甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷) 换热系统工艺设计-广东石油化工学院

1、 化工原理课程设计甲苯换热器成绩 化工原理课程设计设计说明书设计题目：甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷) 换热系统工艺设计姓 名 班 级 装控10-2 学 号 10024100206 完成日期 2012.3.08 指导教师 梁伯行 目录1 设计说明书······························

2、;··································2二设计要求···············

3、;··················································

4、;·21. 设计说明书必须包括下述内容·············································22. 设计

5、计算书应包括的主要内容和设计计算的步骤·····························23. 符号说明的格式················

6、·········································34. 参考文献的格式·······&

7、#183;················································3三. 主要物

8、性参数·················································

9、83;············31 确定主要物性数据···································

10、3;··················32流体有关物性数据······························

11、························3四 换热器的选用························

12、83;····································41. 甲苯的流量············

13、···············································42. 甲苯冷凝时放出的热量

14、3;················································43. 甲苯冷却时放

15、出的热量·················································44

16、. 换热器总的传热量················································&#

17、183;····45. 用循环水冷凝时的用量···········································

18、······46. 用新鲜水冷却时的用量·········································

19、3;·······47. 冷凝时选用浮头换热器的计算········································

20、;···48. 冷却时选用固定管板式管壳式换热器的计算·······························7五换热器的台数··········

21、3;·················································

22、3;10六换热器主要结构尺寸和计算结果表···········································111. 冷凝浮头式换热器·

23、83;·················································

24、83;112. 冷却固定管板式管壳式换热器··········································12七设计总结···&#

25、183;·················································&#

26、183;···········13八. 主要符号说明····································

27、83;························14九参考文献························&#

28、183;········································15一、设计说明书1.设计任务书和设计条件 热流条件：流量为（6000(1班) 或12000(2班) 或1800

29、0(3班)+500×学号）kg/h的甲苯蒸汽从120，0.14 MPa(绝压)冷凝到120，0.14 MPa(绝压) 甲苯液，再冷却到30；120甲苯汽相热焓 140 Kcal/Kg，液相焓53 Kcal/Kg，30甲苯液相焓13 Kcal/Kg ；定性温度80时甲苯密度810Kg/m3 , 比热 0.446(Kcal/Kg. ) 绝对粘度0.32(cp) ，比热0.104 (Kcal/(m.h. ) 。 冷流条件新鲜水初始温度25，循环水初始温度45，换热后水温升15(1班) ，25(2班) ，35(2班)。水的物性数据由化原上册附录查取。 管壳式换热器类型提示 设计压力1.6MP

30、a，要求管程和壳程的压降不大于30kPa，冷凝采用浮头式，冷却采用固定管板式管壳式换热器。 二、设计要求2.1 设计说明书必须包括下述内容：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、设计自评和符号说明、参考文献等。 2.2 设计计算书应包括的主要内容和设计计算的步骤: 1) 计算热负荷、收集物性常数。 根据设计任务作冷凝冷却系统热衡算确定流体放热速率或冷流体吸热速率，和新鲜水、循环水流率。考虑了热损失后即可确定换热器应达到的传热能力Q；按定性温度确定已知条件中未给出的物性常数。2) 根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪个走壳程）；计算平均温差。 3) 初步估计一个

31、总传热速率常数K估(查上册附录23) ，计算传热面积A估。 4) 根据A估初选标准换热器（由换热器手册查取,初定型号及系列结构参数）；5) 换热面积的核算。分别选关联式求出管内、外传热膜系数，估计污垢热阻，求出总传热速率常数K核，得出所需传热面积A需，将A需与A实际进行比较，若A实际比A需大15%-25%，则设计成功；否则重新计算。2.3 符号说明的格式：分为英文字母、希腊字母，要按字母排序，要写出中文名称和单位；2.4 参考文献的格式： 按GB7714-87的要求。三、主要物性参数3.1确定设计方案3.1.1选择换热器的类型设计压力1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于30kPa，冷凝采用

32、浮头式，冷却采用固定管板式管壳式换热器。 3.1.2 流动空间及流速的确定由于循环冷却甲苯较易结垢，应使循环冷却甲苯走管程。甲苯有相变，走壳程，凝液跟流体方向是并流。3.1.3性温度的确定 甲苯冷凝时的定性温度取为120度，冷却时的定性温度取80度，循环水的定性温度取60度，新鲜水的定性温度取为30度 3.2流体有关物性数据根据由上面四个定性温度数据，查阅参考书可得甲苯和水的物理性质。甲苯在120，0.14MPa下的有关物性数据如下：物性密度i（kg/m3）定压比热容cpi kJ/(kg)粘度i（Pa·s）导热系数i（kcal·m-1·-1·h-1）甲苯

33、 8960.4×10-3 0.232 甲苯在80的物性数据如下：物性密度o（kg/m3）定压比热容cpo kJ/(kg)粘度o（Pa·s）导热系数o（kcal·m-1·-1·h-11）甲苯810 1.8660.32×10-30.104循环水在60的物性数据如下：物性密度o（kg/m3）定压比热容cpo kJ/(kg)普朗特数pr导热系数o（W·m-1·-1）粘度o（Pa·s）循环水983.24.1782.980.65940.0004688新鲜水在30的物性数据如下：物性密度o（kg/m3）定压比热容cpo

34、 kJ/(kg)普朗特数pr导热系数o（W·m-1·-1）粘度o（Pa·s）新鲜水992.24.1744.320.63380.000656四、换热器的选用4.1甲苯的流量W=12000+500 x 6=150000Kg/h4.2甲苯冷凝时放出的热量 = =4.3甲苯冷却时放出的热量 = =4.4换热器总的传热量 =4.5用循环水冷凝时的用量 =4.6用新鲜水冷却时的用量 =4.7 冷凝时选用浮头换热器的计算 4.7.1甲苯冷凝时的平均温度差 甲苯：120(V)1120(L) 循环水: 70(L)45(L) =120-70=50 =120-45=75 4.7.2 换

35、热器所需面积的估算 K取值（附录23）取K=1200 W/m2· 由换热器手册查取标准浮头换热器（JB/T4714-92）的参数 DN=500mm 4.7.3 换热面积的核算 1.管程传热系数 2.污垢热阻系数 3.管壁的传热系数 4.壳程传热系数 冷凝负荷 冷凝膜系数 5.总传热系数K 6.所需的传热面积 设计的面积裕度 设计合格4.8 冷却时选用固定管板式管壳式换热器的计算 4.8.1甲苯冷却时的平均温度差 甲苯：120(V)130(L) 新鲜水: 50(L)25(L) =120-50=70 =30-25=5 因为二壳程两管程，既有错流，又有折流，故需采用伍德和鲍曼提出图算法修正

36、，即 式中 按逆流计算的对数平均温度差， 温度差校正系数，量纲为1温度差校正系数与冷、热流体的温度变化有关，是P和R两因数的函数，式中 查表得=0.97于是 4.8.2 换热器所需面积的估算 K取值（附录23）取K=600W/m2· 由换热器手册查取标准固定板式换热器（JB/T4714-92）的参数 DN=500 4.8.3 换热面积的核算 1.管程传热系数 2.污垢热阻系数 3.管壁的传热系数 4.壳程传热系数 冷凝负荷 冷凝膜系数 5.总传热系数K 6.所需的传热面积 设计的面积裕度 设计合格5. 换热器的台数5.5.1取台数的备用利为25% 所以浮头式、固定管板式管壳式换热器各

37、取两台六.换热器主要结构尺寸和计算结果表 冷凝浮头式换热器参数管程壳程流量，kg/h14.5215000物性操作温度，45/70120/120定性温度， 60120流体密度，kg/m3983.2896定压比热容，kj/(kg.k)4.178黏度，pa.s传热系数，W/（m2·）0.65940.27普朗特数2.98设备结构参数形式浮头式台数2壳体内径，mm500壳程数4管径，mm管心距，mm管长，mm3000管子排列正方形旋转45°管数目，根116折流板数传热面积，26.4折流板间距，mm管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速，m/s1.62表面传热系数，W/（m2·）8615.73822.2污垢系数，m2·K/W0.0003440.000086阻力降，Pa热流量，kw1516.736传热温差，k61.7传热系数，W/（m2·）1015.8裕度9.09% 冷却固定管板式管壳式换热器参