粗苯冷卻換熱器設(shè)計(jì)方案

1 粗苯冷卻換熱器 第一章 前 言 換熱器 ,也稱熱交換器 ,用以不同溫度流體間進(jìn)行換熱的設(shè)備 在石油，化工工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體，這些過程均可通過換熱設(shè)備來完成。 換熱器是化工、石油、動力、冶金、交通、國防等工業(yè)部門重要工藝設(shè)備之一。其正確的設(shè)備，性能的改善關(guān)系各部門有關(guān)工藝的合理性，經(jīng)濟(jì)性以及能源的有效利用與節(jié)約，對國民經(jīng)濟(jì)有十分重要的影響。換熱器的名稱由于其作用、特征及工業(yè)部門的習(xí)慣不同，而多種多樣。例如，以其作用命名的如蒸氣過熱器，是把 蒸氣加熱到一定的過熱狀態(tài)的換熱器，水冷卻塔，是用空氣冷卻熱水的換熱器等，以其結(jié)構(gòu)特征命名的如套管式換熱器，板翅式換熱器等；同時反映其結(jié)構(gòu)和作用的如管殼式油水換熱器，管式空氣預(yù)熱器等。進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)工藝要求選用適當(dāng)?shù)念愋?，同時計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。 列管式換熱器在工業(yè)上的應(yīng)用已有較長的歷史了。目前仍作為一種傳統(tǒng)的典型換熱器設(shè)備在各工業(yè)部門中被大量采用，并占據(jù)主要地區(qū)。由于列管式換熱器容易制造，可供選擇的材料范圍較廣，換熱表面清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，特別是能應(yīng)用在高溫、高壓下工作，所以它能在近代出現(xiàn)的各種新型、高效和緊湊換熱器的競相發(fā)展中，得以繼續(xù)存在。它在長期使用中得到不斷改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)已比較完善。目前國內(nèi)外在加速研究和發(fā)展各種新型換熱器的同時，仍在大量生產(chǎn)和使用列管式換熱器，并對其繼續(xù)進(jìn)行研究。因此可以預(yù)料，今后它仍將是各工業(yè)部門中重要的換熱設(shè)備，并且是高溫、高壓和大量換熱器的主要形式。 本設(shè)計(jì)是從列管式換熱器中選取一種的實(shí)現(xiàn)粗苯的冷卻 ,因此必須了解此換熱器的特點(diǎn) ,根據(jù)工藝需要及計(jì)算數(shù)據(jù)選用合適的類型 ,運(yùn)用傳熱的基礎(chǔ)原理 ,合理確定換熱器的管程 ,確定換熱 器的傳播面積 ,結(jié)構(gòu)尺寸及校核壓力降 ,而對于已有系列化標(biāo)準(zhǔn)的換熱器 ,則需通過必要計(jì)算來選用 . 在化工生產(chǎn)中所使用的換熱器種類和形式很多，但完善的換熱設(shè)備至少應(yīng)滿足 2 下列因素： 1、保證達(dá)到工藝所規(guī)定的換熱條件，要考慮到傳熱量、操作參數(shù)（如溫度、壓力和流量等）、流體的物理化學(xué)性質(zhì)（如密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和物態(tài)等）以及流體的腐蝕性等。 2、強(qiáng)度足夠及結(jié)構(gòu)可靠，對設(shè)備在機(jī)械強(qiáng)度和剛度上，需要從操作壓力及溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，有時還需考慮是否需要采用溫度差的補(bǔ)償裝置。 3、便于制造、安裝和檢修。 4、經(jīng)濟(jì)上合理。 本設(shè)計(jì)目的 是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)粗笨冷卻繁榮列管式換熱器，因此必須在了解粗笨物理及化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，充分考慮以上換熱器設(shè)計(jì)的影響因素，運(yùn)用傳熱的基礎(chǔ)原理，合理確定換熱器的管程、傳熱面積、結(jié)構(gòu)尺寸并對總傳熱系數(shù)、壓力降進(jìn)行校核，從而達(dá)到本課程設(shè)計(jì)的目的。 