15万吨苯冷却器

环境工程原理课程设计学院:化学与环境工程学院专业：环境工程学号:122209201133姓名:指导老师：时间:2015.1.10到2015.1.17目录I目录1设计任务书.............................................................................................11.1设计任务与操作条件...........................................11.2具体要求.....................................................11.3设计说明书的内容......................................................................................................12文件综述.............................................................................................................................23年产15万吨苯冷却器的工艺设计........................................................................83.1确定设计方案：...............................................83.2确定流体的流动空间：.........................................83.3计算定性温度，确定流体的物性参数：...........................83.4初步估算传热面积.............................................83.4.1苯的流量及热负荷：.............................................83.4.2冷却水的用量：.................................................83.4.3平均传热温差：.................................................93.4.4初算传热面积：.................................................93.5工艺结构和尺寸...............................................93.5.1管径和管内流速：...............................................................................................93.5.2管程数和传热管数：.........................................................................................103.5.3传热管排列和分程方法：.................................................................................103.5.4壳体直径：.........................................................................................................103.5.5折流板：.............................................................................................................103.5.6接管：.................................................................................................................103.6核算..........................................................................................................113.6.1传热面积核算：.................................................................................................113.6.2换热器流体阻力损失：.....................................................................................123.7对本设计的评述……………………………………………………………123.8换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表......................143.9符号说明....................................................143.10参考文献..................................................1763.11设备图……………………………………………………………………17环境工程原理课程设计1一设计任务书一、设计任务与操作条件1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃2、冷却介质：自来水，入口温度30℃，出口温度40℃3、允许压强降：不大于100kPa4、每年按330天计，每天24小时连续运行。表1两流体在定性温度下的物性数据物性流体密度㎏/m3比热KJ/(㎏·oC)粘度mPa·s导热系W/(m·oC)苯836.61.8280.3810.151水996.354.1760.8520.613二、具体要求本设计要求完成以下设计及计算：1、换热器工艺设计及计算：包括物料衡算、能量衡算、工艺参数选定及其计算；2、换热器结构设计：包括换热设备的主要结构设计及其尺寸的确定等；3、绘制换热器装配图：包括设备的各类尺寸、技术特性表等，4、编写设计说明书：作为整个设计工作的书面总结，说明书应简练、整洁、文字准确。三、设计说明书的内容（1）目录；（2）设计题目及原始数据(任务书)；（3）论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；（4）换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；（5）设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；（6）设计结果汇总（7）换热器设备图1张（A4）（8）设计评述（9）参考文献环境工程原理课程设计2二、文件综述换热器简介：换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。图1.列管式换热器图2.浮头式换热器图3.U型管式换热器1.换热器的种类：换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。1.1间壁式换热器的类型：1)夹套式换热器：这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。2)沉浸式蛇管换热器：这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；环境工程原理课程设计3其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。3)喷淋式换热器：这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。4)套管式换热器：套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成。在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。5)管壳式换热器：管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器。管壳式换热器主要有壳体，管束，管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上，在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板，折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度，可在两端封头内设置适当隔板，将全部管子平均分隔成若干组。这样，流体可每次只通过部分管子而往返管束多次，称为多管程。同样，为提高管外流速，可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。在管壳式换热器内，由于管内外流体温度不同，壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上松脱。因此，当管束和壳体温度差超过50℃时，应采取适当的温差补偿措施，环境工程原理课程设计4消除或减小热应力。1.2混合式换热器：混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：1)冷却塔(或称冷水塔)：在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)：在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