化工原理課程設計15萬噸苯冷卻器

化工原理課程設計課程名稱:化工原理課程設計設計題目:年產(chǎn)1.5萬噸苯冷卻器的工藝設計院系:化學與生物工程學院專業(yè)班級:姓名：學號：蘭州交通大學課程設計（論文）年產(chǎn)1.5萬噸苯冷卻器的工藝設計確定設計方案：本設計任務是利用列管式換熱器使冷流體（水）給苯降溫。選擇換熱器時，要遵循安全、高效、經(jīng)濟的原則。蘭州地區(qū)雖然臨近黃河，水資源豐富，但是黃河污染較為嚴重，而且泥沙含量大容易結垢，所以宜采用自來水，但易結垢。蘭州年歷史最高溫度在36左右，設冷卻水進口溫度25，冷卻水兩端溫度差取10.出口溫度為35。熱流體進口溫度80,出口溫度35。冬季操作時進口溫度會降低，該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，最大溫差為55，且考慮到冷卻水易結垢。故本次設計確定選用浮頭式換熱器。易析出結晶、沉淀、淤泥及其他沉淀物的流體，最好通入比較容易進行機械清洗的空間，而浮頭式換熱器的管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內管束可以在殼體內自由伸縮，不會產(chǎn)生較大熱效應力。對于浮頭式換熱器，一般易在管內空間進行清洗。所以選擇浮頭式換熱器較合適。確定流體的流動空間：考慮到苯為有毒液體，則苯走管程。冷卻水較硬易結垢，所以經(jīng)過處理形成去離子水后走殼程。由于管徑的大小影響管內流速的的大小和管內的壓強降，若選用φ25×2.5mm的管子會導致成本增加，因此選用管規(guī)格為φ19×2mm。又苯只對一些塑料有一定腐蝕性，對一些無機材質，如金屬，陶瓷等，基本沒有腐蝕性。故選擇碳鋼管。計算定性溫度，確定流體的物性參數(shù)：苯：進口溫度：80，出口溫度：35，定性溫度在此溫度下的參數(shù)：冷卻水：進口溫度：25，出口溫度：35，定性溫度：在此溫度下的參數(shù)：初步估算傳熱面積苯的流量及熱負荷：冷卻水的用量：平均傳熱溫差：按照完全逆流計算：有，得由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流量較大，故單殼程合適。故有圖5.溫度校正初算傳熱面積：設K=250，則估算傳熱面積為：考慮安全系數(shù)和初估性質,取傳熱面積裕度為15%：工藝結構和尺寸管徑和管內流速：選用碳鋼管(10)，取管內流速2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)：依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：按單程管計算，所需傳熱管長度為：按單程管設計，傳熱管太長，宜采用多管程結構。根據(jù)設計實際情況，宜采用標準型設計，現(xiàn)取傳熱管長l=3m，則換熱管程為：傳熱管總根數(shù)：3.傳熱管排列和分程方法：因為正三角形排列法易于傳熱故采用正三角形排列，取管心距，則，橫過管束中心線的管數(shù)4.殼體直徑：取管板利用率為，則殼體內徑為：，圓整為400mm。5.折流板：采用弓形折流板，取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B=0.3D=120，圓整后取B=150mm。則折流板數(shù)塊。折流板圓缺面水平裝配。6.接管：殼程流體進出口接管：取接管內流速，則接管內徑為圓整后，可取管內徑為40mm。管程流體進出口接管：取管內流速為0.9，則接管內徑為圓整后，可取管內徑為30mm。核算傳熱面積核算：管程傳熱膜系數(shù)：管程流體流通截面積：管程流體流速及雷諾準數(shù)分別為：殼程傳熱膜系數(shù)：管子按正三角形排列，傳熱當量直徑為：殼程流通截面積：殼程流體流速及雷諾準數(shù)分別為：黏度校正污垢熱阻和管壁熱阻：查表得數(shù)據(jù)如下：水：苯：碳鋼導熱率：管壁厚度：b=0.002m總傳熱系數(shù)核算：傳熱面積核算：換熱器實際面積：換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。換熱器流體阻力損失：管程阻力：式中：由，傳熱管相對粗糙度為0.005，查莫狄圖得，流速得：管程流體阻力在允許范圍之內。圖6.莫狄圖殼程阻力：其中，，流體經(jīng)管束的阻力：其中，F(xiàn)=0.5，則：流體經(jīng)過折流板缺口的阻力：其中，B=0.15m，D=0.4m，有，故，總阻力:殼程流體阻力在允許范圍內。因此，換熱器滿足阻力要求。管長與管徑比：，滿足要求。附屬結構的選型本換熱器附屬結構有封頭、管箱、分程隔板、緩沖板、拉桿和定距管、人孔或手孔、法蘭、補強圈等。具體附屬設備的選型參照《熱器器設計手冊》P136-P190。換熱器主要工藝結構尺寸和計算結果一覽表參數(shù)管程殼程操作條件物料名稱苯水流量（㎏/h）1893.63664.8操作溫度（℃）57.530操作壓力（MPa）0.10.1物性參數(shù)定性溫度（℃）57.530密度（㎏/m3）839.5995.7定壓比熱（kJ/㎏·℃）1.864.174粘度（mPa·s）400.801導熱系數(shù)（w/m·℃）0.13550.618主要工藝性能參數(shù)流速（m/s）0.50.045對流傳熱系數(shù)（w/m2·℃）799675.4污垢熱阻（m2·℃/w）1.7197×10-43.44×10-4阻力損失（MPa）9.8040.16045熱負荷（w）44062.2傳熱總系數(shù)（w/m2·℃）261.1傳熱平均溫差（℃）19.31傳熱面積（㎡）10.45設計裕度（%）15.98設備結構參數(shù)換熱器的型式浮頭式材質碳鋼碳鋼程數(shù)81換熱管規(guī)格（mm）直徑（mm）400長度（m）3折流擋板型式弓型數(shù)目（個）64數(shù)目19排列方式正三角形排列間距（mm）150管心距（mm）32符號說明英文字母：——熱流體質量流量，；——冷流體質量流量，；——體積流量，；——熱流體定壓比熱容，；——冷流體定壓比熱容，；——熱流體進出口溫差，；——冷流體進出口溫差，；——高溫端溫差，；——低溫端溫差，；——熱負荷，；——熱損失；——對數(shù)平均傳熱溫差，；——平均傳熱溫差，；P、R——因數(shù)；——溫度校正系數(shù)；K——總傳熱系數(shù)，；——估算傳熱面積，；——傳熱面積，；——管徑，mm；——管內徑，mm；——管外徑，mm；——管內流速，；——單程傳熱管數(shù)；L——單程管長，m；l——傳熱管長，m；——圓周率；——管程數(shù)；——傳熱管總根數(shù)；t——管心距，mm；——橫過管束中心線的管數(shù)；——管板利用率；D——殼體內徑，mm；——殼程接管內徑，mm；——管程接管內徑，mm；h——圓缺高度，mm；B——折流板間，mm；——折流板數(shù)目；——管程對流傳熱系數(shù)，；——殼程對流傳熱系數(shù)，；——管程流通截面積，；——殼程流通截面積，；Re——雷諾準數(shù)；Pr——普朗特準數(shù)；——導熱系數(shù)，——粘度，；——當量直徑，m；——污垢熱阻，；b——管壁厚度，m；Sp——估計傳熱面積，；Sc——實際傳熱面積，；H——面積裕度；——壓差，Pa；——串聯(lián)的殼程數(shù)；——結構校正系數(shù)；——密度，；——