焦炉煤气洗脱苯工段贫富油换热器的设计Word下载.docx

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脱苯塔下部的热贫油经由贫富油换热器，冷却器冷却至25—30℃后送洗苯塔循环利用。

1.2换热器的选型与评述

换热器是在生产中为了实现物料之间热量传递过程的一种设备。

换热器按传热面的形状与结构特点分为管壳式换热器，板式换热器，板翅式换热器和螺旋板式换热器。

后三者是较新型的换热器，具有设备紧凑，材料耗量少及传热效果好等优点，是现代换热器的发展方向。

但它们也具有不少缺点，板式换热器的处理量小，适应的操作压力也小，一般≤15kgf/cm2,最高为20kgf/cm2。

板翅式换热器的设备流道小，易堵，从而使压降升高，清洗困难，且要求介质对铝不腐蚀。

螺旋式换热器操作温度低，操作压力低，仅适用于P≤20am,T≤400℃的场合，且不易检修。

管壳式换热器目前在生产中应用广泛，主要优点是传热面积较大，传热效果好，且结构简单，操作弹性大。

管壳式换热器主要有以下几种型式：

固定管板式、U型管式、浮头式。

U型管式结构简单，质量轻，但清洗困难，管板利用率差；

浮头式结构复杂，造价高，介质有泄漏。

固定管板式换热器能克服以上缺点，尽管在消除温差应力方面没其他两种型式好，但可通过设置挠性元件——波形膨胀节减小温差应力。

本次设计采用管壳式换热器中的固定管板式换热器。

换热器种类多，但都应满足以下条件：

（1）保证达到工艺规定条件

（2）强度足够、结构可靠。

（3）制造、安装、检修方便。

（4）经济合理。

本次设计从材料、温度、压强、压降、介质、检修、传热等因素综合考虑，选用固定管板式换热器。

1.2.1换热器的应用

换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

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。

1.2.2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）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。

（3）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。

（4）板式换热器最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。

主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。

长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m。

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.。

（5）管壳式换热器管壳式（又称列管式）换热器是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,内部装有平行管束或者螺旋管，,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。

管子的型号不一，过程一般为直径16mm20mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。

进口换热器，直径最低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。

大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。

管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。

内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。

这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。

最大换热效率可以达到14000w/m，大大提高生产效率，节约成本。

（6）双管板换热器称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。

现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。

符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。

1.2.3管壳式换热器的类型及特点

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。

壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。

进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；

另一种在管外流动，称为壳程流体。

为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。

挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。

换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。

等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；

正方形排列，则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

流体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。

图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。

为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。

这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。

多管程与多壳程可配合应用。

由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。

如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。

因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。

根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

（1）固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。

当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

（2）浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;

且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。

浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

（3）U型管换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。

第2章换热器的工艺设计计算

2.1原始数据

2.1.1工艺条件

物料

温度（进口/出口）℃

操作压力（MPa）

流量（Kg/hr）

贫油

164.4/88.5

0.1

88827.6

富油

62/140

2.1.2物料组成

贫油:

组分

洗油

粗苯

%

99.877

0.123

富油：

98.31

1.69

2.1.3流体流径的选择

由于被冷却得流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果，且两流体流量相差不大，所以考虑，应使热贫油走壳程，富油走管程。

2.2介质物性数据

定性温度：

可取流体进出口温度的平均值

故壳程热贫油的定性温度为

℃

管程富油的定性温度为

根据定性温度，分别查取有关物性数据

由制冷水和贫油的定性温度确定其各组分的黏度：

贫油：

洗油（Pa·

s）

粗苯（Pa·

126.45℃

0.00065

0.00025

101℃

0.00068

0.00029

比热容的计算：

贫油

洗油（KJ/（Kg·

℃））

粗苯KJ/（Kg·

℃）

1.741

1.733

=1.741×

0.99877+1.733×

0.00123=1.74KJ/（Kg·

1.682

1.725

=1.682×

0.9831+1.725×

0.0169=1.68KJ/（Kg·

热导率的计算

洗油（W/（·

粗苯（W/（·

0.141

0.1204

=0.141×

0.99877+0.1204×

0.00123=0.14W/（·

洗油W/（·

粗苯W/（·

0.145

0.126

=0.145×

0.9831+0.126×

0.0169=0.145W/（m·

密度的计算

洗油Kg/

粗苯Kg/

51℃

1055

760