甲苯冷却器的化工原理设计说明书

1、专业资料西安文理学院化工化工原理课程设计甲苯冷却器的设计系院名称化学工程学院学生姓名 张 伟学生学号 0903140243专业班级 14级能源1班指导老师提交时间张杏梅2016 .11.7word完美格式专业资料4_+近 5/0十秒传热管平均壁温t =Uc h =33.31 1 -T I+ +or or 5340 532 c h壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即T = r=65 m壳体壁温和传热管壁温之差为：七=65-33.3=31.7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。2. 4.3换热器内流体的流动阻力 a管程流体阻力EApi =

2、 (Api +Ap2)FtNsNp ,其中 Ft = 1.4 Ns = 1 Np = 4由Re=30194,传热管相对粗糙度02/0. 02=0. 01,查莫狄图得4二0.04, *流速 u =1.2145m/sL pu?L pu?Apl%&詈L pu?Apl%&詈= O.O4X4.5 995.7 X 1.622X 0.022L pu?Apl%&詈= O.O4X4.5 995.7 X 1.622X 0.02211759(Pa)Ap2 = 3 X土 3920(Pa)EApi = (11759 + 3920) X1.4X 1 X4 87802(Pa) 9 Ok Pab壳程阻力2Ap； = Ffon

3、c(NB + l) ;F= 0.5, N = 29, n =l.lxj=6Bcf =5xRe -0.228 = 0.0745oou = 0.277m Is o贝 Ap, = 224.3尸a i加2 = Nb(3.5含)詈；z =0Am,D=02m那么 Ap, = 2429.3P。2 EAPo = (Ap； + Api)FsNs ,其中 Fs = 1.15, Ns = 1,那么 EAp = 2918.96Pa90KPa o计算结果说明，管程和壳程的压力降均能满足设计条件。word完美格式专业资料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表4.1word完美格式参

4、数管 程壳程流率/ (kg/s)23.8017. 54进/出温度/25/3590/40压力/ kPW90W90物性定性温度/3065.5密度/ (kg/ms)995.7809比热容/(kJ/(kg K)4. 1741.890粘度/ (Pa s)0. 0008010.000355热导率/ (w/ (m K)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/mm213壳程数1管径/mm*25X2.5管心距/mm32管长/mm4500管子排列管数目/根30折流板数/个29传热面积/m214. 14折流板间距/mm100管程数1材质碳钢主要计算结果

5、管程壳程流速/ (m/s)1.620. 82外表传热系数/w/ (m2 K)67411353污垢阻力/ (w/rn2 K)0. 0001700.000172阻力/P8780220456热流量/kW995传热温差/K48. 29传热系数/ ( w/ (m2 K)764专业资料主要符号说明:P压力，Pa ;Q传热速率，W；R热阻,m2 K/W;Re雷诺准数；S传热面积，m2；t冷流体温度，C;T热流体温度，;u流速，m/s;qm质量流速，kg/h;h外表传热系数W/ （m2 K）;A有限差值；X导热系数,W/(m K);粘度，Pa s;P密度，kg/ma；P校正系数R转速，n/(r/min)H扬程

6、，mtm平均传热温差，A实际传热面积，m2Pr普郎特系数NB板数，块K总传热系数,W/（m2 K）qV体积流量Nt管数，根Np管程数I管长，mKc传热系数，W/（m K）参考书目1伍越寰，沈晓明.有机化学M.中国科学技术大学出版社.2柴诚敬，张国亮.化工原理M（第二版）上、下册.高等教育出版社.3陈声宗.化工设计M（第二版）化学工业出版社.4 陈敏恒，丛德兹.化工原理M（第三版）上、下册.化学工艺出版社.5高俊亭，毕万全,工程制图M（第三版）高等教育出版.word完美格式专业资料谢辞通过这次设计对我们单独解决问题的能力也有所提高。在整个过程中，我查 阅了相关书籍及文献，取其相关知识要点应用到课

7、设中，而且其中有很多相关设 备选取标准可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。这次课设的书写中对格式的要求也很严格，在老师的指导下我们按照毕业设计的 格式要求完成课设。这就为我们做毕业设计打下了基础。在此感谢我们的张杏梅老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、 学习中的典范；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次设计的每个实验 细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度， 帮助我能够很顺利的完成了这次设 计。因为我的知识有限，所做出的设计存在许多缺点和缺乏，请老师做出批评和指正。最 后感谢老师对这次课设的评阅。word完美格式专业资料

8、 TOC o 1-5 h z 1设计任务书3设计目的3设计任务33.3设计内容方案32 工艺计算及主要设备设计42. 1估算传热面积42. 1. 1基本物性数据查取42. 1.2热负荷计算42. 1.3确定流体流径52. 1.4计算平均温度差52. 1.5选取K值，估计传热面积52.2工艺结构尺寸52.3初选换热器型号62.4换热器核算72.4. 1 热流量核算82.4.2 壁温核算92.4.3 换热器内流体流动阻力103 设计结果113. 1 换热器的结构尺寸及计算结果12主要符号说明13参考文献 13word完美格式专业资料姓名：张伟（地址：西安文理学院化学工程学院，西安 ：7160065

9、）设计任务书设计目的在工厂实际生产中，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。设计任务设计任务：1、处理能力：5.万吨里苯/年2、设备型式：列管式换热器操作条件：1、甲苯：入口温度9江，出口温度4因。2、冷却介质：自来水，入口温度为C, 出口温度工C。3、允许压强降不大于90kPao4、每年按300天，每天24小时连续运行。设计

