《甲苯冷却器的设计》

1、 甲苯冷却器的设计 学 院 专 业 研 究 方 向 学 生 姓 名 学 号 指导老师姓名 指导老师职称 前言1.1 甲苯的物理及化学性质一、物理性质甲苯（英文名：Toluene，化学式：C7H8 摩尔质量：92.14）是一种无色，带特殊芳香味的易挥发液体。 HYPERLINK /wiki/%E6%B2%B8%E7%82%B9 t _blank o 沸点沸点（常压）:110.63，HYPERLINK /wiki/%E7%86%94%E7%82%B9 o 熔点熔点-94.99，闪点：4 ，燃点：535 ， 密度：相对密度(水=1)0.87；相对密度(空气=1)3.14，蒸汽压：4.89kPa/30

2、。甲苯在常温常压下是一种无色透明的液体，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯几乎不溶于水(0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。其HYPERLINK /wiki/%E8%92%B8%E6%B0%94 o 蒸气蒸气和HYPERLINK /wiki/%E7%A9%BA%E6%B0%94 o 空气空气形成爆炸性HYPERLINK /wiki/%E6%B7%B7%E5%90%88%E7%89%A9 o 混合物混合物，爆炸极限1.27.0(体积)。甲苯的粘性为0,6 mPa s，也就是说它的粘稠性弱于水。甲苯

3、的热值为40.940 kJ/kg二、化学性质 甲苯能腐蚀塑料，因而必须被存放在玻璃容器中。甲苯在一般条件下性质稳定，但同酸或氧化剂却能激烈反应。在氧化反应中（如与热的酸性HYPERLINK /wiki/%E9%AB%98%E9%94%B0%E9%85%B8%E9%92%BE t _blank o 高錳酸鉀高锰酸钾溶液），甲苯能由HYPERLINK /wiki/%E8%8B%AF%E7%94%B2%E9%86%87 t _blank o 苯甲醇苯甲醇、HYPERLINK /wiki/%E8%8B%AF%E7%94%B2%E9%86%9B t _blank o 苯甲醛苯甲醛而最終被氧化为HYPER

4、LINK /wiki/%E8%8B%AF%E7%94%B2%E9%85%B8 t _blank o 苯甲酸苯甲酸。甲苯主要能进行自由基取代、亲电取代和自由基加成反应。亲核反应则较少发生。 在受热或光輻射条件下，甲苯可以和某些反应物(如溴）在甲基上进行自由基取代反应。甲苯与浓硫酸与浓硝酸的混合物能发生取代反应，例如在30时，反应主要得到的是一硝基取代物HYPERLINK /wiki/%E9%82%BB%E7%A1%9D%E5%9F%BA%E7%94%B2%E8%8B%AF t _blank o 邻硝基甲苯邻硝基甲苯和HYPERLINK /wiki/%E5%AF%B9%E7%A1%9D%E5%9F

5、%BA%E7%94%B2%E8%8B%AF t _blank o 对硝基甲苯对硝基甲苯；在加热條件下，反应生成烈性炸药2,4,6-三硝基甲苯；在空气中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色1。1.2 甲苯的生产方法 甲苯生产方法历史渊源，先是焦化副产品中回收大量甲苯，再由石油生产甲苯，接着甲苯的主要来源于催化重整和烃类裂解。同样各个国家石油生产甲苯的途径不尽相同，如美国主要来源于催化重整油，西欧和日本等国主要从裂解汽油中提取。具体生产方法有： 煤焦化副产的粗苯馏分中含甲苯1520(质量)，其数量与原料煤的性质、焦化深度有关。用硫酸洗除粗苯馏分中不饱和烃和杂质，再经碱中和、水洗、精馏，可得到纯度很高的

6、甲苯。 催化重整油中含芳烃5060(体积)，其中甲苯含量可达4045。催化重整油采用HYPERLINK /wiki/%E4%BA%8C%E7%94%98%E9%86%87 t _blank o 二甘醇二甘醇、HYPERLINK /wiki/%E7%8E%AF%E4%B8%81%E7%A0%9C t _blank o 环丁砜环丁砜、HYPERLINK javascript:linkredwin(甲基吡咯烷酮); o 甲基吡咯烷酮甲基吡咯烷酮等溶剂进行萃取以回收芳烃(见HYPERLINK /wiki/%E8%8A%B3%E7%83%83%E6%8A%BD%E6%8F%90 o 芳烃抽提芳烃抽提)，

