化工原理课程设计苯冷却器的设计.docx

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化工原理课程设计苯冷却器的设计

XXXX大学

化工原理课程设计

题目

姓名：

专业：

指导老师：

日期:

一、设计任务书

1设计题目

2、工艺要求及操作条件

3、设计要求

二、设计说明书

1确定设计方案

2、确定物性数据

3、计算总传热系数

4、计算出热面积

5、工艺结构尺寸的计算

6、换热器核算

三、设计课汇集

四、评价

五、参考文献

.设计任务

（一）设计题目：

苯冷却器的设计

（二）工艺要求及操作条件

1.处理能力：

6000kg/h

2.设备形式：

列管式换热器

3.操作条件

a.苯入口温度70C，出口温度30C。

b.冷却剂：

循环水，入口温度20E，出口温度30C。

c.允许压差：

不大于105Pa。

d.苯定性温度下的物性数据：

查阅化工原理附录。

（三）设计要求：

1.设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。

2.绘制列管式换热器的装配简图。

3.编写课程设计说明书。

苯的定性温度：

T=（7030）/2=50C

密度p0=876.5kg/m3

定压比热容Cp0=1.68kJ/kgC热导率X）=0.138W/mC

粘度[10=0.00044Pa-s

水的定性温度：

T=（2030）/2=25C

密度pi=996.95kg/m3

定压比热容Cpi=4.178kJ/kg°C

热导率入=0.61W/mC

粘度讪=0.000903Pa.s

（三）计算总传热系数

1.热流量

Q0二m0cp0.汀=60001.68（70-30）=4.032105kJ/h=112KW

2.平均传热温差

.：

tm=（△t1-△t2）/In（△t1/△t2）=（40-10）/In（40/10）=27.3C

式中：

=70-30=40C,匚12=30-20二10C

3.

Q0

w=

Cpi厶ti

冷却水用量

二竺竺=9650.6（kg/h）

4.17810

4.总传热系数管程传热系数

diuiR0.02X0.5X996.95

Re亠111040.4

片0.000903

入diUjR08Cpi'i04

ai=0.023丁（~^）0.8（亠）0.4

di片上i

XO.。

23器⑴T（6.。

2伏宀157.5W/（m2・C）

壳传热系数

假设壳程的传热系数>0二290W/（m2•C）；

污垢热阻

2

Rsi=0.000344W/（m•C）

2—、

Rso=0.000172W/（m•C）管壁的导热系数=45W/（m2•C）

K-—

丛R吕如Rso丄aididi'dia。

0.0250.0250.00250.0251

0.0003440.000172-

157.50.0200.020450.0225290

=83W

（四）计算传热面积

考虑15%的裕度面积，S=1.15S'=1.1542.8=49.2（m）

（五）工艺结构尺寸

1.管径和管内流速

选用252.5传热管（碳钢），取管内流速—=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

按单程管计算，所需传热管长度为

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

现取传热管长l=6（m,则该换热器管程数为

L125

Np=竺2（管程）

l6

传热管得总根数N=172=34（根）

3。

平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

40-30

P0.2

70-20

按单壳程双管程结构温差校正系数应查有关图表有图表可得到'.t=0.97

平均传热温差

氏m=f=0.9727.3=25.4「C）

4.传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均安正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列取管心距t-1.25d0，贝U

t1.2525=31.2532（mm

横过管束中心线的管数

nc=1.19.34=7（根）

5.壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率二0.7则壳体内径为

'N.

D=1.05t=1.153234/0.7=234.2250（mm）

丫n

6.折断板

25%则切去的圆缺

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的

高度为h=0.25250=62.5（mm）,故可取h=70（mm。

取折流板间距B=0.3D，则

B=0.3250=75（mm）,可取B=100（mm。

折流板圆缺面水平装配。

7.接管

壳程流体进口接管：

取接管内油品流速为u=1.0m/s,则内管内径为

=0.049（m）

取标准管径为50mm。

管程流体进出口接管：

取管接管内循环水流速u=1.5m/s,则接管内径为

（m）。

d=”住000/（3600796.95）帖伯

3.141.5.

取标准管径为80mm。

（六）换热器核算

1.热量核算

（1）壳程对流传热系数对圆缺折流板，可采用克恩公式

“0.36斗宀匸严

OdeX

当量直径，有正三角形排列得

壳程流通截面积

So=BD（1-些）=0.150.45（1-°025）=0.01476（m）t0.032

壳程立体流速及其雷诺数分别为

%=6000/（3600」76.5）心29加

0.01476

Re。

」020°129876乞5139

0.00044

普兰特准数

35

Pr」68104410=5.36

0.138

粘度校正

卩014

p."

-…0.138

=0.3651395.36

0.02

管程对流传热系数

2

=478W/（m「C）

內0.80.4

:

i=0.36—RePr

di

管程流通截面积

S=0.7850.02234=0.0053

2

管程流体流速

“JI。

40©600眈.95）旳58

00.0053

‘0.020.58997

Re412807

9.0310*

普兰特准数

（m/s）

Pr=4.178109.0310=6.18

0.61

0.610804

：

i=0.02312807-6.18'=2807

.02

（3）传热系数K

K二

豈R佥眷R“寸

0.025

28070.02

0.000344

0.025.0.00250.025

0.020450.0225

0.000172

=312.4W/（mC）

（4）传热面积S

Q

om

112103

312.425.4

=14.1

Sp0L（N-nc）=3.140.025（6-0.06）（34-7）

=12.6（m2）

该换热器的面积裕度为

Sp-S14.4-12.6

Hp100%100%=11.9%

S12.6

传热面积裕度合适该换热器能够完成生产任务。

2.换热器内流体的流动阻力

'P=（P1：

P2）FtNsNp

Ns=1,Np=2,Ft=1.5

流速ui=0.58m/=997kg/m3，所以

p=0.038—

0.02

0.582997

2

=1912（Pa）

P2^3

9970.582

2

=503（Pa）

送P=（R+P2）x1.5><2=2415.0<10kPa管程流动阻力在允许范围之内。

（2）壳程阻力

、巾。

卩2方2

Ns=1,Ft=1

流体流经管束的阻力

卩1二Ff。

n/Nb1）竺

2

F=0.5

f。

=5128070.228=0.578

nc=7

Nb二59,u。

二0.129

2

.：

R=0.50.5787（591）876.5f129士85（Pa）

流体流过折流板缺口的阻力

2

.：

P2‘=Nb（3.5一空）

D2

B=0.15,D=0.45

.巴’=59（3.5一20.15）876.50.129=549.8（P）

2'0.452（Pa）

总阻力

'：

巳=549.8885=14348（Pa）<10kPa

（3）换热器主要结构尺寸和计算结果见表

换热器型式：

固定官板式

管口表

化热面积（m）:

符号

尺寸

用途

连接型式

工艺参数

a

名称

管程

壳程

lb

物料名称

c

操作压力，Mpa

d

操作温度，c

e

流量，kg/h

f

流体密度,kg/m3

流速,m/s

管子规格

材料：

碳钢

传热量,kW

管间距，mm

排列方式

正三角形「

程数

2

1

:

折流板型式：

间距

阻力降

切口高度

管数

总传热系数

管长

壳体内径