换热器课程设计.doc

东南大学成贤学院课程设计报告 成绩东南大学成贤学院课 程 设 计 报 告题 目 冷却异丙苯换热器的设计 课 程 名 称 化工原理课程设计 专 业 制药工程 班 级 xx制药xx班 学 生 姓 名 xxx 学 号 xxxx 设 计 地 点 xxx 指 导 教 师 xxx 设计起止时间： 2018 年8月27日至 2018 年 9 月14日 目录课程设计任务书1一、 设计条件1二、设计说明书的内容11.前言32.设计方案简介52.1换热器的选择52.2流程的选择52.3物性数据53.工艺计算63.1试算及换热器选型63.1.1计算传热量63.1.3计算两流体的平均传热温度63.1.4计算P、R值73.1.5假设K值73.1.6估算面积83.1.7管径、管内流速83.1.8单程管数93.1.9总管数93.1.10管子的排列93.1.11折流板93.2核算传热系数103.2.1管程传热系数103.2.2壳程传热系数103.2.3污垢热阻113.2.4总传热系数113.2.5计算传热面积113 .2.6实际传热面积113.3压降计算121.管程压降122.壳程压降123.4核算壁温123.5附件133.5.1接管133.5.2拉杆134.换热器结果一览总表145.附图155.1符号表含义及单位155.2管子排列方式185.3换热器装置图196.参考文献：197.设计结果概要及致谢207.1结果207.2致谢21课程设计任务书设计题目： 冷却异丙苯换热器的设计 一、 设计条件1、处理能力： 87万吨/年2、设备型式： 自选3、操作条件：a 异丙苯：入口温度120，出口温度为（学号末两位+40），操作压力0.3MPa（绝）b 冷却介质：自来水，操作压力0.4MPa（绝）c 允许压强降：不大于1105Pad 每年按300天计，每天24小时连续运行4. 设计项目e 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。f 换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。g 换热器的主要结构尺寸设计。h 主要辅助设备选型。i 绘制换热器总装配图。 二、设计说明书的内容1、目录；2、设计题目及原始数据(任务书)；3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；6、主体设备设计计算及说明；211.前言在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。3540。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%20%，在炼油厂约占总费用35%40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。 换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器。换热器类型很多，性能各异，从早期发展起来的列管式换热器到今年来不断出现的新型高效换热设备，各具特点。进行换热器的设计，首先是根据工业要求选用适当的换热器类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。换热器的类型虽然很多，但计算传热面积所依据的传热基本原理相同，不同之处仅在结构设计上根据设备的特点采用不同的计算方法而已。列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热设备，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。列管式换热器在换热效率、紧凑型和金属消耗量等方面不及其他新型的换热器，但由于它有结构牢固、适应性大、材料范围广等独特的优点，因而在各种换热器的竞争发展中仍占有绝对的优势。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有固定板式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器和U形管式换热器。对于列管式换热器，一般要根据换热器流体的腐蚀性及其他特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能、流体的压力和温度、换热管程与壳程的温度差、换热器的热负荷、检修清洗的要求等因素决定采用哪一类型的列管式换热器。确定列管式换热器以后，对其各项参数进行总结说明。由于设计者水平有限，方案中难免有不妥和错误之处，希望老师给予指正。2.设计方案简介2.1换热器的选择在水冷却异丙苯换热器设计中，由于水和异丙苯的温差较大和便于清洗壳程污垢，采用浮头式列管式换热器为宜。浮头式换热器的优点为：管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差相差较大时，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。2.2流程的选择在列管换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，关系到设备的使用是否合理。考虑到冷却水常用江河水或井水，比较脏，硬度较高，受热后容易结垢，在管内流体易于维持高速，可避免悬浮颗粒沉积。所以冷却水应该走管程。异丙苯冷物料一般走壳程，便于散热。2.3物性数据a定性温度：可取流体进出口的平均值壳程间异丙苯定性温度为： （）管程冷却水定性温度为： （） b.根据定性温度分别取壳程和管程流体的有关物性参数。异丙苯在96的有关物性参数如下：密度 定压比热容 导热系数 粘度 冷却水在25下相关悟性参数：密度 定压比热容 导热系数 粘度 3.工艺计算3.1试算及换热器选型3.1.1计算传热量3.1.2计算冷却水流量3.1.3计算两流体的平均传热温度异丙苯 120 72冷却水 20 30温差 100 42在这里我选取逆流的方式，则3.1.4计算P、R值 平均传热温度矫正 3.1.5假设K值由异丙苯走壳程，冷却水走管程且异丙苯=0.51mPas为中有机物，查K值大致范围表，取K=500。