化工原理課程設(shè)計--苯冷卻器的設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1、設(shè)計任務(wù)書 ...................................... ................4</p><p>　　1.1 設(shè)計題目........................ .

2、.......................... .4</p><p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)及操作件......................................... ....4</p><p>　　1.3 設(shè)備類型................................................... .4</p><p>　　1

3、.4 廠址...................................................... .. 4</p><p>　　1.5 設(shè)計內(nèi)容.....................................................4</p><p>　　2換熱器的設(shè)計和選型......................................

4、..........5</p><p>　　2.1換熱器的結(jié)構(gòu)型式............................................... 5</p><p>　　2.1.1固定管板式換熱器 ........................................... 5

5、 </p><p>　　2.1.2換熱管布置和排列間距......................................... 5</p><p>　　2.2換熱器設(shè)計的基本原則...........................................6</p><p>　　2.3流體流速的選擇.......................

6、.......................... 6</p><p>　　3、確定方案選擇................................................... .6</p><p>　　3.1選擇換熱器的類型.............................................. 6</p><p>　　3.

7、2基本物性數(shù)據(jù).................................................. 6</p><p>　　3.3熱負荷計算...................................................7</p><p>　　3.4對數(shù)平均溫度差.............................................

8、. .7</p><p>　　3.5選K值，估計傳熱面積...........................................8</p><p>　　4、概算換熱器尺寸................................................. 8</p><p>　　4.1外殼直徑的確定....................

9、............................9</p><p>　　4.2折流板.................................................. ..... 9</p><p>　　4.3折流板數(shù)................................................... ..9</p><p&g

10、t;　　5、換熱器校核................................................... .. 9</p><p>　　5.1傳熱系數(shù)K.................................................. ... 10</p><p>　　5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ............................

11、................10</p><p>　　5.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：............................................10</p><p>　　5.1.3污垢熱阻................................................... .11</p><p>　　5.1.4傳熱系數(shù)

12、..................................................11</p><p>　　5.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力......................................... 12</p><p>　　5.2.1管程流體阻力............................................ ...12<

13、;/p><p>　　5.2.2殼程阻力校核.................................................12</p><p>　　6、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果....................................13</p><p>　　7、總結(jié)..................................

14、................. ... .....14</p><p>　　8、Aspen Plus 模擬結(jié)果............................................. 24</p><p>　　9、參考文獻................................................... ....15</p><

15、p><b>　　概述</b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器,簡稱換熱器。在換熱器中至少要有兩種不同溫度的流體，一種流體溫度較高，放出熱量，另一種溫度較低，吸收熱量；</p><p>　　在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷

16、凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。 換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴展表面式換熱器（板翅式、管翅式等），如表1所示。 </p><p><b>　　表1</b></p><p>　　1、換熱器設(shè)計任務(wù)書 </p><p>　　

17、1.1 設(shè)計題目 </p><p><b>　　苯冷卻器的設(shè)計</b></p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)及操作條件</p><p>　　1) 苯入口溫度70℃，出口溫度38℃2)冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度15℃，出口溫度自定； </p><p>　　3)允許壓降不大于50KPa； 4) 每年實際生產(chǎn)時間：7

18、000小時/年，處理量：100000噸/年；</p><p><b>　　1.3 設(shè)備類型</b></p><p><b>　　管殼式換熱器</b></p><p><b>　　1.4廠址</b></p><p><b>　　臨沂地區(qū)</b></p&

19、gt;<p><b>　　1.5設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1）設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器的型式進行簡單論述。</p><p>　　2）換熱器的工藝計算和主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。</p><p>　　3）管程和殼程壓力降的核算。</p><p>　　4）設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計結(jié)果一覽表。<

20、/p><p>　　5）對本設(shè)計的評述及有關(guān)問題討論。</p><p>　　2、換熱器的設(shè)計和選型</p><p>　　2.1換熱器的結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　2.1.1固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50℃

21、且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。</p><p>　　帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這種補償方法適用于兩流體溫差小于50℃且殼方流體壓強不高于600Kpa的情況。</p><p>　　圖1固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.2換熱管布置和排列間距</p><p>　　常用的換熱管規(guī)格有ф19

22、×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、ф25×2.5 mm(碳鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。  （A） （B）（C）</p><p>　

23、　(D) (E)

24、 </p><p>　　圖 2 換熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列     （B）正方形錯列    (C) 三角形直列    （D）三角形錯列  （E）同心圓排列</p><p>　　2.2換熱器設(shè)計的基本原則

25、</p><p>　?、俨粷崈艉鸵捉Y(jié)垢的流體宜走管程，因為管程清洗比較方便。</p><p>　?、诟g性的流體宜走管程，以免管子和殼體同時被腐蝕，且管程便于檢修與更換。③壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。④被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對外的散熱作用，增強冷卻效果。⑤飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗。⑥有毒易污染的流體宜

26、走管程，以減少泄漏量⑦流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達到湍流，以提高傳熱系數(shù)。⑧若兩流體溫差較大，宜使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與α大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應(yīng)力。</p><p>　　2.3流體流速的選擇</p><p>　　表2 管殼式換熱器中最常用的流

27、速范圍</p><p>　　3、 確定方案選擇</p><p>　　3.1選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體苯進口溫度70℃ 出口溫度38℃；冷流體進口溫度15℃，出口溫度定25℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，選擇帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器,,循環(huán)水走管程,苯走殼程.</p><p><b>　　3.

