本科毕业设计论文化工原理课程设计苯加热器设计Word文档下载推荐.docx

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1、确定设计方案·

2、确定物性数据·

3、计算总传热系数·

4、工艺结构尺寸·

6

5、换热器核算·

7

3、设计结果一览表·

10

4、设计总结·

12

5、参考文献·

13

附图·

一、方案简介

1、概述

换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，估换热器的类型也是多种多样。

按用途特可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：

混合式、蓄热式、间壁式。

间壁式换热器的特点是冷、热流体被固定壁面间隔开，不想混合，通过间壁进行热量的交换。

此类换热器中，以列管式应用最广。

本设计任务是利用饱和水蒸气给纯苯加热。

利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。

2、换热器类型

列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，主要分三大类：

固定管板式、浮头式、U型管式。

（1）固定管板式换热器结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。

（2）浮头式换热器结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。

（3）U型管式换热器结构简单，适用于高温和高压场合，但管内清洗不易，制造困难。

二、方案设计

某厂在生产过程中，需将纯苯液体从55℃冷却到80℃。

加热介质采用的三具有200kPa的水蒸气,要求纯苯液体在换热器中的压降不大于30kPa。

试设计或选择合适管壳式换热器。

1．确定设计方案

（1）选择换热器的类型

两流体温度变化情况：

冷流体进口温度55℃，出口温度80℃。

热流体为饱和水蒸气，温度恒为Ts，查表得，200kPa的饱和水蒸气的饱和温度为Ts=120℃

该换热器采用饱和水蒸气冷凝放热来加热冷流体，管壁与壳壁温差较大，流体压强不高，初步确定选用固定管板式换热器，考虑到管壁与壳壁温差较大情况，因此，换热器应安装膨胀节，进行热补偿。

