甲苯换热器课程设计.docx

1、甲苯换热器课程设计武汉长江工商学院化工原理课程设计甲苯换热器设计系：环生系 班级：09402班* *学号 ：*完成时间：2011年11月30日课程设计任务书某厂用循环冷却水甲苯从80冷却到50C，甲苯年处理能力为18000ta，压力为6.5MPa,循环冷却水的入口温度为25C，出口温度为35C，要求冷凝器允许压降不大于500000Pa,试设计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每天按24小时连续运行。流体定性温度C 密度m粘度mPas比热容热导率甲苯658660.4451.91kJK0.1273wm.k循环冷却水30994.30.7424.174kJ(kgC0.624w(m

2、. C设计要求（1）换热器工艺设计计算（2）换热器工艺流程图（3）换热器设备结构图（4）设计说明一、标题页3二、方案设计4三、确定设计方案4四、确定物性数据4五、计算总传热系数4六、计算传热面积5七、工艺结构尺寸计算5八、换热器核算7九换热器主要结构参数和设计结果一览表10十、对本设计的评价11十一、自设计使用该换热器的工艺流程图12十二、参考文献12二、方案设计某厂在生产过程中，需将甲苯从80冷却到50。甲苯年处理能力为18000ta。压力为6.5Mpa，冷却水入口温度25，出口温度35。要求冷凝器压降不大于500KPa。试设计能完成上述任务的管壳式换热器。三、确定设计方案 （1）选择换热器

3、的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度80，出口温度50冷流体。冷流体进口温度25，出口温度35。由于管壁与壳壁的温差低于6070，而且考虑到制作简单便宜，因此采用逆流，初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用252mm的碳钢管，管内流速取ui=0.94m/。 四、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 甲苯的定性温度为：T=80+502=65冷却水的定性温度为： t=25+35) 2=30根据定性温度，由已知图表

4、数据提供可得： 甲苯在70下的有关物性数据如下： 密度 o=886kg/m3比热容 cpo=1.91kJ/(kg)热导率 o=0.1273 W/(m)粘度 o=0.000445Pas冷却水在30下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.174kJ/(kg)热导率 i=0.624 W/(m)粘度 i=0.000742 Pas五计算总传热系数 （1）热流量由甲苯的年处理能力18000ta可知：甲苯的流量为1800000033024=2272.73h Qo=Lcp1t1=2272.731910(80-50)/3600 =36174.24kW(2) 冷却水用量 qm2= Q

5、o/cp2t2=36174.24/191003600=6818.18kJ/h3）平均传热温差Tm=80-355025 80-355025=34.03（4）初算传热面积 查表可得：假设K=600 W/m2 . oCA=Q（KTm=1.772m 取安全系数1.3，A=2.3 m5、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用252mm传热管(碳钢)，管长取2m，则需要管字数为N N=A（dl=2.33.140.0252=15根 为了便于铺管，一般取管程的倍数，即N=16根（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差（4）传

6、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t=1.25 d0，则 t=1.2519=25(mm)隔板中心到离其最近一排管中心距离按式，计算Z=t2+6=18.5mm各程相邻管的管心距为37mm横过管束中心线的管数（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，则壳体内径为 圆整可取D325mm （6）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h0.2532581.25mm，故可取h82 mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.332597.5mm，可取B为100。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距

7、-1=2000/100-1=19(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u1.0 m/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 u2 m/s，则接管内径为 圆整后可取管内径为70mm6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数p=6.449粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，

8、该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re18934，传热管相对粗糙度0.01/150.0067，查莫狄图得i0.0028 W/m， 流速ui0.942m/s，994 .3kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降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）:10.3工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，30/40140/80流量，kg/h2559010000流体密度

9、，kg/m3994.31097.58流速，m/s0.9420.324传热量，kW296.7总传热系数，W/m2K509传热系数，W/（m2）4795936污垢系数，m2K/W0.0003440.000176阻力降，kPa8.37.64程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格192管数86管长mm:2000管间距，mm25排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度25%壳体内径，mm325保温层厚度，mm未知表格 1四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观

10、望。所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算部分完成了。裕度15，在合理范围内，但是，一看压力降，彻底崩溃了，12多千帕，天啊，完全不合理。再细看模板和自己的设计的时候，发现了很多问题，我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财害命。所以我决定重新来过。这时离交作业还有三天，做出来的裕度居然一直都在50以上，重新分析计算的过程中也出现了几次错误，由于急于求成，算出来后的结果偏离太多，检查才发现部分数据出现了错误，而且老师给的模板里面也有一些错误，这样照搬下去的一些公式就除了问题了，只好静下来认真地理解和消化原有的一些

11、公式，这样又一次重新算过。因此，有花了一天的时间在计算上。那么接下来就是画图了，由于学过机械制图，以为画图比较简单，5个小时左右可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。最终，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。其实，在整个过程中，虽然遇到了很多问题，也犯了不少错误，但是自己真的学到了很多东西，比如word文档公式的运用，比如如何使自己的设计更加合理，这就要求自己在设计前要详细的考虑各种可能出现的问题和解决办法，才能达到事半功倍的效果。我觉得，如何

12、查找数据也很重要，假如自己查不到数据，接下来的工作完全没办法做，假如查的数据是错误的，那设计出来的东西也是错误的，而且很可能导致严重的后果。六、参考文献化工原理，王志魁 编，化学工业出版社，2006.化工设备设计，潘国吕，郭庆丰 编著，清华大学出版社，1996.化工物性算图手册，刘光启等 编著，化学工业出版社，2002.生物工程专业课程设计，尹亮，黄儒强 编.石油化工基础数据手册 化学化工工具书等.七、主要符号说明硝基苯的定性温度T冷却水定性温度t硝基苯密度o冷却水密度i硝基苯定压比热容cpo冷却水定压比热容cpi硝基苯导热系数o冷却水导热系数i硝基苯粘度o冷却水粘度i热流量Wo冷却水流量热负荷Qo平均传热温差总传热系数管程雷诺数温差校正系数管程、壳程传热系数 初算初始传热面积传热管数初算实际传热面积S管程数壳体内径D横过中心线管数折流板间距B管心距t折流板数NB接管内径 管程压力降当量直径壳程压力降面积裕度H表格 2