7、最后经精馏得到高纯度甲苯。 裂解汽油中芳烃含量为70（质量）左右，其中1520是甲苯。裂解汽油经两段加氢脱除二烯烃、单烯烃和微量硫，再经萃取、精馏，可得到纯度99.5以上的甲苯。 甲苯脱HYPERLINK /wiki/%E7%83%B7%E5%9F%BA t _blank o 烷基烷基制苯或HYPERLINK /wiki/%E6%AD%A7%E5%8C%96 o 歧化歧化制二甲苯。 开辟甲苯的新用途，如生产HYPERLINK /wiki/%E7%94%B2%E8%8B%AF%E4%BA%8C%E5%BC%82%E6%B0%B0%E9%85%B8%E9%85%AF t _blank o 甲苯二异

8、氰酸酯甲苯二异氰酸酯，以及改进以甲苯为原生产HYPERLINK /wiki/%E8%8B%AF%E9%85%9A o 苯酚苯酚、HYPERLINK /wiki/%E5%B7%B1%E5%86%85%E9%85%B0%E8%83%BA o 己内酰胺己内酰胺的方法，并力图用甲苯代替二甲苯，生产HYPERLINK /wiki/%E5%AF%B9%E8%8B%AF%E4%BA%8C%E7%94%B2%E9%85%B8 t _blank o 对苯二甲酸对苯二甲酸等大宗产品。 通过两步实现甲苯的生产。首先将HYPERLINK /wiki/%E5%8F%8C%E6%88%8A%E7%83%AF t _bla

9、nk o 双戊烯双戊烯催化脱氢异构成对HYPERLINK /wiki/%E5%BC%82%E4%B8%99%E5%9F%BA%E7%94%B2%E8%8B%AF o 异丙基甲苯异丙基甲苯，HYPERLINK /wiki/%E5%82%AC%E5%8C%96%E5%89%82 o 催化剂催化剂为HYPERLINK /wiki/%E6%B2%B8%E7%9F%B3 o 沸石沸石金属双功能复合物。转化过程在常压、低温（300）下进行，对异丙基甲苯收率可达50以上。然后对异丙基甲苯裂解制取甲苯，催化剂为沸石型复合物，裂解反应在常压、中温（300500）下实现，对异丙基甲苯的转化率可达90以上，收率可达

10、80以上。考虑中间分离因素，两步过程的总收率可达35以上。（注：该技术操作条件温和，原料和产品均对生态友好，易于生产推广；产品适用于食品、HYPERLINK /wiki/%E5%8C%96%E5%A6%86%E5%93%81 t _blank o 化妆品化妆品等精细品的生产，具有较高的附加值，投产后能快速回收成本，获得较高的利润，因而也适合于各种规模的投资开发）。1.3 甲苯操作储存及用途一、甲苯的操作密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶耐油手套。配备相应品种和数量的消防器材及泄

11、漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。灌装时应控制流速，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。二、甲苯的储存储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30。保持容器密封。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。应与氧化剂分开存放，切忌混储。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。三、甲苯的用途苯可用作生产苯及HYPERLINK /wiki/%E4%BA%8C%E7%94%B2%E8%

12、8B%AF t _blank o 二甲苯二甲苯和许多其他化工产品的原料。如HYPERLINK /wiki/%E6%B2%B9%E6%BC%86 o 油漆油漆、HYPERLINK /wiki/%E6%B8%85%E6%BC%86 o 清漆清漆、HYPERLINK /wiki/%E4%BA%AE%E6%BC%86 o 亮漆亮漆、HYPERLINK /wiki/%E7%B2%98%E5%90%88%E5%89%82 t _blank o 粘合剂粘合剂及油墨制造业及天那水配方用之稀释剂，树脂溶剂；化学及制造业用之溶剂；尤以萃取及脱脂两工序最为适合。另也为化学合成用之原料。还可用作HYPERLINK /

