甲苯换热器课程设计

武汉长江工商学院化工原理课程设计甲苯换热器设计系：环生系班级：09402班姓名：岳彪学号：09040042完成时间：2011年11月30日列管式换热器设计说明书2课程设计任务书某厂用循环冷却水甲苯从80°冷却到50°C，甲苯年处理能力为18000t／a，压力为6.5MPa,循环冷却水的入口温度为25°C，出口温度为35°C，要求冷凝器允许压降不大于500000Pa,试设计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。每年按330天计算，每天按24小时连续运行。流体定性温度／°C密度／﹙㎏／m³粘度／mPa·s比热容热导率甲苯658660.4451.91kJ﹙㎏·K﹚0.1273w／﹙m.k循环冷却水30994.30.7424.174kJ(kg·°C﹚0.624w／(m.°C列管式换热器设计说明书3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、标题页····························································3二、方案设计···························································4三、确定设计方案························································4四、确定物性数据························································4五、计算总传热系数·····················································4六、计算传热面积·························································5七、工艺结构尺寸计算······················································5八、换热器核算···························································7九换热器主要结构参数和设计结果一览表····································10十、对本设计的评价·····················································11十一、自设计使用该换热器的工艺流程图····································12十二、参考文献··························································12列管式换热器设计说明书4二、方案设计某厂在生产过程中，需将甲苯从80℃冷却到50℃。甲苯年处理能力为18000t／a。压力为6.5Mpa，冷却水入口温度25℃，出口温度35℃。要求冷凝器压降不大于500KPa。试设计能完成上述任务的管壳式换热器。三、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80℃，出口温度50℃冷流体。冷流体进口温度25℃，出口温度35℃。由于管壁与壳壁的温差低于60℃—70℃，而且考虑到制作简单便宜，因此采用逆流，初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确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25×2mm的碳钢管，管内流速取ui=0.94m/ｓ。四、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。甲苯的定性温度为：T=﹙80+50﹚／2=65℃冷却水的定性温度为：t=﹙25+35)／2=30℃根据定性温度，由已知图表数据提供可得：甲苯在70℃下的有关物性数据如下：密度ρo=886kg/m3比热容cpo=1.91kJ/(kg·℃)热导率λo=0.1273W/(m·℃)粘度μo=0.000445Pa·s冷却水在30℃下的物性数据：密度ρi=994.3kg/m3定压比热容cpi=4.174kJ/(kg·℃)热导率λi=0.624W/(m·℃)粘度μi=0.000742Pa·s五．计算总传热系数（1）热流量由甲苯的年处理能力18000t／a可知：甲苯的流量为18000000／﹙330×24﹚=2272.73㎏／hQo=Lcp1Δt1=2272.73×1910×(80-50)/3600=36174.24kW(2)冷却水用量qm2=Qo/cp2Δt2=36174.24/19100×3600=6818.18kJ/h3）平均传热温差△Tm=[﹙80-35﹚－﹙50－25﹚]／㏑[﹙80-35﹚／﹙50－25﹚]=34.03℃（4）初算传热面积查表可得：假设K=600W/m2.oCA=Q／（KΔTm﹚=1.772m²取安全系数1.3，A=2.3m²5、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速及管长列管式换热器设计说明书5选用25×2mm传热管(碳钢)，管长取2m，则需要管字数为NN=A／（πdl﹚=2.3／﹙3.14×0.025×2﹚=15﹙根﹚为了便于铺管，一般取管程的倍数，即N=16﹙根﹚（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数61060304080140R111301403040P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℃5.7704.1729807.0t'tmmt（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=1.25d0，则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根117.10861.1CN（5）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为mm2917.0862505.1t05.1ND圆整可取D＝325mm（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＝0.25×325＝81.25mm，故可取h＝82mm。取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×325＝97.5mm，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u＝1..0m/s，则接管内径为m05678.00.114.38.510973600/100004u4d1）（V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u＝2m/s，则接管内径为列管式换热器设计说明书6m0675.0214.33.9943600/255904d2）（圆整后可取管内径为70mm6．换热器核算（1）热量核算①壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式14.0w3/155.0oeored36.0）（PR当量直径，由正三角形排列得m0173.0019.014.3)019.04025.023(4)423(42222ooeddtd壳程流通截面积m0078.025191325100td1oo）（）（BDS壳程流体流速及其雷诺数分别为1200000051.08.5109710173.0324.0e/m324.00078.08.510973600/10000uooRs）（普兰特准数p=6.449粘度校正114.0w）（℃）（23/155.0om/936149.46143000173.0138.036.0W②管程对流传热系数4.08.0iiired023.0PR管程流通截面积22im00759.02/86015.0785.0S管程流体流速列管式换热器设计说明书718934000742.03.994942.0015.0Res/m942.000759.03.9943600/25590uii）（普兰特准数℃）24.08.0i3/(47956.9418934015.0624.0023.096.4624.0000742.010174.4rmWP③传热系数K℃）（＋＋＋＋＋＋＋＋2osomoioiiiom/5099361000176.001692.045019.0002.0015.0019.0000344.0015.04795019.011dbddddd1WRRK④传热面积S2m''0.184.172509296700tmKQS该换热器的实际传热面积Sp2op.3m10862019.014.3ldNS该换热器的面积裕度为267.110.8.310''SS传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（2）换热器内流体的压力降①管程流动阻力∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNpNs=1,Np=2,Ft=1.52u2udl222i1PP，由Re＝18934，传热管相对粗糙度0.01/15＝0.0067，查莫狄图得λi＝0.0028W/m·℃，流速ui＝0.942m/s，ρ＝994.3kg/m3，所以列管式换热器设计说明书8ak40a.3k824.12.3147.61ak2.312942.03.9943ak47.612942.03.994015.02028.0i2221PPPPPPP＜）（管程压力降在允许范围之内。②壳程压力降5.11,1'2'1oFtNsFtNsPPP）（流体流经管束的阻力PaPuNnfFuNnFfPoBcooBcok53.432324.08.51097)119(1155.0324.0,19,111200055.02)1(2'1228.02'1流体流过折流板缺口的阻力ak402.675.11177.1353.43ak77.132324.08.5197)3.0082.025.3(192)h25.3(3.0,082.0h2)h25.3(o22'22'2PPPuDNPmDmuDNPoBoB＜）（总压力降壳程压力降也比较适宜。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列管式换热器设计说明书9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Ф19×2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，还荒谬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，终于把计算部分完成了。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，列管式换热器设计说明书10果真用这设计的话，也是谋财害命。所以我决定重新来过。这时离交作业还有三天，做出来的裕度居然一直都在50％以上，重新分析计算的过程