化工13级G杰化工课程设计2-1

中国石油大学（华东）化工原理课程设计2-1化工原理课程设计2-1说明书题目：芳烃冷却器设计学生姓名：郭杰学号：1303010806专业班级：化学工程与工艺1306班指导教师：王兰娟2015年7月9日中国石油大学（华东）化工原理课程设计2-1化工原理课程设计（2-1）任务书专业班级：化工1306学号：1303010806学生：郭杰一、题目芳烃冷却器的设计二、设计任务及操作条件工艺流体热流体（苯51%+甲苯49%)冷流体（Water）总质量流率/（kg·s-1）3128入口温度/℃9328出口温度/℃54入口压力（绝压）/kPa550450允许压力降/kPa9060污垢热阻/（m2·K·W-1）0.000150.00016注：热流体组成为质量百分数三、选择合适的列管式换热器并进行核算1选择合适的换热器；2计算热负荷；3计算温差和估计传热系数；中国石油大学（华东）化工原理课程设计2-14估算换热面积；5计算管程压降和给热系数；6计算壳程压降和给热系数；7计算传热系数；8校核传热面积。四、设计要求1.手工计算完成换热器设计与校核；2.用EDR软件完成换热器的设计、校核；3.提交电子版及纸板：设计说明书、计算源程序。发出日期2015年7月6日交入日期2015年7月11日指导教师王兰娟中国石油大学（华东）化工原理课程设计2-1目录前言……………………………………………………………………………………………1第1章设计计算…………………………………………………………………………………31.1确定设计方案……………………………………………………………………………31.1.1选定换热器类型……………………………………………………………………31.1.2选定流体流动空间及流速…………………………………………………………31.2确定物性数据……………………………………………………………………………31.3计算总传热系数…………………………………………………………………………31.3.1计算热负荷（热流量）…………………………………………………………31.3.2计算逆流平均温度差……………………………………………………………31.4总传热系数K……………………………………………………………………………41.5估算传热面积……………………………………………………………………………41.6工艺结构尺寸……………………………………………………………………………41.6.1管径和管内流速…………………………………………………………………41.6.2管程数和传热管数………………………………………………………………41.6.3平均传热温差校正及壳程数……………………………………………………41.6.4传热管排列和分程方法…………………………………………………………41.6.5壳体内径…………………………………………………………………………51.6.6折流板……………………………………………………………………………5第2章校核计算…………………………………………………………………………………62.1热量核算…………………………………………………………………………………62.1.1壳程对流给热系数………………………………………………………………62.1.2管程对流给热系数………………………………………………………………72.1.3传热K………………………………………………………………………………72.1.4传热面积…………………………………………………………………………72.2换热器内流体的流动阻力………………………………………………………………72.2.1管程流动阻力……………………………………………………………………72.2.2壳程流动阻力……………………………………………………………………8第3章换热器主要工艺结构参数和计算结果…………………………………………………9第4章EDR设计与校核…………………………………………………………………………10中国石油大学（华东）化工原理课程设计2-14.1初步规定………………………………………………………………………………104.2EDR设计………………………………………………………………………………104.2.1建立文件………………………………………………………………………104.2.2设置选项………………………………………………………………………104.2.3工艺参数………………………………………………………………………114.2.4物性数据………………………………………………………………………124.2.5结构数据………………………………………………………………………124.2.6结果数据………………………………………………………………………134.3EDR校核………………………………………………………………………………154.3.1换热器评价分析及调整选项…………………………………………………154.3.2EDR校核分析…………………………………………………………………164.4EDR设计结果…………………………………………………………………………17参考文献…………………………………………………………………………………………18致谢……………………………………………………………………………………………19附录…………………………………………………………………………………………20附录A………………………………………………………………………………………20附录B………………………………………………………………………………………22前言1前言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。35％～40％。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（板翅式、管翅式等），如表1所示。表1传热器的结构分类类型特点间壁式管壳式列管式固定管板式刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板面式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板式可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能平板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净前言2板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触蓄热式换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。（1）合理地实现所规定的工艺条件（2）安全可靠（3）有利于安装、操作与维修（4）经济合理设计计算3第1章设计计算1.1确定设计方案1.1.1选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体（苯40%+甲苯60%）入口温度为93℃，出口温度为54℃，冷流体（冷却水）入口温度为28℃，出口温度选为48℃.两流体的定性温度如下：热流体（苯40%+甲苯60%）的定性温度mT=（93+54）/2=73.5℃冷却水定性温度mt=（28+48）/2=38℃两流体的温度差mmtT=73.5-38=35.5℃因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的列管式换热器。1.1.2选定流体流动空间及流速因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，热流体走壳程。同时选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速取smui/5.0。1.2确定物性数据两流体在定性温度下的物性数据如下表：表2两流体在定性温度下的物性流体物性定性温度℃密度kg/m3粘度mPa•s比热kJ/(kg•℃)导热系数W/(m•℃)热流体73.5823.850.32891.8760.1263冷却水38995.190.67844.1880.61731.3计算总传热系数1.3.1计算热负荷（热流量）按热流体计算，即WTTcWQp621110268.2)5493(876.131)(1(1-1)1.3.2计算逆流平均温度差65.34)2854()4893(ln)2854()4893()()(ln)()(12211221TTtTtTtTtm(1-2)设计计算41.4总传热系数K假设总传热系数556)./(W2Km1.5估算传热面积26,m75.11764.3455610268.2逆mtKQS(1-3)考虑15%的面积裕度，2m42.13575.11715.115.1SS1.6工艺结构尺寸1.6.1管径和管内流速选用的碳钢换热管5.225,管内流速m/s5.0iu。1.6.2管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数1802.1795.002.0785.019.995/284/22iisudVn(1-4)按单管程计算所需换热管的长度m98.11025.014.318042.135osdnSL(1-5)按单管程设计，传热管过长，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为（管程）2698.11lLNp(1-6)传热管的总根数N=180×2=360根1.6.3平均传热温差校正及壳程数.95128485493308.02893284812211112ttTTRtTttP(1-7)按单壳程双管程结构查单壳程Ψ-P-R图，得Ψ=0.84∆t=0.84∆mt=0.84×34.64=29.10℃(1-8)单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差3.30195.195.11308.02195.195.11308.02ln2848195.1112112ln122222122RRPRRPttRtm(1-9)设计计算51.6.4传热管排列和分程方法采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。取管心距t=1.250d,则t=1.25×25≈32mm横过管束中心线的管数cn=1.19N=1.19360=23根1.6.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径mmNt7627.0/3603205.1/05.1D，圆整取D=800mm(1-10)1.6.6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%，则切去的圆缺高度为h=0.25×800=200mm,取h=200mm取折流板间距为B=0.3D=0.3×800=240mm,取B=300mm折流板数块——折流板间距传热管长19130060001BN，折流板圆缺水平安装。1.6.7接管壳程流体（热流体）进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/