化工原理课程设计李俊燕09402甲苯冷却器的设计换热器的设计Word下载.docx

1、）0.624 W/（m二、设计要求1、标题页2、目录3、确定设计方案4、传热面积计算5、工艺结构尺寸计算6、换热器校核7、换热器主要结构参数和设计结果一览表8、换热器工艺条件图9、自设计使用该换热器的工艺流程图10、对本设计的评价11、参考文献摘要热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或

2、输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。1、 工艺流程草图及说明工艺流程草

3、图主要说明：由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图，甲苯经泵抽上来，经加热器加热后，再经管道从接管C进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，甲苯从80被冷却至60之后，由接管D流出；循环冷却水则从25变为35，由接管B流出。2、确定设计方案2.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：甲苯进口温度为80，出口温度60，冷流体进口温度25，出口温度35；冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2.2流程安排选用252.5的碳钢管（换热管标准

4、：GB8163）。3、确定物性数据3.1定性温度可取流体进口温度的平均值。管程流体的定性温度为：（）甲苯的定性温度为： （）根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。甲苯在82.5下的有关物性数据循环冷却水在12.5下的物性数据密度o=866kg/m3i=994.3 kg/m3定压比热容cpo=1.91 kJ/（kgcpi=4.174 kJ/（kg导热系数o=0.123W/（mi=0.58W/（m粘度o=0.000305 Pai=0.000123Pa4、估算传热面积4.1热流量Qo=m0cp0t0=38511.91（80-60） /3600=147000kJ/h=40.833（kW）

5、4.2平均传热温差4.3传热面积 假设K=338W/（m2K）,则估算面积为：AP=Q0/（Ktm）=408333.33 /（33838）=3.179（） 取安全系数为1.15A=3.1791.15=3.656（）4.4冷却水量（kg/s）5、工艺结构尺寸5.1 管径和管内流速2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢10），取管内流速ui= 0.5m/sL=3m5.2 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=2124（根）所以按双程设计即可， NT=24（根）5.3传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距Pt=1.25d0，则Pt=1

6、.2525=32（mm）隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22（mm）。5.4壳体内径采用单管程结构，则壳体内径为D=Pt（b -1）+2enc =1.1=5.39b=1.5=1.5*25=37.5mmD=32*（5.39-1）+2*1.5=242mm按卷制壳体的进级挡，圆整可取D=250mm。5.5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h0.25250=62.5（mm）折流板间距B=0.5D,则B=0.5250=125mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/125-1=23块）， 折流板圆缺面水平装配见

7、。5.6其他附件拉杆数量与直径按化工过程及设备课程设计书本图表3-9选取，本换热器传热管外径为25mm故其拉杆直径为16，拉杆数为4个。壳程入口处，应设置防冲挡板。5.7接管壳程流体进出口接管：取接管内甲苯流速为u0.5m/s，则接管内径为：D1=（m），圆整后可取管内径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u0.3 m/s，则接管内径为（m）=60mm。6. 换热器核算6.1热流量核算6.1.1壳程表面传热系数用克恩法计算：当量直径，由正三角排列得：de=（m）壳程流通截面积：=0.006836（m2）壳程流体流速及其雷诺数分别为：u0=（m/s）Re0=7044普朗特数：Pr

8、=；粘度校正：h0=564.6W/（K） 6.11管内表面传热系数hi管程流体流通截面积：Si=0.7850.02224/4=0.001884（管程流体流速及其雷诺数分别为：ui=0.522（m/s）Rei=13992hi=0.023=2823W/ （K）6.1.2污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取：管外侧污垢热阻 R0=0.000127 m2K/W管内侧污垢热阻 Ri=0.000344m2管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为50W/（mK）。故RW=45.3（K/W）6.1.3计算传热系数KC=354w/（m）相对偏差=（354-338）/354=4.5%6.1.4该换热器的面积

9、裕度H=100%=100%=13%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。6.2换热器内流体的流动阻力6.2.1管程流体阻力 计算公式如下：Pt=（Pi+Pr）NSNpFS其中NS=1, Np=4，FS=1.15; Pi=由Re=13992，传热摩擦系数0.008，=152.7（Pa）；Pr=39（Pa） Pt=（152.7+39）14=3716（Pa）500000Pa管程流体阻力在允许范围之内。6.2.2壳程阻力 PS=（P0+Pi）FSNS其中 FS=1.1 ；NS=1 ；P0= Ff0NTC（NB+1） ;F=0.5,f0=57044-0.228=0.66, NTC=1.1 NT0.

