化工原理课程设计--年产2万吨苯冷却器的工艺设计Word下载.doc
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（三） 计算定性温度，确定流体的物性参数：
（四） 初步估算传热面积 12
1. 苯的流量及热负荷：
13
2. 冷却水的用量：
3. 平均传热温差：
4. 初算传热面积：
（五） 工艺结构和尺寸 14
1. 管径和管内流速：
14
2. 管程数和传热管数：
3. 传热管排列和分程方法：
4. 壳体直径：
5. 折流板：
6. 接管：
15
（六） 核算 15
1. 传热面积核算：
1） 管程传热膜系数：
2） 壳程传热膜系数：
3） 污垢热阻和管壁热阻：
16
4） 总传热系数核算：
5） 传热面积核算：
2. 换热器流体阻力损失：
17
1） 管程阻力：
2） 壳程阻力：
3. 管长与管径比：
18
（七） 附属结构的选型 18
（八） 换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表 19
（九） 符号说明 19
（十） 参考文献 21
兰州交通大学课程设计（论文）
一、设计任务书
（一）设计题目
年产2万吨苯冷却器的工艺设计
（二）设计条件
1．生产能力2×
104吨每年粗苯
2．设备形式：
列管换热器
3．操作压力：
常压
4．苯的进出口温度：
进口80℃，出口35℃
5．换热器热损失为热流体热负荷的3.5％
6．每年按330天计，每天24小时连续生产
7．建厂地址：
兰州地区
8．要求管程和壳程的阻力都不大于104Pa
9．非标准系列列管式换热器的设计
（三）设计步骤及要求
1.确定设计方案
1）选择列管换热器的类型
2）选择冷却剂的类型和进出口温度
3）查阅介质的物性数据
4）选择冷热流体流动的空间及流速
5）选择列管换热器换热管的规格
6）换热管排列方式
7）换热管和管板的连接方式
8）选择列管换热器折流挡板的形式
9）材质的选择
2.初步估算换热器的传热面积S
3.结构尺寸的计算
1）确定管程数和换热管根数及管长
2）平均温差的校核
3）确定壳程数
4）确定折流挡板、隔板规格和数量
5）确定壳体和各管口的内径并圆整
4.校核
1）核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10℃，不大于20℃
2）核算管程和壳程的流体阻力损失
3）管长和管径之比为6—10
如果不符合上述要求重新进行以上计算
5.附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型
6.将计算结果列表（见下表）
（四）设计成果
1.设计说明书（A4纸）
1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录
2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印
2.换热器工艺条件图（2号图纸）（手绘）
（五）时间安排
1）第十九周——第二十二周
2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟
（六）设计考核
1）设计是否独立完成
2）设计说明书的编写是否规范
3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范
4）答辩
（七）参考资料
1.《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版社
2.《换热器设计手册》化学工业出版社
3.《化工原理》夏清天津科学技术出版社
换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表
参数
管程
壳程
操作条件
物料名称
流量（㎏/h）
操作温度（℃）
操作压力（MPa）
物性参数
定性温度（℃）
密度（㎏/m3）
定压比热（kJ/㎏·
℃）
粘度（mPa·
s）
导热系数（w/m·
主要工艺性能参数
流速（m/s）
对流传热系数（w/m2·
污垢热阻（m2·
℃/w）
阻力损失（MPa）
热负荷（w）
传热总系数（w/m2·
传热平均温差（℃）
传热面积（㎡）
设计裕度（%）
设备结构参数
换热器的型式
材质
程数
换热管
规格（mm）
直径（mm）
长度（m）
折流挡板
型式
数目（个）
数目
排列方式
间距（mm）
管心距（mm）
5
二、文件综述
1.换热器简介：
换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。
换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。
其中间壁式换热器应用最广。
它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。
其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。
列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;
板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。
图1.列管式换热器图2.浮头式换热器
图3.U型管式换热器
2.换热器的种类：
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
2.1.间壁式换热器的类型：
1）夹套式换热器：
这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；
但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。
为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。
当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。
为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。
夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
2）沉浸式蛇管换热器：
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；
其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。
为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。
3）喷淋式换热器：
这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。
喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。
另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。
4）套管式换热器：
套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成。
在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。
另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。
套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便（可根据需要增减管段数目）。
特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。
5）管壳式换热器：
管壳式（又称列管式）换热器是最典型的间壁式换热器。
管壳式换热器主要有壳体，管束，管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上，在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；
一种在管外流动，其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板，折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。
常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。
流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。
为提高管内流体的速度，可在两端封头内设置适当隔板，将全部管子平均分隔成若干组。
这样，流体可每次只通过部分管子而往返管束多次，称为多管程。
同样，为提高管外流速，可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。
在管壳式换热器内，由于管内外流体温度不同，壳体和管束的温度也不同。
如两者温差很大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上松脱。
因此，当管束和壳体温度差超过50℃时，应采取适当的温差补偿措施，消除或减小热应力。
2.2.混合式换热器：
混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。
它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：
1）冷却塔（或称冷水塔）：
在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。
例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。
2）气体洗涤塔（或称洗涤塔）：
在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。
但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。
空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。
喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。
但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：
所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。
但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用。
3）喷射式热交换器：
在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质，并—同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
4）混合式冷凝器：
这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。
2.3.蓄热式换热器：
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。
内装固体填充物，用以贮蓄热量。
一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。
换热分两个阶段进行。
第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。
第二阶段，冷气体
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