28、2基本物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　苯的定性溫度 </p><p><b>　　水的定性溫度 </b></p><p>　　根據(jù)定性溫度，在相關(guān)物性數(shù)據(jù)表或圖中可查得相關(guān)的物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　苯在54C物性數(shù)據(jù)</b></p><p

29、>　　密度 ＝823.57kg/m3</p><p>　　定壓比熱容    ＝1.84kJ/kg℃ 熱導率     ＝0.33W/m℃ 粘度     ＝0.41mPa﹒s 水在20C的物性數(shù)據(jù)</p>

30、<p>　　密度         ＝998.2kg/m3  定壓比熱容    ＝4.183kJ/kg℃ 熱導率      ＝0.59W/ m℃ 粘度    &#

31、160;  ＝1.005 m Pa﹒s</p><p>　　表3 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下: </p><p><b>　　3.3熱負荷計算</b></p><p><b>　　傳熱量 KJ/h</b></p><p><b>　　冷卻水用量 <

32、/b></p><p>　　3.4對數(shù)平均溫度差</p><p><b>　　按逆流計算</b></p><p>　　苯 70→38</p><p>　　水 25←15</p><p>　　?t 45 23</p><p>　　圖3 單殼程

33、對數(shù)平均溫度差校正系數(shù)值</p><p>　　由RP值查圖得 ，因為〉0.8，選用單殼程可行,</p><p>　　3.5選K值，估計傳熱面積</p><p>　　查表初估計K值為470W/㎡ ?℃</p><p>　　由Q=KA△tm 得 </p><p>　　考慮15%的面積裕度，A=1.15×17

34、.05=19.61㎡</p><p><b>　　4、概算換熱器尺寸</b></p><p>　　由于兩流體的溫差大于50℃，所以選擇帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器</p><p>　　選擇?25×2.5的傳熱管，管長3m管內(nèi)流速取0.5m/s</p><p><b>　　管子根數(shù) </b>

35、;</p><p>　　管子的排列方式：正三角形排列</p><p>　　由化工原理課本查表得do=25mm時，換熱管中心距為32mm</p><p>　　4.1外殼直徑的確定</p><p>　　管外徑的確定 </p><p><b>　　D— 外殼直徑，m</b></p>

36、<p><b>　　t— 管中心距</b></p><p>　　— 位于管束中心線上的管束</p><p>　　b —管束中心線上最外層的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b=(1～1.5)do,m。</p><p><b>　　有下面公式估算；</b></p><p>　　管子按正三角形排列

37、 nc=1.1</p><p>　　圓整到標準值400mm</p><p><b>　　4.2折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%</p><p>　　折流板間距:1/5D<d<D,根據(jù)固定板間距系列標準選擇板間距為300mm.</p>

38、<p><b>　　4.3折流板數(shù)</b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配.</p><p><b>　　5換熱器校核</b></p><p><b>　　5.1傳熱系數(shù)K</b></p><p>　　5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p>&

39、lt;p><b>　　用克恩法計算得：</b></p><p><b>　　當量直徑：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　殼程流通截面積：</b></p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：</

40、p><p><b>　　普朗特數(shù)：</b></p><p><b>　　粘度校正：</b></p><p>　　5.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：</p><p><b>　　普朗特數(shù)：</b></p><p><b>　　5.1.3污垢熱阻</b

41、></p><p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻 </b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 </b></p><p><b>　　忽略管壁污垢熱阻</b></p><p>　　5.1.4傳熱系數(shù)： </p><p>　　所以所選的換熱器是

42、合適的。安全系數(shù)為</p><p>　　該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)</p><p>　　5.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p>　　5.2.1管程流體阻力</p><p><b>　　, ,</b></p><p>　　Re=9982>4000 流動類型為湍流</p>

43、<p>　　取管壁絕對粗糙度為0.1m</p><p>　　管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　5.2.2殼程阻力校核</p><p>　　取折流板間距z=0.3m</p><p><b>　　殼程流通面積</b></p><p><b>　　殼程流速</b

44、></p><p>　　6換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表：</p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　7 、 總結(jié)</b></p><p>　　在換熱器的設(shè)計過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： </p><p&

45、gt;　　(1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力；</p><p>　　(2)樹立了既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力；</p><p>　　(3)培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力；</p><p>

46、　　(4)學會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力。</p><p>　　從設(shè)計結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因為煤油的出</p><p>　　口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大.通過這個設(shè)計，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟投入，設(shè)計參

47、數(shù)的選擇十分重要.</p><p>　　8、Aspen Plus 模擬結(jié)果</p><p>　　這是用Aspen Plus中換熱器中用簡潔計算模擬結(jié)果，包括物料衡算和熱量衡算</p><p><b>　　9、參考文獻</b></p><p>　　[1] 馬江全,冷一欣編著.化工原理課程設(shè)計.天津：天津科學技術(shù)出版社，2

48、006.03.01</p><p>　　[2] 夏 清、陳常貴主編.化工原理（上冊）.天津：天津大學出版社，2005.01</p><p>　　[3] 王國勝主編.化工原理課程設(shè)計.大連理工大學出版社2005.2</p><p>　　[4]賈紹義等主編，《 化工原理課程設(shè)計》天津大學出版社（2003）</p><p>　　[5] 《化工原