（2）管程安排

从流体流经管程或壳程的选择标准来看，纯苯液体有毒，为减少向环境泄露的机会，苯宜走管程；

水蒸气较洁净，不会污染壳程，所以饱和蒸汽宜走壳程，以便及时排除冷凝液。

综上所述，纯苯液体走管程，饱和水蒸气走壳程。

2、确定物性数据

定性温度：

可取流体进口温度的平均值。

管程纯苯的定性温度为：

壳程流体的定性温度为：

Ts=120℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

（1）纯苯在67.5℃下的有关物性数据如下：

密度　　ρi=830kg/m3

定压比热容　cpi=1.86kJ/（kg·

℃）

热导率　　λi=0.135W/（m·

粘度　　μi=0.00037Pa·

s

（2）饱和水蒸气在120.2℃下的物性数据：

密度　　ρ0=1.127kg/m3

比汽化热　ｒ0=2.205×

106J/kg

热导率　　λ0=0.686W/（m·

粘度　　　　μ0=0.0000133Pa·

3．计算总传热系数

（1）热流量

QT=qm1cp1（t2-t1）=14000×

1860×

（80-55）/3600=668500kJ/h=1.808×

105W

（2）冷却水用量qm2=QT/ｒ0=1.808×

105×

3600/（2.505×

106）=259.880kg/h

（3）平均传热温差

（4）初算传热面积

由水蒸气冷凝有机物，有机物黏度为0.00037Pa·

s，查表4-7得

K值大致范围为500～1200（W/m2.K）

假设K=600W/m2.K，则估算的传热面积为

4、工艺结构尺寸

（1）管径和管内流速

选用ф19×

2mm较高级冷拔传热管（碳钢），因流体黏度<

1，最大流速为2,4m/s

，所以取管内流速ui=0.5m/s。

（2）管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数

按单管程计算，所需传热管长度为

L=S估／（3.14d0Ns）=5.828∕（3.14×

0.019×

53）=1.8m

现取传热管长度L=2m，则该换热器的管程数为

NP=1（管程）

（3）传热管排列和分程方法

采用正三角形排列

取管心距Pt=1.25d0=1.25×

19=23.75mm≈25mm

隔板中心到离其最近一排管中心距离Z=Pt÷

2+6=19mm

（4）壳体内径

取，按三角形排列，

壳体内径为

圆整可取D＝273mm

（5）折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为：

h＝0.25×

273＝68.25mm，故可取h＝70mm。

取折流板间距B＝0.5D

B＝0.5×

273＝136.5mm，可取B为150mm。

折流板数

NB=传热管长/折流板间距-1=2000/150-1=12.3，可取12块。

（6）接管

壳程流体进出口接管：

取接管内硝基苯流速为u＝1.5m/s，则接管内径为

圆整后可取管内径为60mm

管程流体进出口接管：

取接管内冷却水流速u＝2m/s，则接管内径为

圆整后可取管内径为80mm

5．换热器核算

（1）传热面积校核

①壳程传热膜系数

采用试差法估算值：

a．假设=10000W/（m2·

℃）,

tw=ts-△t=120.2-2.86=117.34℃

膜温t=（ts+tw）/2=（120.2+117.34）/2=118.8℃

水蒸气在118.8℃时，

密度　　ρ=944.1kg/m3

导热系数　　λ0=0.686W/（m·

黏度　　　　μ0=0.0002402Pa·

W/（m2·

估算值与计算值相差较大，需再次试差。

b．假设=15000W/（m2·

tw=ts-△t=120.2-1.91=118.3℃

膜温t=（ts+tw）/2=（120.2+118.3）/2=119.2℃

水蒸气在119.2℃时，

密度　　ρ=943.7kg/m3

黏度　　　　μ0=0.0002391Pa·

估算值与计算值相差在范围之内，符合要求。

所以壳程传热膜系数为14912W/（m2·

②管程传热膜系数

管程流通截面积

管程流体流速

普朗特数

③污垢热阻和管壁热阻

查附录19得：

管外侧污垢热阻

管内侧污垢热阻

管壁厚度b=0.002m

碳钢热导率为45W/（m·

④传热面积S

该换热器的实际传热面积S

该换热器的面积裕度为

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

（2）换热器内流体的压力降

①管程流动阻力

ΔPi=（ΔP1+ΔP2）FtNsNp

Ns=1,Np=1,管子为ф19×

2mm，所以Ft=1.5

查表得无缝钢管绝对粗糙度0.1～0.2mm，取ξ为0.1mm

ξ/d=0.1/19=0.0053

由Re与ξ/d查莫狄图得

λi＝0.031W/m·

℃，

管程压降在允许范围之内。

②壳程压力降

壳程流通截面积

壳程流体流速及其雷诺数分别为

流体流经管束的阻力

流体流过折流板缺口的阻力

壳程压力降也比较适宜。

三、设计结果一览表

换热器形式：

固定管板式

换热面积（m2）:

5.828

工艺参数

名称

管程

壳程

物料名称

纯苯

饱和水蒸气

操作压力，Pa

未知

进（出）口温度，℃

55/80

120.2

定性温度，℃

67.5

流量，kg/h

14000

259.880

流体密度，kg/m3

830

1.127

汽化热kJ/kg

—

2205

定压比热容，kJ/（kg·

1.86

热导率，W/（m·

0.135

0.686

黏度，Pa·

3.7×

10-4

1.33×

10-5

流速，m/s

0.501

3.559

0.036

雷诺数

16824

4524

传热量，kW

1808

传热温差，℃

51.7

总传热系数，W/m2·

K

647.45

裕度，%

1.17

传热系数，W/（m2·

956

14912

污垢系数，m2·

K/W

1.7197×

0.8598×

阻力降，Pa

1110.12

407.56

程数

1

推荐使用材料

碳钢

管子规格

Ф19×

2mm

管数53

管长m:

2

管间距，mm

25

排列方式

折流板型式

上下

间距，mm

150

切口高度25%

壳体内径，mm

273

保温层厚度，mm

表格1

四、设计总结

其实早在大二时，我就听说过化工原理课程设计，那时的我看见学长学姐们厚厚的计算过程及复杂的设计图，心中充满了恐惧，总是在想这么难的课程设计可怎么做啊。

而到现在，终于轮到我们来做课程设计时，我才发现只要知识学到手，加上耐心与恒心，虚心请教，没有什么事干不成的。

说起来很搞笑，一开始我们还以为两周的课