化工原理课程设计---苯冷却器的设计

XXXX大学

化工原理课程设计

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目录

一、设计任务书-----------------------------------------------

1、设计题目--------------------------------------------- 2、工艺要求及操作条件------------------------------ 3、设计要求--------------------------------------------- 二、设计说明书----------------------------------------------

1、确定设计方案-------------------------------------- 2、确定物性数据-------------------------------------- 3、计算总传热系数----------------------------------- 4、计算出热面积-------------------------------------- 5、工艺结构尺寸的计算----------------------------- 6、换热器核算----------------------------------------- 三、设计课汇集----------------------------------------------- 四、评价-------------------------------------------------------- 五、参考文献--------------------------------------------------

一.设计任务

(一)设计题目：苯冷却器的设计 (二)工艺要求及操作条件

1. 处理能力：6000 kg/h 2. 设备形式：列管式换热器 3. 操作条件

a. 苯入口温度70℃，出口温度30℃。

b. 冷却剂：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃。 c. 允许压差：不大于105 Pa。

d. 苯定性温度下的物性数据：查阅化工原理附录。

(三)设计要求：

1. 设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、

封头、隔板及接管等。

2. 绘制列管式换热器的装配简图。 3. 编写课程设计说明书。

苯的定性温度：

T(7030)/250℃

密度 ρ0＝876.5kg/m3 定压比热容 Cp0＝1.68kJ/kg℃ 热导率 λ0＝0.138W/m℃ 粘度 μ0＝0.00044Pa﹒s 水的定性温度：

T(2030)/225C

密度 ρi＝996.95kg/m3

定压比热容 Cpi＝4.178kJ/kg℃ 热导率 λi＝0.61W/ m℃ 粘度 μi＝0.000903 Pa﹒s (三)计算总传热系数 1.热流量

Q0m0cp0T60001.68(7030)4.032105 kJ/h=112 KW 2.平均传热温差

'tm=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)=(40-10)/㏑(40/10)=27.3℃

式中：t1703040℃ ,t2302010℃ 3. 冷却水用量

wiQ04032009650.6 (kg/h) cpiti4.178104.总传热系数K 管程传热系数

Rediuiii0.020.5996.9511040.40.000903cpiiai0.023idiuii0.8()()0.4diii

0.612

(111040)0.8(6.02103)0.4157.5 W/(m·℃) 0.02壳传热系数

i0.023假设壳程的传热系数0290 W/(m2·℃)； 污垢热阻

Rsi0.000344 W/(m2·℃) Rso0.000172 W/(m2·℃)

管壁的导热系数45 W/(m2·℃)

K1

dodobdo1RsiRsoaidididiao =

10.0250.0250.00250.02510.0003440.000172157.50.0200.020450.0225290 =83 W

（四）计算传热面积

S'Q0112000=49.4 (㎡) Ktm8327.3考虑15%的裕度面积，S1.15S'1.1542.849.2 (㎡) （五）工艺结构尺寸 1.管径和管内流速

选用252.5传热管（碳钢），取管内流速i0.5 m/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

V9650.6/(9973600)ns17.117（根） 220.7850.020.5diu4

按单程管计算，所需传热管长度为

LS56.8112.5 （m) odns3.140.02517.1按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6 （m）,则该换热器管程数为

L12.5Np2 (管程)

l6传热管得总根数 N17234 （根） 3。平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数

703043020

4030P0.27020R按单壳程双管程结构温差校正系数应查有关图表。 有图表可得到t0.97 平均传热温差

'tmttm0.9727.325.4（℃）

4.传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均安正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t1.25d0，则

t1.252531.2532（mm） 横过管束中心线的管数

nc1.19347 （根）

5.壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率0.7则壳体内径为

D1.05tN1.153234/0.7234.2250（mm)

6.折断板

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25062.5（mm),故可取h70（mm)。 取折流板间距B0.3D，则

B0.325075（mm),可取B=100（mm)。 折流板数NB传热管长6000-1-159 （块）

折流板间距1000折流板圆缺面水平装配。

7.接管

壳程流体进口接管：取接管内油品流速为u=1.0 m/s,则内管内径为

d4Vu46000/(3600876.5)0.049（m)

3.141.0取标准管径为50 mm。

管程流体进出口接管：取管接管内循环水流速u1.5 m/s,则接管内径为

d46000/(3600996.95)0.0511 （m)。

3.141.5取标准管径为80 mm。 （六）换热器核算 1.热量核算

（1）壳程对流传热系数对圆缺折流板，可采用克恩公式

ao0.36odeRe0.55Pr(13o0.14) w当量直径，有正三角形排列得

4(de3223tdo)4(0.03220.0252)24240.020 （m) do3.140.025壳程流通截面积 do0.025SoBD(1)0.150.45(1)0.01476（m）

t0.032壳程立体流速及其雷诺数分别为

6000/(3600876.5)0.129(m/s)

0.014760.0200.129876.5Reo5139

0.00044普兰特准数 uo1.6810344105Pr5.36

0.138粘度校正

(0.14)1 w0.1382

51390.555.361/3478 W/(m·℃) 0.02管程对流传热系数 o0.36i0.36idiRePr

0.80.4管程流通截面积

Si0.7850.022340.0053 2管程流体流速

11040/(3600996.95)ui0.58 (m/s)

00.00530.020.58997Re12807 49.0310普兰特准数

4.1781039.03104Pr6.180.61 0.61i0.023128070.86.180.428070.02

（3）传热系数K

K1

dodobdo1RsiRsoaidididiao10.0250.0250.00250.02510.0003440.000172

28070.020.020450.0225478312.4W/(m2·℃)（4）传热面积S

Q112103 S14.1

Ktm312.425.4Spd0L(Nnc)3.140.025(60.06)(347)12.6(m)该换热器的面积裕度为

HSpSS100%14.412.6100%11.9%

12.62

传热面积裕度合适该换热器能够完成生产任务。 2.换热器内流体的流动阻力

pi(p1p2)FtNsNp

Ns1,Np2,Ft1.5

lu2u2p1i，p2

d22

由Re=12807，传热管相对粗糙度

0.01查莫迪图得i0.038W（m·℃），0.005，

20流速ui0.58m/s,997kg/m3，所以

60.582997p10.0381912（Pa）

0.0229970.582P23503(Pa)

2P(PP)1.522415.0 < 10 kPa

12管程流动阻力在允许范围之内。 （2）壳程阻力

''p(ppo12)FtNs

Ns1,Ft1

流体流经管束的阻力

pFfonc(Nb1)'1u22

F0.5

fo5128070.2280.578nc7NB59,uo0.129

876.50.1292P0.50.5787(591)885（Pa)

2'1流体流过折流板缺口的阻力

2BuoP2NB(3.5)

D2'2B=0.15，D=0.45

20.15876.50.1292P259(3.5)549.8（Pa） 0.452'总阻力

Po549.88851434.8（Pa） < 10 kPa

(3)换热器主要结构尺寸和计算结果见表 换热器型式：固定官板式 管口表 化热面积（m2）： 符号 工艺参数 名称 物料名称 操作压力，Mpa 操作温度,℃ 流量，kg/h 流体密度,kg/m3 流速,m/s 传热量,kW 程数 阻力降 总传热系数 管程 2 壳程 1 a b c d e f 管子规格 管间距，mm 折流板型式： 切口高度 管长 尺寸 用途 材料： 排列方式 间距 管数 壳体内径 连接型式 碳钢 正三角形