13、wiki/%E6%B1%BD%E6%B2%B9 o 汽油汽油的掺合组分以提高HYPERLINK /wiki/%E8%BE%9B%E7%83%B7%E5%80%BC o 辛烷值辛烷值，也是涂料、油墨和硝酸纤维素的溶剂。还可生产很多农药和医药中间体。另外，甲苯具有优异的有机物溶解性能，是一种有广泛用途的HYPERLINK /wiki/%E6%9C%89%E6%9C%BA%E6%BA%B6%E5%89%82 t _blank o 有机溶剂有机溶剂，用于油类、树脂、天然橡胶和合成橡胶、煤焦油、沥青、醋酸纤维素，也作为溶剂用于纤维素油漆和清漆，甲苯容易发生HYPERLINK /wiki/%E6%B0%A

14、F%E5%8C%96 o 氯化氯化，生成苯氯甲烷或HYPERLINK /wiki/%E8%8B%AF%E4%B8%89%E6%B0%AF%E7%94%B2%E7%83%B7 o 苯三氯甲烷苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易HYPERLINK /wiki/%E7%A1%9D%E5%8C%96 o 硝化硝化，生成HYPERLINK /wiki/%E5%AF%B9%E7%A1%9D%E5%9F%BA%E7%94%B2%E8%8B%AF t _blank o 对硝基甲苯对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易HYPERLINK /wiki/%E7%A3%BA%E5%8C%96

15、o 磺化磺化，生成HYPERLINK /wiki/%E9%82%BB%E7%94%B2%E8%8B%AF%E7%A3%BA%E9%85%B8 o 邻甲苯磺酸邻甲苯磺酸或HYPERLINK /wiki/%E5%AF%B9%E7%94%B2%E8%8B%AF%E7%A3%BA%E9%85%B8 t _blank o 对甲苯磺酸对甲苯磺酸，它们是做HYPERLINK /wiki/%E6%9F%93%E6%96%99 t _blank o 染料染料或制HYPERLINK /wiki/%E7%B3%96%E7%B2%BE o 糖精糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造HYPERL

16、INK /wiki/%E6%A2%AF%E6%80%9D%E6%A2%AF%E7%82%B8%E8%8D%AF o 梯思梯炸药梯思梯炸药。 最后，甲苯也是有机合成，特别是HYPERLINK /wiki/%E6%B0%AF%E5%8C%96%E8%8B%AF%E9%85%B0 t _blank o 氯化苯酰氯化苯酰和苯基、糖精、三硝基甲苯和许多染料等有机合成的生要原料。它也是航空和汽车汽油的一种成分。1.4 换热器分类 在工业生产中，要实现热量的交换，需采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。换热器作为工艺生产过程的单元设备，广泛的应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、制药等工程领域

17、中。根据冷、热流体换热方式的不同可将换热器分为混合式换热器、蓄热式换热器和间壁式换热器2。一、直接接触式换热和混合式换热器对于某些传热过程，工艺上允许冷、热流体互相混合，例如气体的冷却或水蒸气的冷凝，此时可使二者直接混合进行热交换。所用的设备称为混合式换热器，常见的有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。这种换热方式的优点是设备结构简单，传热效率高。直接触式换热的机理比较复杂，进行传热的同时伴有传质过程。二、蓄热式换热和蓄热器 蓄热式换热是在蓄热器中实现热交换的一种换热方式。蓄热器内装有固体填充物，热、冷流体交替的流过蓄热器，利用固体填充物来积蓄和释放热量，从而达到换热的目的。通常在生产中采用

18、两个并联的蓄热器交替使用。其缺点是设备体积庞大且不能完全避免两种流体的混合，所以该设备在化工生产中使用的不多。三、间壁式换热和间壁式换热器 在化工生产中经常遇到的是冷、热流体不允许混合的换热问题，此时常将冷、热流体用固体壁面隔开，使二者互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体，完成上述换热过程的设备称为间壁式换热器。间壁式换热器应用广泛，形式多样，各种管壳式和板式结构的换热器均属此类。按换热器传热面形状和结构特点，间壁式换热器又可分为管式换热器、板式换热器和特殊式换热器三类。（1）管式换热器 管式换热器通过管子壁面进行传热，按传热管的结构可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片管式