第二章 設(shè)計(jì)方案及工藝流程說明 計(jì)方案 : 采用循環(huán)水冷卻粗苯 ,將流量為 口溫度為 78粗苯通過換熱器管程同時將進(jìn)口溫度為 24的冷卻水通過管程 ,經(jīng)過熱交換之后 ,粗苯的出口為38 ,冷卻水的出口溫度為 34 被冷卻的流體，走殼程易于散熱，循環(huán)水易結(jié)垢走管程使換熱器易清洗。 換熱器示例圖 3 第三章 標(biāo)準(zhǔn)列管換熱器的選擇 算并初選擇換熱器規(guī)格 性參數(shù)的確定 純苯液體 進(jìn)口溫度： 8 出口溫度： 8 冷卻水 進(jìn)口溫度： 5 出口溫度： 4 (1) 確定定性溫度 Tm,h= 1223=78 382=58 tm,c= 1223=24 342=29 (2) 確定溫度差選擇換熱器 兩流體溫度差 t=Tm,h tm,c=589 50 不需補(bǔ)償 故選用固定管板式換熱器 . 表 3和水在定性溫度下物性數(shù)據(jù)一覽表 物性 流體 溫度 (T) 密度 3()kg m 黏度 ()s 比熱容11()pC kj 導(dǎo)熱系數(shù)()W 苯 循環(huán)水 59 29 0 0 熱負(fù)荷的計(jì)算 Q=. 1 2()h p hW c T T(3 4 = 4 351 4 . 5 1 0 8 3 9 . 8 5 1 . 8 2 1 0 ( 7 8 3 8 ) 3 . 4 2 1 03 6 0 0 2 4 3 0 0 W 若忽略換熱器的熱損失 ,由熱量恒算 Q=( 則 53. 2 13 . 4 2 1 0 0 . 9 89 8 % / 8 . 0 2 /( ) 4 . 1 7 5 1 0 1 0p c c cQ k g s k g sC t t 均溫差確定 7 8 3 83 4 2 44 4 1 4 1 2 2 1,1221( ) ( )t T 逆(3( 7 8 3 4 ) ( 3 8 2 4 ) 2 2 . 7 37 8 3 4 2 4 R=1221 (378 38 434 24 P=2111 (33 4 2 4 0 7 8 2 4 查“對數(shù)平均溫差校正系數(shù)t值 ”, 得t=采用單殼程 2 6 . 8 9 0 . 8 9 2 3 . 9 3 逆 選換熱器規(guī)格 5 參考“管殼式換熱器用作冷熱器 ” 時的 k 值范圍 -1 估 選 (35 23 . 5 9 1 0 3 5 . 7 24 2 0 2 3 . 9 3 mS = A 估 = 表 3選換熱器規(guī)格 換熱器的實(shí)際傳熱面積 n d ( (3= 21 6 4 3 . 1 4 0 . 0 1 9 ( 4 . 5 0 . 1 ) 4 3 . 0 5 m 算總傳熱系數(shù) 程對流傳熱系數(shù)i24 (3221 6 4 3 . 1 4 0 . 0 1 5 0 . 0 1 4 524 m /si c ci S (3殼徑 D 400流擋板間距 B 稱面積 心距 t 25程數(shù) 管數(shù) n 164 管長 L 子直徑 19 2(碳鋼鋼管 ) 管子排列方法 正三角形 6 8 . 4 2 / 9 9 5 . 9 5 0 . 5 8 3 1 /0 . 0 1 4 5 i i (3430 . 0 1 5 0 . 5 8 3 1 9 9 5 . 9 5 1 . 0 6 1 1 00 . 8 2 1 1 0 ,p i (3334 . 1 7 5 1 0 0 . 8 2 1 1 0 5 . 8 8 90 . 5 8 2 0 . 8 0 . 4,0 . 0 2 3 ( )ii e i r (30 . 8 0 . 30 . 5 8 20 . 0 2 3 1 0 6 1 0 5 . 8 8 9 3 0 1 0 . 4 3 / ( )0 . 0 1 5 w m k 程對流熱系數(shù)o 流體流通截面積為 : A0=1 (3= 90 1 )0 5=m ,341 4 . 5 1 0 0 . 1 9 4 2 /0 . 0 2 8 8 3 6 0 0 2 4 3 0 0 由正三角形排列 ,得 2234 ( )24 0 . 0 1 7 3 (330 . 0 1 7 3 0 . 1 9 4 2 8 3 9 . 8 5 7 3 2 8 . 8 60 . 3 8 5 1 0e o 7 331 . 8 2 1 0 0 . 3 8 5 1 0 5 . 0 7 70 . 1 3 8p o 10 . 5 5 3,0 . 3 6 ( ) ( )oo e o r o (310 . 