 | |||
— | 水的比热 | |||
— | 水的密度 | |||
— | 水的黏度 | |||
— | 水的导热系数 | |||
— | 水的普朗特数 | - | ||
— | 热损失系数 | - | ||
— | 传热量 | |||
— | 冷却水量 | |||
— | 对数平均温差 | |||
— | 冷流体实际吸热量与最大可能吸热量的比 | - | ||
— | 冷流体与热流体的热容量之比 | - | ||
— | 修正系数 | - | ||
— | 初选换热系数 | |||
— | 估算传热面积 | |||
— | 管程所需的流通截面 | |||
— | 每程管数 | 根 | ||
— | 换热管的内直径 | mm | ||
— | 总换热管根数 | 根 | ||
— | 管程数 | 程 | ||
— | 管长 | m | ||
— | 换热管的外直径 | mm | ||
— | 平行于流向的管间距 | mm | ||
s | — | 换热管中心距 | mm | |
— | 分程隔板槽两旁相邻管的中心距 | mm | ||
— | 垂直于流向的管间距 | mm | ||
— | 换热器的总传热面积 | |||
— | 管束外缘直径 | m | ||
— | 最外层换热管至壳体内表面的最短距离 | mm | ||
— | 壳体内径 | m | ||
— | 管程接管直径 | mm | ||
— | 管程雷诺数 | - | ||
— | 管程换热系数 | |||
— | 折流板缺口高度 | m | ||
— | 折流板间距 | mm | ||
— | 折流板数目 | 块 | ||
— | 折流板缺口面积 | |||
— | 错流区内管束数量占总管数的百分比 | - | ||
— | 缺口处管子所占的面积 | |||
— | 流体在缺口处的流通面积 | |||
— | 流体在两折流板之间的错流流通截面积 | |||
— | 壳体流通截面积 | |||
— | 壳程接管直径 | m | ||
— | 每一缺口内的有效错流管排数 | 排 | ||
— | 旁流通道数 | 个 | ||
— | 错流面积中旁流的占比 | - | ||
— | 折流板上的管子与管孔之间的泄漏面积 | |||
— | 折流板最外缘同壳体内壁之间的泄漏面积 | |||
— | 壳程雷诺数 | - | ||
— | 折流板缺口校正因子 | - | ||
— | 理想管束传热因子 | - | ||
— | 折流板泄漏校正因子 | - | ||
— | 旁通校正因子 | - | ||
— | 壳程传热因子 | - | ||
— | 壳程质量流速 | |||
— | 52下甲醇的黏度 | |||
— | 壳侧换热系数 | |||
— | 水的污垢热阻 | |||
— | 甲醇的污垢热阻 | |||
— | 总传热系数 | |||
— | 传热面积 | |||
— | 壳侧壁温 | |||
— | 沿程阻力 | |||
— | 回弯阻力 | |||
— | 进出口连接管阻力 | |||
— | 总阻力 | |||
— | 理想管束错流段阻力 | |||
— | 理想管束缺口处阻力 | |||
— | 壳程总阻力 | |||
— | 理想管束摩擦系数 | - | ||
— | 旁路校正系数 | - | ||
— | 折流板泄漏校正系数 | - | ||
— | 折流板间距不同对阻力影响的校正系数 | - | ||
第一章 绪论
在人类社会享受科技，工业的爆炸式增长带来的红利时，能源问题和环境污染问题越来越成为人类社会面临的两大棘手的问题。如何高效的利用能源，并且实现绿色可持续发展逐渐成为一个突出的课题。
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