19、换热器等几种。管壳式换热器是一种通用的标准换热设备，它因结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适用性强等优点而在换热设备中占据主导地位。管壳式换热器根据其结构特点可分为： 固定管板式换热器 它由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。整个换热器分为两部分：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。冷、热流体分别在管程和壳程中连续流动，流经管程的流体称为管流体，流经壳程的流体称为壳流体。固定管板式换热器的缺点是壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温度较大（大于50）时产生温差应力，需在

20、壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于壳程流体清洁而不宜结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。 浮头式换热器 浮头式换热器的特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是换热管与壳体不会产生温差压力；管束可从壳体内抽出，便于清洗。缺点是结构复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板之间若密封不严，发生内漏，造成两介质的混合。浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。 U形管式换热器 U形管式换热器的特点是只有一个管板，换热管为U形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸

21、缩，当壳体与换热管有温差时，不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，密封面积少，运行可靠，造价低；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗比较困难。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场所。（2）板式换热器板式换热器由高效传热波纹板片及框架组成。板片由螺栓夹紧在固定压紧板及活动压紧板之间，在换热器内部就构成了许多流道，板与板之间用橡胶密封。压紧板上有本设备与外部连接的接管。板片用优质耐腐蚀金属薄板压制而成，四角冲有供介质进出的角孔，上下有挂孔。人字形波纹能增加对流体的扰动，使流体在低速下能达到湍流状态，获得高的传热

22、效果。并采用特殊结构，保证两种流体介质不会串漏 。板式换热器按传热板的结构可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、热板式换热器及板翅式换热器等几种。（3）特殊型式换热器此类换热器是指根据工艺特殊要求而设计的，具有特殊结构的换热器。如回旋式换热器、热管换热器、同流式换热器等。以热管换热器为例，这是一种新型高效换热器，有壳体、热管和隔板组成。热管作为主要的传热元件，是一种具有高热传导性能的传热装置。它是一种真空容器，其基本组成部件为壳体、吸液芯和工作液。将壳体抽真空后充入适量的工作液，密闭壳体便构成一只热管。当热源对其一端供热时，工作液自热源吸收热量而蒸发汽化，携带潜热的蒸汽在压差作用下，高速传输至壳

23、体的另一端，向冷源放出潜热而凝结，冷凝液回流至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环，热量即不断从热端传至冷端。1.5 换热器中流体流向换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体

24、两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。1.6 换热器传热过程的强化 换热器传热过程的强化就是力求使换热器在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。其意义在于：在设备投资及输送功耗一定的条件下，获得较大的传热量，从而增大设备容量，调高劳动生产率；在设备容量不变上网情况下使其结构更加紧凑，减少占地空间，节约材料，降低成本；在某种特定技术过程中使用某些特殊工艺要求得以实施等。换热器传热计算的基本关系式揭示了换热器中传热速

25、率Qt与传热系数K、平均温度差t以及传热面积S之间的关系。据此可知，要使Qt增大，无论是增加K、tm，还是S都能收到一定的效果。一、增大传热面积S 增大传热面积，是指从设备的结构入手，通过改进传热面的结构来提高单位体积的传热面积，而非靠增加换热器的尺寸。 翅化面 用翅片来扩大传热面面积和促进流体的湍动，从而提高传热效率。 异形表面 用轧制、冲压、打扁或爆炸成型等方法将传热面制造成各种凹凸形、波纹形、扁平状等，使流道截面的形状和大小均发生变化。这不仅使传热表面有所增加，还使流体在流道中的流动状态不断改变，增加扰动，减少边界层厚度，从而强化传热。 多空物质结构 将细小的金属颗粒烧结或涂敷在于传热表

26、面或填充于传热表面间，以实现扩大传热面积的目的。这种多空表面，不仅增大了传热面积，而且还改善了换热状况，对于沸腾传热过程的强化特别有效。 采用小直径管 在管壳式换热器设计中，减小管子直径，可增加单位体积的传热面积。另一方面，减小管径后，使管内湍流换热的层流内层减薄，有利于传热的强化。二、增大平均温度差tm增大平均温度差，可以提高换热器的传热效率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动型式。一般来说，物料的温度由生产工艺来决定，不能随意变动，而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同，可以有很大的差异。例如，在化工中常用的加热介质是饱和水蒸气，若提高蒸汽的压力就可以提

