化工原理课程设计苯冷却器的设计.docx
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化工原理课程设计苯冷却器的设计
XXXX大学
化工原理课程设计
题目
姓名:
专业:
指导老师:
日期:
一、设计任务书
1设计题目
2、工艺要求及操作条件
3、设计要求
二、设计说明书
1确定设计方案
2、确定物性数据
3、计算总传热系数
4、计算出热面积
5、工艺结构尺寸的计算
6、换热器核算
三、设计课汇集
四、评价
五、参考文献
.设计任务
(一)设计题目:
苯冷却器的设计
(二)工艺要求及操作条件
1.处理能力:
6000kg/h
2.设备形式:
列管式换热器
3.操作条件
a.苯入口温度70C,出口温度30C。
b.冷却剂:
循环水,入口温度20E,出口温度30C。
c.允许压差:
不大于105Pa。
d.苯定性温度下的物性数据:
查阅化工原理附录。
(三)设计要求:
1.设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。
2.绘制列管式换热器的装配简图。
3.编写课程设计说明书。
苯的定性温度:
T=(7030)/2=50C
密度p0=876.5kg/m3
定压比热容Cp0=1.68kJ/kgC热导率X)=0.138W/mC
粘度[10=0.00044Pa-s
水的定性温度:
T=(2030)/2=25C
密度pi=996.95kg/m3
定压比热容Cpi=4.178kJ/kg°C
热导率入=0.61W/mC
粘度讪=0.000903Pa.s
(三)计算总传热系数
1.热流量
Q0二m0cp0.汀=60001.68(70-30)=4.032105kJ/h=112KW
2.平均传热温差
.:
tm=(△t1-△t2)/In(△t1/△t2)=(40-10)/In(40/10)=27.3C
式中:
=70-30=40C,匚12=30-20二10C
3.
Q0
w=
Cpi厶ti
冷却水用量
二竺竺=9650.6(kg/h)
4.17810
4.总传热系数管程传热系数
diuiR0.02X0.5X996.95
Re亠111040.4
片0.000903
入diUjR08Cpi'i04
ai=0.023丁(~^)0.8(亠)0.4
di片上i
XO.。
23器⑴T(6.。
2伏宀157.5W/(m2・C)
壳传热系数
假设壳程的传热系数>0二290W/(m2•C);
污垢热阻
2
Rsi=0.000344W/(m•C)
2—、
Rso=0.000172W/(m•C)管壁的导热系数=45W/(m2•C)
K-—
丛R吕如Rso丄aididi'dia。
0.0250.0250.00250.0251
0.0003440.000172-
157.50.0200.020450.0225290
=83W
(四)计算传热面积
考虑15%的裕度面积,S=1.15S'=1.1542.8=49.2(m)
(五)工艺结构尺寸
1.管径和管内流速
选用252.5传热管(碳钢),取管内流速—=0.5m/s
2.管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
按单程管计算,所需传热管长度为
按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构。
现取传热管长l=6(m,则该换热器管程数为
L125
Np=竺2(管程)
l6
传热管得总根数N=172=34(根)
3。
平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
40-30
P0.2
70-20
按单壳程双管程结构温差校正系数应查有关图表有图表可得到'.t=0.97
平均传热温差
氏m=f=0.9727.3=25.4「C)
4.传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内均安正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列取管心距t-1.25d0,贝U
t1.2525=31.2532(mm
横过管束中心线的管数
nc=1.19.34=7(根)
5.壳体内径
采用多管程结构,取管板利用率二0.7则壳体内径为
'N.
D=1.05t=1.153234/0.7=234.2250(mm)
丫n
6.折断板
25%则切去的圆缺
采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的
高度为h=0.25250=62.5(mm),故可取h=70(mm。
取折流板间距B=0.3D,则
B=0.3250=75(mm),可取B=100(mm。
折流板圆缺面水平装配。
7.接管
壳程流体进口接管:
取接管内油品流速为u=1.0m/s,则内管内径为
=0.049(m)
取标准管径为50mm。
管程流体进出口接管:
取管接管内循环水流速u=1.5m/s,则接管内径为
(m)。
d=”住000/(3600796.95)帖伯
3.141.5.
取标准管径为80mm。
(六)换热器核算
1.热量核算
(1)壳程对流传热系数对圆缺折流板,可采用克恩公式
“0.36斗宀匸严
OdeX
当量直径,有正三角形排列得
壳程流通截面积
So=BD(1-些)=0.150.45(1-°025)=0.01476(m)t0.032
壳程立体流速及其雷诺数分别为
%=6000/(3600」76.5)心29加
0.01476
Re。
」020°129876乞5139
0.00044
普兰特准数
35
Pr」68104410=5.36
0.138
粘度校正
卩014
p."
-…0.138
=0.3651395.36
0.02
管程对流传热系数
2
=478W/(m「C)
內0.80.4
:
i=0.36—RePr
di
管程流通截面积
S=0.7850.02234=0.0053
2
管程流体流速
“JI。
40©600眈.95)旳58
00.0053
‘0.020.58997
Re412807
9.0310*
普兰特准数
(m/s)
Pr=4.178109.0310=6.18
0.61
0.610804
:
i=0.02312807-6.18'=2807
.02
(3)传热系数K
K二
豈R佥眷R“寸
0.025
28070.02
0.000344
0.025.0.00250.025
0.020450.0225
0.000172
=312.4W/(mC)
(4)传热面积S
Q
om
112103
312.425.4
=14.1
Sp0L(N-nc)=3.140.025(6-0.06)(34-7)
=12.6(m2)
该换热器的面积裕度为
Sp-S14.4-12.6
Hp100%100%=11.9%
S12.6
传热面积裕度合适该换热器能够完成生产任务。
2.换热器内流体的流动阻力
'P=(P1:
P2)FtNsNp
Ns=1,Np=2,Ft=1.5
流速ui=0.58m/=997kg/m3,所以
p=0.038—
0.02
0.582997
2
=1912(Pa)
P2^3
9970.582
2
=503(Pa)
送P=(R+P2)x1.5><2=2415.0<10kPa管程流动阻力在允许范围之内。
(2)壳程阻力
、巾。
卩2方2
Ns=1,Ft=1
流体流经管束的阻力
卩1二Ff。
n/Nb1)竺
2
F=0.5
f。
=5128070.228=0.578
nc=7
Nb二59,u。
二0.129
2
.:
R=0.50.5787(591)876.5f129士85(Pa)
流体流过折流板缺口的阻力
2
.:
P2‘=Nb(3.5一空)
D2
B=0.15,D=0.45
.巴’=59(3.5一20.15)876.50.129=549.8(P)
2'0.452(Pa)
总阻力
':
巳=549.8885=14348(Pa)<10kPa
(3)换热器主要结构尺寸和计算结果见表
换热器型式:
固定官板式
管口表
化热面积(m):
符号
尺寸
用途
连接型式
工艺参数
a
名称
管程
壳程
lb
物料名称
c
操作压力,Mpa
d
操作温度,c
e
流量,kg/h
f
流体密度,kg/m3
流速,m/s
管子规格
材料:
碳钢
传热量,kW
管间距,mm
排列方式
正三角形「
程数
2
1
:
折流板型式:
间距
阻力降
切口高度
管数
总传热系数
管长
壳体内径
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- 化工 原理 课程设计 冷却器 设计