5 5 30 . 1 3 80 . 3 6 ( 7 3 2 8 . 8 6 ) ( 5 . 0 7 7 ) 0 . 9 50 . 0 1 7 3 = 26 2 6 / .W m C 垢熱阻的確定 . 由據(jù)參考文獻(xiàn) 1 5( 0 . 8 6 2 . 6 ) 1 0取污垢熱阻 粗苯,10 /w 循環(huán)水 =10 /w 碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù) =51.1 oW m C 傳熱系數(shù)的計(jì)算 總傳熱系數(shù) 11o o oo s o s io m i i ib d d Rd d a d (3= 11 0 . 0 0 2 0 . 0 1 9 0 . 0 1 9 0 . 0 1 90 . 0 0 0 1 7 2 0 . 0 0 0 1 7 26 2 6 . 3 7 5 1 . 0 9 6 0 . 0 1 7 0 . 0 1 5 3 0 1 0 . 4 3 0 . 0 1 5 = . 5 23 . 5 9 1 0 3 6 . 7 6 84 0 8 . 0 1 8 2 3 . 9 3 需 8 則 4 3 . 0 5 3 6 . 7 6 8 1 7 . 13 6 . 7 6 8 o 算壓強(qiáng)降 程壓強(qiáng)降 12i t p P F N N (3當(dāng) 41 8 1 0取碳鋼鋼管壁粗糙度 = 0 31 查得 = 21 2 (3= 24 . 5 9 9 5 . 9 5 ( 0 . 5 8 3 1 )0 . 0 4 50 . 0 1 5 2=a 32 (3= 29 9 5 . 9 5 ( 0 . 5 8 3 1 )32=a 19 2管子 , ,所以 2 2 8 5 . 7 4 5 0 7 . 9 4 1 . 5 2 1 8 3 8 1 . 0 4 a 課程教學(xué)中重要教學(xué)環(huán)節(jié) ,它具有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性 ,是與理論聯(lián)系的橋梁 增加了對它的興趣 ,也提高了自身的動手動腦能力 ,為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì) ,打下了基礎(chǔ) . 通過一周的翻閱資料 ,查找公式 ,設(shè)計(jì)計(jì)算 ,使我對換熱器有了進(jìn)一步的了解 ,對傳熱的具體過程有了深刻的認(rèn)識 盡管過程是艱苦的，但前途是光明的。勤奮是成功的基礎(chǔ)，有了勤奮，我們最終是會成功的。另外 ,我對于換熱器的用途也有了更多 的認(rèn)識 . 同時在這次課程設(shè)計(jì)中每當(dāng)有疑問時我們都會相互討論 ,同學(xué)間的相互協(xié)作也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)環(huán)境的和諧融 洽 ,讓我從中明白團(tuán)結(jié)就是力量 . 最后對給我?guī)椭鷺O大的李老師和相關(guān)同學(xué)表示衷心的感謝。李老師對我的課程設(shè)計(jì)有了很大的幫助和指導(dǎo)，她不僅教會了我的理論知識，而且也教會了我的實(shí)踐 19 能力，使我明白了動手動腦的重要性。這是我做的第一份課程設(shè)計(jì)，我會格外的珍惜。此外，我還要感謝給我?guī)椭南嚓P(guān)同學(xué)，正是有了他們的幫助，我才得以順利的完成設(shè)計(jì)。由于時間有限，難免在設(shè)計(jì)中有些不妥之處，望老師見諒。 第六章 主要符號說明 序 號 符號 意義 單位 1 A 傳熱面積 2 h 折流擋板間距 m 3 b 厚度 m 4 液體的定壓比熱容 KJ/ 5 D 換熱器殼徑 m 6 d 管徑 m 7 量直徑 m 8 程流體的摩擦系數(shù) 9 f 校正系數(shù) 0 程壓降結(jié)垢校正系數(shù) 11 管程壓降結(jié)垢校正系數(shù) 12 k 傳熱系數(shù) W/ 13 L 管子長度 m 14 折流擋板數(shù)目 15 熱器殼程數(shù) 16 子總數(shù) 17 蘭特準(zhǔn)數(shù) 18 Q 熱流量 W 19 W 質(zhì)量流量 Kg/s 20 體積流量 m3/s 20 21 諾準(zhǔn)數(shù) 22 T 流體溫度 /管中心距 或 k/m 23 流體溫度 24 流體溫度 25 u 流