27、高蒸汽的温度，从而提高平均温度差。但提高介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。另外，采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数使增大，均可得到较大的平均温度差。三、增大总传热系数K 增大总传热系数，可以提高换热器的传热效率。总传热系数的计算公式为 由此可见，要提高K值，就必须减小各项热阻。但因各项热阻所占比例不同，应设法减小对K值影响较大的热阻。对流传热阻经常是传递过程中的主要热阻。减小热阻的主要方法有： 提高流体的流速 加大流速，使流体的湍动程度加剧，可减少热边界层中层流内层的厚度，从而减少对流传热的热阻。例如在管壳式换热器中增加管程数和壳程的挡板数，可分别提高管程流体和壳程流体的

28、流速。 加大流体的扰动 增强流体的扰动，可使层流内层减薄，从而减少对流传热热阻。例如在管式换热器中，采用各种异形管或在管内加麻花铁、螺旋圈或金属卷等添加物，均可加大流体的扰动。 采用短小换热器 在流动入口内段，由于层流内层较薄，对流传热系数较高，而短管换热器的总传热系数可较普通管壳式换热器高56倍。 防止结垢和及时除垢 为防止结垢后，可增加流体的速率，加大流体的扰动；为便于除垢，可使易结垢的流体走管程并定期进行除垢和检修。1.7 载热体及其选择 在化工生产中，物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的称为加热介质；起冷却作用的称为冷却

29、介质。 对于一定的传热过程，待加热或冷却物料的初始与终了温度常由工艺条件所决定，因此需要供给或取出的热量是一定的，热量的多少决定了传热过程的操作费用。但单位热量的价格因载热体而异。例如，当加热时，温度要求愈高，价格愈贵；当冷却时，温度要求愈低，价格愈贵。因此为了提高传热过程的经济效益，必须选择适当温位的载热体。同时选择载热体时还应考虑以下原则，即 载热体的温度易调节控制； 载热体的饱和蒸汽压较低，加热时不易分解； 载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备； 价格便宜，来源容易。1.8 换热器的清洗工艺 1. 隔离设备系统，并将换热器里面的水排放干净。 2. 采用高压水清洗管道内存留的淤泥、藻

30、类等杂质后，封闭系统。 3. 在隔离阀和交换器间装上HYPERLINK /view/91625.htm t _blank球阀（不小于1英寸=2.54厘米），进水和回水口都应安装。 4. 接上输送泵和连接导管，使清洗剂从换热器的底部泵入，从顶部流出。 5. 开始向凝汽器里泵入所需要的HYPERLINK /view/3163531.htm t _blank福世泰克清洗剂（比例可根据具体情况调整）。 6. 反复循环清洗到推荐的清洗时间。随着循环的进展和沉积物的溶解，反应时产生的气体也会增多，应随时通过放气阀将多余的空气排出。随着空气的排出，换热器内的空间会增大，可加入适当的水，不要一开始就注入大量的

31、水，可能会造成水的溢出。 7循环中要定时检查清洗剂的有效性，可以使用PH 试纸测定。如果溶液保持在PH值23时，那么清洗剂仍然有效。如果清洗剂的PH 值达到56时，需要再添加适量福世泰克清洗剂。最终溶液的PH值在23时保持30分钟没有明显变化，证明达到了清洗效果。注意：福世泰克清洗剂可以回收后重复使用，排放会造成浪费。 8达到清洗时间后，回收清洗溶液。并用清水反复冲洗交换器，直到冲洗干净至中性，用PH试纸测定PH值67。 9完成清洗后既可开机运行。也可以打压试验，看是否有泄漏现象。如果有泄漏，可以采用美嘉华HYPERLINK /view/999665.htm t _blank高分子复合材料进行

32、修复保护，并且可以大大延长设备的使用寿命。 10.设备稳定后，记下当前的介质过流量、工作压力、换热效率等数据。 11.比较清洗前和清洗后数值的变化，就可以计算出该企业每个小时所节省的电费、煤费等生产费用及提高的工作效率，这正是企业采用福世泰克技术应用的价值补偿。 12同样的操作方法也可用于板式、框架式的热交换器清洗。 13. 如企业需要设备进行钝化预膜处理，可按以下流程进行操作：将钝化预膜剂按推荐稀释比泵入设备中（同时在循环槽内悬挂试片）；按推荐时间循环、浸泡；检测预膜效果（红点法或蓝点法）；排放；水冲洗干净至中性（用PH试纸测定PH值67）。 14. 钝化预膜结束后，最好采用风机等通风设备将

