1、武漢長江工商學院化工原理課程設計甲苯換熱器設計系：環生系 班級：09402班姓名 ：岳彪學號 ：09040042完成時間：2011年11月30日課程設計任務書某廠用循環冷卻水甲苯從80冷卻到50C，甲苯年處理能力為18000ta，壓力為6.5MPa,循環冷卻水的入口溫度為25C，出口溫度為35C，要求冷凝器允許壓降不大于500000Pa,試設計一臺管殼式臥式換熱器完成該生產任務。每年按330天計算，每天按24小時連續運行。流體定性溫度C 密度m粘度mPas比熱容熱導率甲苯658660.4451.91kJK0.1273wm.k循環冷卻水30994.30.7424.174kJ(kgC0.624w(

2、m. C設計要求（1）換熱器工藝設計計算（2）換熱器工藝流程圖（3）換熱器設備結構圖（4）設計說明目錄一、標題頁32、 方案設計4三、 確定設計方案4四、 確定物性數據4五、 計算總傳熱系數4六、 計算傳熱面積5七、 工藝結構尺寸計算5八、 換熱器核算7九換熱器主要結構參數和設計結果一覽表10十、 對本設計的評價11十一、自設計使用該換熱器的工藝流程圖12十二、參考文獻12二、方案設計某廠在生產過程中，需將甲苯從80冷卻到50。甲苯年處理能力為18000ta。壓力為6.5Mpa，冷卻水入口溫度25，出口溫度35。要求冷凝器壓降不大于500KPa。試設計能完成上述任務的管殼式換熱器。三、確定設計

3、方案 （1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度80，出口溫度50冷流體。冷流體進口溫度25，出口溫度35。由于管壁與殼壁的溫差低于6070，而且考慮到制作簡單便宜，因此采用逆流，初步確定選用固定管板式換熱器。（2）流動空間及流速的確定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用252mm的碳鋼管，管內流速取ui=0.94m/。 四、確定物性數據 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 甲苯的定性溫度為：T=80+502=65冷卻水的定性溫度為： t=25+35) 2=30根

4、據定性溫度，由已知圖表數據提供可得： 甲苯在70下的有關物性數據如下： 密度 o=886kg/m3比熱容 cpo=1.91kJ/(kg)熱導率 o=0.1273 W/(m)粘度 o=0.000445Pas冷卻水在30下的物性數據： 密度 i=994.3kg/m3定壓比熱容 cpi=4.174kJ/(kg)熱導率 i=0.624 W/(m)粘度 i=0.000742 Pas五計算總傳熱系數 （1）熱流量由甲苯的年處理能力18000ta可知：甲苯的流量為1800000033024=2272.73h Qo=Lcp1t1=2272.731910(80-50)/3600 =36174.24kW(2) 冷

5、卻水用量 qm2= Qo/cp2t2=36174.24/191003600=6818.18kJ/h3）平均傳熱溫差Tm=80-355025 80-355025=34.03（4）初算傳熱面積 查表可得：假設K=600 W/m2 . oCA=Q（KTm=1.772m 取安全系數1.3，A=2.3 m5、工藝結構尺寸 （1）管徑和管內流速及管長 選用252mm傳熱管(碳鋼)，管長取2m，則需要管字數為N N=A（dl=2.33.140.0252=15根 為了便于鋪管，一般取管程的倍數，即N=16根（3）平均傳熱溫差校正及殼程數 平均傳熱溫差校正系數 按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關圖表。可

6、得平均傳熱溫差（4）傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，則 t=1.2519=25(mm)隔板中心到離其最近一排管中心距離按式，計算Z=t2+6=18.5mm各程相鄰管的管心距為37mm橫過管束中心線的管數（5）殼體內徑 采用多管程結構，取管板利用率0.7，則殼體內徑為 圓整可取D325mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25，則切去的圓缺高度為h0.2532581.25mm，故可取h82 mm。 取折流板間距B0.3D，則B0.332597.5mm，可取B為100。 折流板數 NB

7、=傳熱管長/折流板間距-1=2000/100-1=19(塊)折流板圓缺面水平裝配。 （7）接管 殼程流體進出口接管：取接管內硝基苯流速為 u1.0 m/s，則接管內徑為 圓整后可取管內徑為60mm 管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速 u2 m/s，則接管內徑為 圓整后可取管內徑為70mm6換熱器核算 （1）熱量核算 殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷諾數分別為 普蘭特準數p=6.449粘度校正 管程對流傳熱系數 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準數傳熱系數K傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積Sp該換熱器的面積裕度

8、為 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。 （2）換熱器內流體的壓力降 管程流動阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re18934，傳熱管相對粗糙度0.01/150.0067，查莫狄圖得i0.0028 W/m， 流速ui0.942m/s，994 .3kg/m3，所以 管程壓力降在允許范圍之內。殼程壓力降流體流經管束的阻力 流體流過折流板缺口的阻力 殼程壓力降也比較適宜。 三、設計結果一覽表換熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:10.3工藝參數名稱管程殼程物料名稱冷卻水硝基苯操作壓力，Pa未知未知操作溫度，30/40140/80流量，kg/h255

9、9010000流體密度，kg/m3994.31097.58流速，m/s0.9420.324傳熱量，kW296.7總傳熱系數，W/m2K509傳熱系數，W/（m2）4795936污垢系數，m2K/W0.0003440.000176阻力降，kPa8.37.64程數21推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規格192管數86管長mm:2000管間距，mm25排列方式正三角形折流板型式上下間距，mm100切口高度25%殼體內徑，mm325保溫層厚度，mm未知表格 1四、對設計的評述初次接觸化工原理課程設計，還荒謬地以為是像其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得

10、好難。有一段時間都在觀望。所以自己設計的時候只能是根據老師提供的模板，用新的數據代替舊的數據，其他的公式完全照抄，花了一天時間，終于把計算部分完成了。裕度15，在合理范圍內，但是，一看壓力降，徹底崩潰了，12多千帕，天啊，完全不合理。再細看模板和自己的設計的時候，發現了很多問題，我的設計根本是行不同，果真用這設計的話，也是謀財害命。所以我決定重新來過。這時離交作業還有三天，做出來的裕度居然一直都在50以上，重新分析計算的過程中也出現了幾次錯誤，由于急于求成，算出來后的結果偏離太多，檢查才發現部分數據出現了錯誤，而且老師給的模板里面也有一些錯誤，這樣照搬下去的一些公式就除了問題了，只好靜下來認真

11、地理解和消化原有的一些公式，這樣又一次重新算過。因此，有花了一天的時間在計算上。那么接下來就是畫圖了，由于學過機械制圖，以為畫圖比較簡單，5個小時左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設計出來的管數很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。最終，只好把管數安排成易于排列的數目，才解決了這個問題。其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學到了很多東西，比如word文檔公式的運用，比如如何使自己的設計更加合理，這就要求自己在設計前要詳細的考慮各種可能出現的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。我覺得，如何查找數據也很重要，假如自己查不到數據，接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數據是錯誤的，那設計出來的東西也是錯誤的，而且很可能導致嚴重的后果。六、參考文獻化工原理，王志魁 編，化學工業出版社，2006.化工設備設計，潘國呂，郭慶豐 編著，清華大學出版社，1996.化工物性算圖手冊，劉光啟等 編著，化學工業出版社，2002.生物工程專業課程設計，尹亮，黃儒強 編.石油化工基礎數據手冊 化學化工工具書等.七、主要符號說明硝基苯的定性溫度T冷卻水定性溫度t硝基苯