化工原理课程设计--年产2万吨苯冷却器的工艺设计Word下载.doc
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化工原理课程设计--年产2万吨苯冷却器的工艺设计Word下载.doc
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(三) 计算定性温度,确定流体的物性参数:
(四) 初步估算传热面积 12
1. 苯的流量及热负荷:
13
2. 冷却水的用量:
3. 平均传热温差:
4. 初算传热面积:
(五) 工艺结构和尺寸 14
1. 管径和管内流速:
14
2. 管程数和传热管数:
3. 传热管排列和分程方法:
4. 壳体直径:
5. 折流板:
6. 接管:
15
(六) 核算 15
1. 传热面积核算:
1) 管程传热膜系数:
2) 壳程传热膜系数:
3) 污垢热阻和管壁热阻:
16
4) 总传热系数核算:
5) 传热面积核算:
2. 换热器流体阻力损失:
17
1) 管程阻力:
2) 壳程阻力:
3. 管长与管径比:
18
(七) 附属结构的选型 18
(八) 换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表 19
(九) 符号说明 19
(十) 参考文献 21
兰州交通大学课程设计(论文)
一、设计任务书
(一)设计题目
年产2万吨苯冷却器的工艺设计
(二)设计条件
1.生产能力2×
104吨每年粗苯
2.设备形式:
列管换热器
3.操作压力:
常压
4.苯的进出口温度:
进口80℃,出口35℃
5.换热器热损失为热流体热负荷的3.5%
6.每年按330天计,每天24小时连续生产
7.建厂地址:
兰州地区
8.要求管程和壳程的阻力都不大于104Pa
9.非标准系列列管式换热器的设计
(三)设计步骤及要求
1.确定设计方案
1)选择列管换热器的类型
2)选择冷却剂的类型和进出口温度
3)查阅介质的物性数据
4)选择冷热流体流动的空间及流速
5)选择列管换热器换热管的规格
6)换热管排列方式
7)换热管和管板的连接方式
8)选择列管换热器折流挡板的形式
9)材质的选择
2.初步估算换热器的传热面积S
3.结构尺寸的计算
1)确定管程数和换热管根数及管长
2)平均温差的校核
3)确定壳程数
4)确定折流挡板、隔板规格和数量
5)确定壳体和各管口的内径并圆整
4.校核
1)核算换热器的传热面积,要求设计裕度不小于10℃,不大于20℃
2)核算管程和壳程的流体阻力损失
3)管长和管径之比为6—10
如果不符合上述要求重新进行以上计算
5.附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型
6.将计算结果列表(见下表)
(四)设计成果
1.设计说明书(A4纸)
1)内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录
2)格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印
2.换热器工艺条件图(2号图纸)(手绘)
(五)时间安排
1)第十九周——第二十二周
2)第二十二周的星期五(7月20日)下午两点本人亲自到指定地点交设计成果,最迟不得晚于星期五的十八点钟
(六)设计考核
1)设计是否独立完成
2)设计说明书的编写是否规范
3)工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范
4)答辩
(七)参考资料
1.《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版社
2.《换热器设计手册》化学工业出版社
3.《化工原理》夏清天津科学技术出版社
换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表
参数
管程
壳程
操作条件
物料名称
流量(㎏/h)
操作温度(℃)
操作压力(MPa)
物性参数
定性温度(℃)
密度(㎏/m3)
定压比热(kJ/㎏·
℃)
粘度(mPa·
s)
导热系数(w/m·
主要工艺性能参数
流速(m/s)
对流传热系数(w/m2·
污垢热阻(m2·
℃/w)
阻力损失(MPa)
热负荷(w)
传热总系数(w/m2·
传热平均温差(℃)
传热面积(㎡)
设计裕度(%)
设备结构参数
换热器的型式
材质
程数
换热管
规格(mm)
直径(mm)
长度(m)
折流挡板
型式
数目(个)
数目
排列方式
间距(mm)
管心距(mm)
5
二、文件综述
1.换热器简介:
换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备,换热器中至少有两种流体,温度较高则放出热量,反之则吸收热量。
换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。
其中间壁式换热器应用最广。
它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。
其中以管式(包括蛇管式、套管式、管壳式等)换热器应用最普遍。
列管式和板式,各有优点,列管式是一种传统的换热器,广泛应用于化工、石油、能源等设备;
板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。
图1.列管式换热器图2.浮头式换热器
图3.U型管式换热器
2.换热器的种类:
换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。
2.1.间壁式换热器的类型:
1)夹套式换热器:
这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;
但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高。
为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器。
当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数。
为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管。
夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
2)沉浸式蛇管换热器:
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;
其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小。
为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。
3)喷淋式换热器:
这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器。
喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多。
另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用。
因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。
4)套管式换热器:
套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成。
在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大。
另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。
套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。
特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
5)管壳式换热器:
管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器。
管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上,在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;
一种在管外流动,其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板,折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。
常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛。
流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。
为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。
这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。
同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。
在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。
如两者温差很大,换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。
因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。
2.2.混合式换热器:
混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的,这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情况良好,就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合,都可以采用混合式热交换器,例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。
它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
按照用途的不同,可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型:
1)冷却塔(或称冷水塔):
在这种设备中,用自然通风或机械通风的方法,将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用,以提高系统的经济效益。
例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等,经过水冷却塔降温之后再循环使用,这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。
2)气体洗涤塔(或称洗涤塔):
在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的,例如用液体吸收气体混合物中的某些组分,除净气体中的灰尘,气体的增湿或干燥等。
但其最广泛的用途是冷却气体,而冷却所用的液体以水居多。
空调工程中广泛使用的喷淋室,可以认为是它的一种特殊形式。
喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却,而且还可对其进行加热处理。
但是,它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点:
所以,目前在一般建筑中,喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。
但是,在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用。
3)喷射式热交换器:
在这种设备中,使压力较高的流体由喷管喷出,形成很高的速度,低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质,并—同进入扩散管,在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
4)混合式冷凝器:
这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。
2.3.蓄热式换热器:
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。
内装固体填充物,用以贮蓄热量。
一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。
换热分两个阶段进行。
第一阶段,热气体通过火格子,将热量传给火格子而贮蓄起来。
第二阶段,冷气体
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