33、系统吹干，可确保并提升钝化预膜效果。1.9 冷却器换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量。有间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却器和蛇管式冷却器等。广泛用于大功率硅整流和HYPERLINK /view/121455.htm t _blank感应炉及HYPERLINK /view/1557118.htm t _blank中频炉等大电器设备配套作为冷却保护付机的纯水、水风、油水、油风冷却HYPERLINK /view/393108.htm t _blank装置。一、冷却器的安装方式冷却器安装方式分为立式冷油器和卧式冷油器，立式冷却器具有所需安装面积小、安装方便等特点。卧式

34、冷油器具有压降较小、抗水冲击性强等特点，因此根据不同的场地、空间高度、使用性能等要求正确选用立式或卧式冷油器，能更好地满足发电机组及其它设备的需要。二、冷却器的启用 (1)冷却器打压试验合格后，方可投用，启用前排尽内部存水。 (2)检查各倒淋、放空阀是否灵活好用及开关位置，压力表、温度计是否全部装好。 (3)检查基础、支座是否牢固，各部螺栓是否满扣、紧固。 (4)投用时，先投冷流，后投热流。 (5)在投用冷介质或热介质时，首先要保证副线畅通，再缓慢开出口阀，检查无问题后开入口阀，一定要缓慢开，防止憋压。投用过程要注意观察设备变化情况。 冷却器投用后，随着温度压力的变化，可能会出现泄漏现象，应及

35、时进行检查。三、冷却器的维护冷却器因冷却水大多数含有钙、HYPERLINK /view/2150124.htm t _blank镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经金属表面时，有HYPERLINK /view/979156.htm t _blank碳酸盐的生成。另外，溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈。由于锈垢的产生，换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水，结垢严重时会堵塞管子，使换热效果失去作用。长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对设备清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，酸液对设备造成腐蚀形成漏洞，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐

36、蚀，最终导致更换设备，此外，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。如今使用福世泰克清洗剂清洗凝汽器，福世泰克的高效、环保、安全、无腐蚀，不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀，能够保证凝汽器的长期使用。四、冷却器的注意事项 (1)冷却器投用时,应打开冷却线上放空阀排气,见水后关闭,防止气阻影响冷却效果。 (2)冷却器停运扫线时，停冷却水，同时打开冷却水放空阀，避免憋压损坏设备。 (3)调节油品冷后温度时，应先冷却水出口阀控制。因为采用入口阀控制水量，虽然可以节约冷水，但是会引起冷却器内水流短路或流速减慢，造成上热下凉，影响换热效果。故不宜用入口控制。2 设计任务书2.1 设计目的 在工厂实际生产

37、中，由于甲苯产品的温度较高，需要设计装置来进行冷却。通过对甲苯产品冷却的管壳式换热器设计，了解换热器的种类，结构特点等，并且能够根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。最后根据算结果绘制设备主体图和部件图，掌握一些基本绘图知识3。2.2 设计任务 设计任务：1、处理能力：50 万吨甲苯/年 2、设备型式：管壳式换热器 操作条件： 1、甲苯：入口温度95，出口温度65。 2、冷却介质：自来水，入口温度25， 出口温度35。 3、允许压强降不大于90kPa。 4、每年按330 天，每天24 小时连续运行。设计要求： 1、

38、完成换热器工艺设计，结构设计；2、绘制设备条件图； 3、编制设计说明书。2.3 设计内容方案 1、选择设计方案：根据设计任务书的条件和要求，通过对现有生产的调查或现有的资料的分析对比，选择合理的流程方案和设备类型，初步确定主要设备的型式，并进行计算。 2、主要设备的选型和计算：包括参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸及结构设计。 3、主体设备结构简图：包括主体图（工艺尺寸、技术特性等）以及部分部件图 4、编写设计说明书：包括标题页；摘要；目录；前言；任务书工艺计算及主要设备计算设计结果主要符号说明参考书目致谢3 工艺计算及主要设备设计3.1 估算传热面积 3.1.1 基本物性数据查取