10、要求：1、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。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 现有的资料的分析比照，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）以及局部部件word完美格式专业资料图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工艺计算及主要设备设计估算传热面积基本物性数据查取甲苯的

11、定性温度=90 + 4。卜=60 水的定性温度水的定性温度I 2 /水的定性温度水的定性温度I 2 /=30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2.1甲苯、冷却水的物性参数甲苯在65下的有关物性数据循环冷却水在30下的物性数据密度P =873 密度P =873 kg/m3h定压比热容 Cp =1.57kJ/(kg t)h导热系数 入h=0. 1273W/ (m 寸)粘度口 h=0. 000454Pa s密度P =995. 7 kg/m3c定压比热容 Cp =4. 174kJ/(kg C)c导热系数 入c=0.6176W/(m 电)粘度u =0.000801 Pa sc甲苯质量流

12、量5x107q =kg / s = 1.929依 / s m，h 300 x 24 x 3600Q = q c (T-T) = 1.929x1.57x103 x50vv = 1.5 1 43x105 w / m,h pji 12忽略热损失，冷却水耗量W43X1054钿依/sc (t -t) 4.174x103x20p,c 21word完美格式专业资料确定流体的流径该设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。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甲苯甲苯9040甲苯冷却水35 25At55 15Nt 4

13、” =55 ；”0.79CW 15选K值，估计传热面积参照表格，取左=400川/（加2.）,那么1.5143x105400 x30.791.5143x105400 x30.791.5143x105400 x30.79= 12.295m21.5143x105400 x30.79= 12.295m2S =L15xS = 1.15x12.295 = 14.14加 2实际工艺结构尺寸由于两流体温度塞5 J 可选用固定管板式换热器。1、管径和管内流速选用025X2. 5mm较高级冷拔传热管（碳钢10）,取管内流速u=0. 4m/s。 02、管程数和传热管数q/v3.628 + 995.7N =x 30根

14、s Td2u4 ，4按单程管计算，所需的传热管长度为s12.295/ 57TZTTdN0 s根据本设计实际情况，现取传热管长L=4.5m,那么该换热器的管程数为N n，每 Pword完美格式专业资料层管数为30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. 25d ,那么 t=1.25X25=31.25 (mm) 取整 t=32(mm)。0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)。各程相邻的管间距为32mm

15、o4、壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按以下公式计算。D = t(nc 1) 4- 2b , b = 1.5d0管子按正三角形排列 =Ll/U x6那么壳体内径为D = 32x (6-l) + 2xl.5x0.025 = 160.878mm按卷制壳体的进级档，可取D=200mmo5、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 h = 0.25x 200 = 50mm折流板间距 z = 0.5D,那么 B = 0.75x 200 = 150mm折流板数 N =L-1= 4 5 -1 29块B B 0.156、其他附件本换热器传热管外径为25mm故其拉杆

16、直径为拉杆数为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：那么接管内径为:取接管内甲苯流速为u=0.4m/s,那么接管内径为:4x1一8734 ; o.O64m4x1一8734 ; o.O64mD 二 1xword完美格式专业资料圆整后可取管内径为70mmo管程流体进出口接管:取接管内循环水流速u = 0. 取接管内循环水流速u = 0. 7 m/s,那么接管内径为4 3.6284 x995.7 o.Q812m圆整后可取管内径为圆整后可取管内径为圆整后可取管内径为90mm o圆整后可取管内径为90mm o初选换热器型号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

17、为主要参数如下:外壳直径 213mm公称压力 2. 5MPa管子尺025mm X 外壳直径 213mm公称压力 2. 5MPa管子尺025mm X 2.5mm管子数n管程数Np30管长L 4500mm 管中心距 32mm管子排列方式正三角形管程流通面积0. 0119m2采用此换热面积的换热器,采用此换热面积的换热器,采用此换热面积的换热器,要求过程的总传热系数为:采用此换热面积的换热器,要求过程的总传热系数为:7 O 1.5143x105 k= = 348/(m2.)。5 xAr 14.14x30.79 0 m换热器核算4.1热流量核算a壳程外表传热系数，用克恩法计算=0.36)Reg55pr

18、i/3d=0.36)Reg55pri/3de=0.36)Reg55pri/3de0.14=0.36)Reg55pri/3de0.144 人=一当量直径，由正三角排列得:4 人=一t2 -4d0 ) 4X (0.866 X 0.0322 - 0.785 X 0.0252)兀x 0.02(m)壳程流通截面积：d0.025S = zxD(l-_o) = O.O5xO.lx(l-)=5.338xl0-3m2。t0.032word完美格式专业资料壳程流体流速及其雷诺数分别为:u = 0.277m/55.338x10-3du p 0.02x0.277x873.4 .nc_oHe =000=-/=10658

19、o )u0.0004540普朗特数：Pr =0-41.57x103x0,000454 .5990.1273= 0.950.14粘度校正：0.1273a =0.36x x1 O658o.55 x5.559o.5 x0.95 = 531.76w/m2.0.02b管内普朗特数：Pr =0-41.57x103x0,000454 .5990.1273= 0.950.14粘度校正：0.1273a =0.36x x1 O658o.55 x5.559o.5 x0.95 = 531.76w/m2.0.02b管内外表传热系数:管程流体流通截面积:)% = 0.023云 Re y Pr：,s = 0.003 m 21管程流体流速及其雷诺数分别为：3 .628 + 995 .7=1 .