10、5=1.1240.5=5.4NB=23;u0（按流通面积S0=B（D- NTCd0）计算）=0.4m/s则流体流经管束的阻力：P0=0.50.665.4（23+1）866*0.12/21100（Pa） 流体流过折流板缺口的阻力Pi =NB（3.5-2B/D）其中B=0.15m; D=0.25m；Pi=23（3.5-20.0625/0.25）8660.092/2121（Pa），则总阻力： PS=1100+121=1221（Pa）50000 Pa。故壳程流体的阻力也适宜。7、设计结果设计一览表7.1换热器主要结构尺寸和计算结果见下表参数管 程壳 程流率/（kg/h） 38513848进/出温度/2

11、5/3580/60压力/ MPa0.1物性定压比热容/（kJ/（kgK）4.1741.91粘度/（Pas）0.0742热导率/w/（m0.12730.624普朗特数6.834.96设备结构参数形式浮头式台数1壳体内径/mm250壳程数2管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm3000管子排列管数目/根24折流板数/个23传热面积/m23.656折流板间距/mm125管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.51.0表面传热系数/w/（m22823564.6污垢阻力/（w/m20.0003440.00017阻力/Pa37611100热流量/kW1542传热温差/K38传热系数

12、/w/（m2354裕度/%137.2 管道设计与离心泵设计规格设备参数离心泵1离心泵2型号IS80-65-160IS-80-60-125转速r/min2900流量m3/h50扬程 m22.5效率 %7364轴功率kw5.972.87电机效率kw7.55.5必须汽蚀余量 m3.0质量（泵/底座）kg48/6644/468、设计评述 本次化工课程设计是对列管式换热器的设计，通过查阅有关文献资料、上网搜索资料以及反复计算核实，本列管式换热器的设计可以说基本完成了。下面就是对本次设计的一些评述。 本设计所需要的换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁

13、温之差较大，故本次设计确定选用浮头式换热器。易析出结晶、沉淀、淤泥及其他沉淀物的流体，最好通入比较容易进行机械清洗的空间，而浮头式换热器的管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生热效应力。对于浮头式换热器，一般易在管内空间进行清洗。所以选择浮头式换热器较合适。本设计选择了冷却水走管程，煤油走壳程的方案。由于本设计所要冷却的煤油的流量不是很大，故选择所需的换热器为单壳程、单管程，可以达到了设计的要求，且设计的列管式换热器所需的换热面积较合适，计算得的面积裕度也较合适，这样所损耗的热量相对来说不会很大。至于本设计能否用在实践中生产，或者生产的效率是否会很低，这些只

14、有在实践中才能具体的说明。通过本次设计，我学会了如何根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，及计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。了解到了工艺设计计算过程中要进行工艺参数的计算。通过设计不但巩固了对主体设备图的了解，还学习到了工艺流程图的制法。通过本次设计不但熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解，而且学会了更深入的利用图书馆及网上资源，对前面所学课程有了更深的了解。但由于本课程设计属我第一次设计，而且时间比较短，查阅的文献有限，本课程设计还有较多地方不够完善，不能够进行有效可靠的计算。9、主要符号说明P压力，Pa ; Q传热速率，W；R热阻，K/W； Re雷诺准数；S传热面积，； t冷流体温度，；T热流体温度，； u流速，m/s;质量流速，/h;表面传热系数W/（K）;有限差值；导热系数，W/（m粘度，Pas; 密度，/m3;校正系数。 r转速，n/（r/min）H扬程，m 必须汽蚀余量，mA实际传热面积， Pr普郎特系数NB板数，块 K总传热系数，W/（K） 体积流量 Nt管数，根Np管程数 l管长，mKC传热系数，W/（mK） tm平均传热温差，