39、甲苯的定性温度=水的定性温度 =根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据表1 甲苯、冷却水的物性参数甲苯在80下的有关物性数据循环冷却水在30下的物性数据密度定压比热容导热系数粘度h=809 kg/m3Cph=1.890kJ/(kg)h=0.145W/(m)h=0.000355 Pas密度定压比热容导热系数粘度c=995.7 kg/m3Cpc=4.174kJ/(kg)c=0.6176W/(m)c=0.000801Pas3.1.2 热负荷计算甲苯质量流量 qm。h=（5kg/s=17.54kg/sQt=qm.hcp.h(T1-T2)=忽略热损失，冷却水耗量3.1.3 确定流体的流径该设

40、计任务的热流体为甲苯，冷却水为自来水，为使甲苯通过壳壁面向空气中散热，提高冷去效果，令甲苯走壳程，水走管程。3.1.4 计算平均温度差 暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差甲苯 冷却水 计算R和P由R、P值，根据，可得3.1.5 选K值，估计传热面积 参照表格，取，则3.2 工艺结构尺寸由于两流体温度差，可选用固定管板式换热器。 1、管径和管内流速选用 252.5mm较高级冷拔传热管(碳钢10)，取管内流速u0= 0.75m/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，所需的传热管长度为根据本设计实际情况，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为,

41、每层管数为51根。由上式计算可知，平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 3、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=1.25d0，则t=1.2525=31.25(mm) 取整t=32(mm)。隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22（mm）。各程相邻的管心距为44mm。管束的分程方法，每程各有传热管51根。 4、壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按下列公式计算。 , 管子按正三角形排列 则壳体内径为按卷制壳体的进级档，可取D=400mm。 5、折流板采用弓形折流板，取弓形折流板

42、圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为折流板间距 ,则 折流板数 6、其他附件本换热器传热管外径为25mm故其拉杆直径为16，拉杆数为4个。壳程入口处，应设置防冲挡板。 7、接管壳程流体进出口接管：取接管内甲苯流速为u10.72m/s，则接管内径为：圆整后可取管内径为200mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为150mm。3.3 初选换热器型号2根据计算结果及固定管板式换热器的系列标准，初选换热器型号为G400II-1.6-31.7。主要参数如下：外壳直径 400mm 公称压力 1.6MPa 公称面积 31.7m2管子尺寸 管子数n

43、 94 管长L 4500mm管中心距 32mm 管程数Np 2 管子排列方式 正三角形管程流通面积 0.0148m2实际换热面积采用此换热面积的换热器，要求过程的总传热系数为：3.4 换热器核算43.4.1 热流量核算 a 壳程表面传热系数，用克恩法计算当量直径，由正三角排列得：壳程流通截面积：壳程流体流速及其雷诺数分别为：普朗特数：粘度校正： b 管内表面传热系数：管程流体流通截面积：管程流体流速及其雷诺数分别为：普朗特数： c 污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取：管外侧污垢热阻 R0=0.000172 m2/W管内侧污垢热阻 Ri=0.000170m2/W管壁热阻可忽略 d 总传热系数K

44、故所选择的换热器是合格的，安全系数为3.4.2 壁温核算 液体的平均温度和分别 传热管平均壁温 壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即=77壳体壁温和传热管壁温之差为： t=77-37.02=39.98该温差较小，无需温度补偿装置。由于壳程换热器流体压力较小，因此，选用固定管板式换热器较适宜。3.4.3 换热器内流体的流动阻力 a 管程流体阻力 ，其中 由Re=40276，传热管相对粗糙度0.2/0.02=0.01，查莫狄图得=0.04，流速ui=1.62m/s b 壳程阻力 则 则 ，其中,则 计算结果表明，管程和壳程的压力降均能满足设计条件。4 设计结果4.1 换热器的结构尺寸及计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见下表参数管 程壳 程流率/（kg/s）23.8017.54进/出温度/25/3595/65压力/ kPa9090物性定性温度/3080密度/（kg/m3）995.7809比热容/（kJ/（kgK）4.1741.890粘度/（Pas）0.0008010.000355热导率/w/（mK）0.61760.145普朗特数5.414.63设备结构参数形式固定管板式台数1壳体内径/mm400壳程数1管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm45