1、西安文理學院化工化工原理課程設計 甲苯冷卻器的設計 系 院 名 稱 化學工程學院 學 生 姓 名 張 偉 學 生 學 號 0903140243 專 業 班 級 14級能源1班 指 導 老 師 張 杏 梅 提 交 時 間 2016 .11.7目 錄1 設計任務書31.1 設計目的31.2 設計任務33.3 設計內容方案32 工藝計算及主要設備設計42.1 估算傳熱面積42.1.1 基本物性數據查取42.1.2 熱負荷計算42.1.3 確定流體流徑52.1.4 計算平均溫度差52.1.5 選取K值，估計傳熱面積52.2 工藝結構尺寸52.3 初選換熱器型號62.4 換熱器核算 72.4.1 熱流量

2、核算82.4.2 壁溫核算92.4.3 換熱器內流體流動阻力103 設計結果113.1 換熱器的結構尺寸及計算結果12主要符號說明13參考文獻13 姓名：張偉（地址：西安文理學院化學工程學院，西安郵編：7160065）1 設計任務書1.1 設計目的 在工廠實際生產中，由于甲苯產品的溫度較高，需要設計裝置來進行冷卻。通過對甲苯產品冷卻的管殼式換熱器設計，了解換熱器的種類，結構特點等，并且能夠根據工藝要求選擇適當的類型，同時還能根據傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。最后根據算結果繪制設備主體圖和部件圖，掌握一些基本繪圖知識。1.2 設計任務 設計任務：1

3、、處理能力：5 萬噸甲苯/年 2、設備型式：列管式換熱器 操作條件： 1、甲苯：入口溫度90，出口溫度40。 2、冷卻介質：自來水，入口溫度25， 出口溫度35。 3、允許壓強降不大于90kPa。 4、每年按300天，每天24 小時連續運行。設計要求： 1、完成換熱器工藝設計，結構設計；2、繪制設備條件圖； 3、編制設計說明書。1.3 設計內容方案 1、選擇設計方案：根據設計任務書的條件和要求，通過對現有生產的調查或現有的資料的分析對比，選擇合理的流程方案和設備類型，初步確定主要設備的型式，并進行計算。 2、主要設備的選型和計算：包括參數的選定、物料衡算、熱量衡算、設備的工藝尺寸及結構設計。

4、3、主體設備結構簡圖：包括主體圖（工藝尺寸、技術特性等）以及部分部件圖 4、編寫設計說明書：包括標題頁；摘要；目錄；前言；任務書工藝計算及主要設備計算設計結果主要符號說明參考書目2 工藝計算及主要設備設計2.1 估算傳熱面積 2.1.1 基本物性數據查取 甲苯的定性溫度=60 水的定性溫度 =根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據表2.1 甲苯、冷卻水的物性參數甲苯在65下的有關物性數據循環冷卻水在30下的物性數據密度定壓比熱容導熱系數粘度h=873 kg/m3Cph=1.57kJ/(kg·)h=0.1273W/(m·)h=0.000454Pa·s密度

5、定壓比熱容導熱系數粘度c=995.7 kg/m3Cpc=4.174kJ/(kg·)c=0.6176W/(m·)c=0.000801Pa·s2.1.2 熱負荷計算甲苯質量流量 忽略熱損失，冷卻水耗量2.1.3 確定流體的流徑 該設計任務的熱流體為甲苯，冷卻水為自來水，為使甲苯通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷去效果，令甲苯走殼程，水走管程。2.1.4 計算平均溫度差 暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時平均溫度差 甲苯 冷卻水 15 2.1.5 選K值，估計傳熱面積 參照表格，取，則 2.2 工藝結構尺寸 由于兩流體溫度差，可選用固定管板式換熱器。 1、管徑和管內流速 選

6、用 25×2.5mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼10)，取管內流速u0= 0.4m/s。 2、管程數和傳熱管數 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 根據本設計實際情況，現取傳熱管長L=4.5m，則該換熱器的管程數為=1,每 層管數為30根。 由上式計算可知，平均傳熱溫差校正系數大于0.8，同時殼程流體流量較大， 故取單殼程合適。3、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=1.25d0，則t=1.25×25=31.25(mm) 取整t=32(mm)。 隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22（mm

7、）。 各程相鄰的管間距為32mm。4、殼體內徑 采用多管程結構，殼體內徑可按下列公式計算。 , 管子按正三角形排列 則殼體內徑為 按卷制殼體的進級檔，可取D=200mm。5、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 折流板間距 ,則 折流板數 6、其他附件 本換熱器傳熱管外徑為25mm故其拉桿直徑為10，拉桿數為4個。殼程入口處， 應設置防沖擋板。7、接管 殼程流體進出口接管： 取接管內甲苯流速為u10.4m/s，則接管內徑為： 圓整后可取管內徑為70mm。 管程流體進出口接管： 取接管內循環水流速 u0.7 m/s，則接管內徑為 圓整后可取管內徑為9

8、0mm。2.3 初選換熱器型號 根據計算結果及固定管板式換熱器的系列標準，初選換熱器型號為 G400II-1.6-31.7。主要參數如下： 外殼直徑 213mm 公稱壓力 2.5MPa 管子尺 管子數n 30 管長L 4500mm 管中心距 32mm 管程數Np 1 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 0.0119m2 采用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數為： 2.4 換熱器核算2.4.1 熱流量核算 a 殼程表面傳熱系數，用克恩法計算 當量直徑，由正三角排列得： 殼程流通截面積： 殼程流體流速及其雷諾數分別為：普朗特數：粘度校正： b 管內表面傳熱系數：管程流體流通截面積：管程流體

9、流速及其雷諾數分別為： 普朗特數： c 污垢熱阻和管壁熱阻 查有關文獻知可取：管外側污垢熱阻 R0=0.000172 m2·/W管內側污垢熱阻 Ri=0.000170m2·/W管壁熱阻可忽略 d 總傳熱系數K 故所選擇的換熱器是合格的，安全系數為2.4.2 壁溫核算 液體的平均溫度和分別 傳熱管平均壁溫 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即=65 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為： t=65-33.3=31.7 該溫差較小，無需溫度補償裝置。由于殼程換熱器流體壓力較小，因此，選用 固定管板式換熱器較適宜。2.4.3 換熱器內流體的流動阻力a 管程流體阻力 ，其中 由Re=30

10、194，傳熱管相對粗糙度0.2/0.02=0.01，查莫狄圖得=0.04， 流速ui=1.2145m/s b 殼程阻力 則 則 ，其中, 則 計算結果表明，管程和殼程的壓力降均能滿足設計條件。4 設計結果4.1 換熱器的結構尺寸及計算結果 換熱器主要結構尺寸和計算結果見下表表4.1參數管 程殼 程流率/（kg/s）23.8017.54進/出溫度/25/3590/40壓力/ kPa9090物性定性溫度/3065.5密度/（kg/m3）995.7809比熱容/（kJ/（kg·K）4.1741.890粘度/（Pa·s）0.0008010.000355熱導率/w/（m·K

11、）0.61760.145普朗特數5.414.63設備結構參數形式固定管板式臺數1殼體內徑/mm213殼程數1管徑/mm25×2.5管心距/mm32管長/mm4500管子排列管數目/根30折流板數/個29傳熱面積/m214.14折流板間距/mm100管程數1材質碳鋼主要計算結果管程殼程流速/（m/s）1.620.82表面傳熱系數/w/（m2·K）67411353污垢阻力/（w/m2·K）0.0001700.000172阻力/Pa8780220456熱流量/kW995傳熱溫差/K48.29傳熱系數/w/（m2·K）764主要符號說明：P壓力，Pa ；Q傳熱速

12、率，W；R熱阻，m2·K/W；Re雷諾準數；S傳熱面積，m2；t冷流體溫度，；T熱流體溫度，；u流速，m/s；質量流速，kg/h；表面傳熱系數W/(m2·K)；有限差值；導熱系數，W/(m·K)；粘度，Pa·s；密度，kg/m3；校正系數R轉速，n/(r/min)H揚程，mtm平均傳熱溫差，A實際傳熱面積，m2Pr普郎特系數NB板數，塊K總傳熱系數，W/(m2·K)體積流量Nt管數，根Np管程數l管長，mKC傳熱系數，W/(m·K) 參考書目1 伍越寰,沈曉明.有機化學M.中國科學技術大學出版社. 2 柴誠敬,張國亮.化工原理M（第二

13、版）上、下冊. 高等教育出版社. 3 陳聲宗. 化工設計M（第二版）化學工業出版社. 4 陳敏恒,叢德茲.化工原理M（第三版）上、下冊.化學工藝出版社. 5 高俊亭,畢萬全.工程制圖M （第三版）高等教育出版.謝辭通過這次設計對我們獨自解決問題的能力也有所提高。在整個過程中，我查閱了相關書籍及文獻，取其相關知識要點應用到課設中，而且其中有很多相關設備選取標準可以直接選取，這樣設計出來的設備更加符合要求。這次課設的書寫中對格式的要求也很嚴格，在老師的指導下我們按照畢業設計的格式要求完成課設。這就為我們做畢業設計打下了基礎。     在此感謝我們的張杏梅老