管程壳程总传热系数/W/（m3）水（流速为0.91.5m/s）水冷水冷水冷水盐水有机溶剂轻有机物0.5mPas中有机物=0.51mPas重有机物1mPas水（流速为1m/s）水水溶液2mPas水溶液2mPas有机物0.5mPas有机物=0.51mPas有机物1mPas水水水水水水水水水（流速为0.91.5m/s）水（流速较高时）轻有机物0.5mPas中有机物=0.51mPas重有机物1mPas轻有机物0.5mPas有机溶剂=0.30.55mPas轻有机物0.5mPas中有机物=0.51mPas重有机物1mPas水蒸气（有压力）冷凝水蒸气（常压或负压）冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝水蒸气冷凝有机物蒸气及水蒸气冷凝重有机物蒸气（常压）冷凝重有机物蒸气（负压）冷凝饱和有机溶剂蒸气（常压）冷凝含饱和水蒸气的氯气（50）SO2冷凝NH3冷凝氟里昂冷凝58269881411634678142906981164672335821982332334651163495823323264652174534891163107158229085821193291582114349582116311634958174582116317434981411636989307563.1.6估算面积 3.1.7管径、管内流速 管径选择：选用传热管（碳钢） 估算管内流速：取管内流速3.1.8单程管数 单程管数3.1.9总管数 管长： 确定管程 按单程设计。3.1.10管子的排列 确定管子排列方法：采用正三角形排列 管心距： 穿过中心线管数： 壳体内径： 则 在610之内，符合要求。3.1.11折流板 折流板高度： 折流板间距： 板数：3.2核算传热系数 3.2.1管程传热系数 流通截面积 流速 雷诺系数 普朗特数 传热系数 3.2.2壳程传热系数 当量直径： 流通截面积 ： 流速： 雷诺系数： 传热系数： 普朗特数： 3.2.3污垢热阻 管程 水污垢热阻 壳程 异丙苯污垢热阻 3.2.4总传热系数 3.2.5计算传热面积 3 .2.6实际传热面积 则在1.15-1.25的范围之内3.3压降计算1.管程压降对的管子有2.壳程压降 3.4核算壁温 壳体平均温度壁温与传热管平均壁温之差：96-46.42=49.583.5附件3.5.1接管 a.壳程流体进出口接管 异丙苯流速 内径 取 b.管程流体进出口接管 水流速 内径 取3.5.2拉杆 壳体直径壳体直径/mm拉杆直径/mm最少拉杆数壳体直径/mm拉杆直径/mm最少拉杆数2002501041100128273，400，500，60012412501210800，1000126 查上表可得：拉杆直径 最少拉杆数 64.换热器结果一览总表参数管程壳程流率(kg/h)280641.5120833.33进口温度/20120出口温度/3072压力/MPa0.40.3物性参数定性温度/K2596密度/（kg/m3）995.6796.96定压比热容/kJ/（kg）4.2022.0332粘度/（mPas）0.35630.8937热导率（W/m）0.142640.613设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm680台数1管径/mm25管心距mm320管长/mm4500管子排列正三角形管数/根284折流板数/个21传热面积/m2100.323折流板间距mm235管程数1材质碳钢圆缺高度/mm150拉杆直径及数量12mm，6接管/mm340200主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.881.2表面传热系数/W/（m2）3653.0281129.223污垢热阻/（m2/W）0.000210.000176管壁热阻/（m2/W）45阻力/ Pa3954.281282.55热流量/KW3275.71温度校正系数0.983传热温差/66.097总传热系数ko/W/（m2）6195.附图5.1符号表含义及单位字母意义单位热流体进口温度 热流体出口温度冷流体进口温度冷流体出口温度密度定压比热容粘度导热系数热流量或热流体的质量流量冷流体的质量流量按逆流情况求得的对数平均温差温度校正系数平均传热温差传热面积流体的流量管子内径管程数按单程计算的管长选定的每程管长换热器的总根数壳体内径管心距壳程数折流板数折流板间距当量直径壳体流通截面积管程流通截面积壳体流体流速管程流体流速雷诺系数普朗特数壳程对流传热系数管程对流传热系数冷却水的污垢热阻间二氯苯的污垢热阻管壁的热导率管壁的厚度管程总压力降单程直管阻力单程局部阻力污垢校正系数壳程总压力降流体流过管束的压力降流体流过折流板缺口的压力降结垢校正系数管子排列方式对压力降的校正因数壳程流体的摩擦系数横过管束中心线管子数5.2管子排列方式5.3换热器装置图6.参考文献：1.任晓光，化工原理课程设计及指导，天津大学出版社2009年1月2.王志祥，制药化工原理，化学工业出版社，2005年5月3.马江权，冷一欣化工原理课程设计（第二版），中国石化出版社2011年1月4.付家新，王卫国化工原理课程设计化学工业出版社2010年11月5.申迎华，郝小刚，化工原理课程设计化学工业出版社2009年5月6.贾绍义，柴诚敬，化工原理课程设计（化学传递与单元操作课程设计），天津大学出版社，2008年5月7.王许云，王小红，田景红等化工原理课程设计，化学工业出版社，2012年7月7.设计结果概要及致谢7.1结果（1）估算管内流速，在范围内，符合要求。（2）由计算得管长，单程管长，符合要求。（3）换热器的长度与壳体直径之比（4）壳程流体流速（5）传热温差校正系数（6），在1.10-1.25之间，符合要求。（7）在1.151.25范围之内，符合要求。（8）管程压降，符合要求。（9）壳程压降，符合要求。7.2致谢 感谢校方给予我们这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精