化工原理课程设计之硝基苯冷却器设计

1、太原工业学院化工原理课程设计硝基苯冷却器设计系： 班级：姓名 ：学号 ：完成时间：2022年12月26日课程设计任务书 设计一个换热器，将硝基苯液体从140冷却到80。硝基苯的流量为1×104 kg/h。冷却水的入口温度为30，出口温度为40。要求设计的换热器的管程和壳程的压降不大于40kPa。设计要求1换热器工艺设计计算2换热器工艺流程图3换热器设备结构图4设计说明目录一、前言·················&#

2、183;··············································32、 方案设计··

3、··················································

4、············41、 确定设计方案····································&#

5、183;························42、 确定物性数据·······················

6、3;·····································43、 计算总传热系数···········

7、;················································44、 计算传热面积&

8、#183;·················································&

9、#183;··········55、 工艺结构尺寸·····································

10、83;·······················56、 换热器核算·························

11、······································73、 设计结果一览表··········&

12、#183;···············································104、 对设计的评述&#

13、183;·················································&#

14、183;·········115、 附图主体设备设计条件图详情参见图纸·································6、 参考文献··

15、83;·················································

16、83;···········127、 主要符号说明····································

17、3;·······················12附图··························

18、················································一、方案简介本设计任务是

19、利用冷流体水给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原那么，制成换热器，以供生产需要。下列图图1是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原那么。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、巩固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计根底。二、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从140冷却到

20、80。硝基苯的流量为1×104 kg/h。冷却水入口温度30，出口温度40。要求换热器的管程和壳程的压降不大于40kPa。试设计能完成上述任务的列管式换热器。1确定设计方案 1选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度80冷流体。冷流体进口温度30，出口温度40。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2流动空间及流速确实定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用19×2mm的碳钢管，

21、管内流速取ui=0.94m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程硝基苯的定性温度为：管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 硝基苯在110下的有关物性数据如下： 密度 o=1097.58 kg/m3定压比热容 cpo=1.78kJ/(kg·)导热系数 o=0.138 W/(m·)粘度 o=0.00051Pa·s冷却水在35下的物性数据： 密度 i=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.174kJ/(kg·)导热系数 i=0.6265 W/(m·)粘度 i=0.000742

22、Pa·s 3计算总传热系数 1热流量Qo=Lcp1t1=10000×1780×(140-80)/3600 =296700kW(2) 冷却水用量 qm2= Qo/cp2t2=296700/41740×10=25590 kJ/h3平均传热温差 4初算传热面积 假设K=400 W/m2 . oC5、工艺结构尺寸 1管径和管内流速及管长 选用19×2mm传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.94m/s2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 按单管程计算，所需传热管长度为L=S估3.14d0Ns=10.283.14×0.019&

23、#215;43=4.0072采用多管程结构，现取传热管长度L=2m，那么该换热器的管程数为 (管程)传热管总根数 N=86 (根)3平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得平均传热温差4传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，那么 t=1.25×19=25(mm)隔板中心到离其最近一排管中心距离按式，计算Z=t÷2+6=18.5mm各程相邻管的管心距为37mm横过管束中心线的管数5壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率0.7，那么壳体内径为

24、 圆整可取D325mm 6折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，那么切去的圆缺高度为h0.25×32581.25mm，故可取h82 mm。 取折流板间距B0.3D，那么B0.3×32597.5mm，可取B为100。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=2000/100-1=19(块)折流板圆缺面水平装配。 7接管 壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u1.0 m/s，那么接管内径为 圆整后可取管内径为60mm 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u2 m/s，那么接管内径为 圆整后可取管内径为70mm6换热器核算 1热量核算 壳程对流

25、传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数p=6.449粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度适宜，该换热器能够完成生产任务。 2换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5由Re18934，传热管相对粗糙度0.01/150.0067，查莫狄图得i0.0028 W/m·， 流速ui0.942m/s，994 .3kg/m3，所以 管程压力

26、降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也比拟适宜。 三、设计结果一览表换热器形式：固定管板式换热面积m2:10.3工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水硝基苯操作压力，Pa未知未知操作温度，30/40140/80流量，kg/h2559010000流体密度，kg/m3994.31097.58流速，m/s0.9420.324传热量，kW296.7总传热系数，W/m2·K509传热系数，W/m2·4795936污垢系数，m2·K/W0.0003440.000176阻力降，kPa8.37.64程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格1

27、9×2管数86管长mm:2000管间距，mm25排列方式正三角形折流板型式上下间距，mm100切口高度25%壳体内径，mm325保温层厚度，mm未知表格 1四、对设计的评述初次接触化工原理课程设计，还荒唐地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。有一段时间都在观望。所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了一天时间，终于把计算局部完成了。裕度15，在合理范围内，但是，一看压力降，彻底崩溃了，12多千帕，天啊，完全不合理。再细看模板和自己的设计的时候，发现了很多问题，我的设计根本是行不同，果真用这