化工原理课程设计--用水冷却氯苯换热器设计

化工原理课程设计--用水冷却氯苯换热器设计 成绩 东南大学成贤学院 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 用水冷却氯苯换热器设计 课 程 名 称 化工原理 专 业 化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与工艺 班 级 11化工 2班 学 生 姓 名 张冬燕 学 号 06111205 设 计 地 点 成贤院 315 指 导 教 师 姚刚 设计起止时间:2013年9月2日至2013年9月13日 1 目录 1.1.换热器设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ 未定义书签。3- 1.2(换热器的结构形式。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.3管板式换热器的优点。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ - 未定义书签。4 1.4列管式换热器的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ 未定义书签。5- 1.6管板式换热器的类型及工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ 未定义书签。6- 1.7确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ 未定义书签。7- 2.1设计参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 2.2核算总传热系数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 2.3核算压力降 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。错误～ 未定义书签。10- 2.4换热器主要结构尺寸和计算结果。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2.5 换热器结构图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2.6管板分布图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2.7结束语。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2.8参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2 1.1课程设计任务书 一、 设计题目:水冷却氯苯换热器的设计 二、 操作条件: 1. 氯苯:入口温度120?，出口温度25?。 2. 冷却介质:循环水，入口温度20?。 5 3. 允许压强降:不大于1×10Pa。 4. 每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、 设备型式:管壳式换热器 四、 处理能力:学号，40万吨/年 五、 设计要求: 1. 选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2. 管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计 3. 设计结果概要或设计结果一览表 。 4. 设备简图(要求按比例画出主要结构及尺寸)。 5. 对本设计的评述及有关问题的讨论。 1.2换热器的结构形式 1.管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单， 坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式 换热器根据结构特点分为以下几种: (1) 固定管板式换热器 固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉， 3 但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50?且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。 带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70?且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。 (2) 浮头式换热器 浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。 (3) 填料涵式换热器 填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。 2.蛇管式换热器 蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单，操作最方便的一种换热设备，通常按照换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。 3.套管式换热器 套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管，其内管用U型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管内、外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流动，有利于传热。此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热。 1.3管板式换热器的优点 (1) 换热效率高,热损失小 在最好的工况条件下, 换热系数可以达到6000W/ m2K, 在一般的工况条件下, 换热系数也可以在3000,4000 W/ m2K左右,是管壳式换热器的3,5倍。设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 3,1/ 4。 (2) 占地面积小重量轻 除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。换热所用板片的厚度仅为0. 6,0. 8mm。同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。 4 (3) 污垢系数低 流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。 (4) 检修、清洗方便 换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。 (5) 产品适用面广 设备最高耐温可达180 ?, 耐压2. 0MPa , 特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。 当然板式换热器也存在一定的缺点, 比如工作压力和工作温度不是很高, 限制了其在较为复杂工况中的使用。同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质。 1.4列管式换热器的结构 介质流经传热管内的通道部分称为管程。 (1)换热管布置和排列间距 常用换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、ф25×2.5 mm(碳钢10)。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄;同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。 (A) (B)(C) (D) (E) 5 图 1-4 换热管在管板上的排列方式 (A) 正方形直列 (B)正方形错列 (C) 三角形直列 (D)三角形错列 (E)同心圆排列 正三角形排列结构紧凑;正方形排列便于机械清洗;同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列;浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。 (2)管板 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。 管板与管子的连接可胀接或焊接。胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的。胀接法一般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过4 MPa，设计温度不超过350?的场合。 (3)封头和管箱 封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。 ?封头 当壳体直径较小时常采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。 ?管箱 换热器管内流体进出口的空间称为管箱,壳径较大的换热器大多采用管箱结构。由于清洗、检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。 ?分程隔板 当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。这样可提高介质流速，增强传热。管程多者可达16程，常用的有2、4、6程。在布置时应尽量使管程流体与壳程流体成逆流布置，以增强传热，同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。 板式换热器的类型及工作原理 1.5管 板式换热器按照组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等形式;按照换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。各种形式进行组合可以满足不同的工况需求,在使用中更有针对性。比如同样是人字形波纹的板片还因采用粘结式还是搭扣式密封垫而有所不同, 采用搭扣式密封垫可以有效的避免胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀, 并且设备拆装更加方便。又如焊接式 6 板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器, 可以达到250 ?、2. 5MPa 。因此同样是板式换热器, 因其形式的多样性,可以应用于较为广泛的领域,在大多数热交换工艺过程都可以使用。 虽然板式换热器有多种形式, 但其工作原理大致相同。板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起, 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动, 在板片波纹的作用下形成激烈的湍流, 犹如用筷子搅动杯中的热水, 加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触, 通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割, 或者通过大量的焊缝来保证, 在换热板片不开裂穿孔的情况下, 冷热介质不会发生混淆。 1.6确定设计方案 1选择换热器的类型 两流体温的变化情况:热流体进口温度120? 出口温度25?;冷流体进口温度20?，出口温度为30?，该换热器用循环冷却，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大管壳两物质温度相差较大时，应该设置膨胀节，因此初步确定选用管板式换热器。 2 管程安排 由于氯苯的的物理化学性质，不易产生污垢，水质时间长会产生水垢，而且管程 容易清洗，壳程不易清洗，所以选择水走管程，氯苯走壳程。 2.1设计参数 120+25=72.5 氯苯的定性温度: T=? 2 密度 : ρ,1050kg/m3 0 定压比热容 : Cp,1.484kJ/kg? 0 热导率 : λ,0.117W/m? 0 粘度 : μ,0.46mPa)s 0 20，30T,,25:C 水的定性温度: 2 密度 : ρ,995kg/m3 i 定压比热容 : Cp,4.185kJ/kg? i 热导率 : λ,0.606W/ m? i 粘度: μ,0.923m Pa)s i 7 2.2核算总传热系数 1.热流量 W=450000000/330/24/360=15.78kg/s 2.平均传热温差 TT12905,,?t? ,,29.4m=t190lnlnt25 3.冷却水用量 Q2225.20 wkgs,,,53.17/icpt,,4.18510im 4.有关参数 TT,,12025tt,,30201221， R,,,9.5P,,,0.1tt,,3020Tt,,120202111 [1]根据R，P值，查《化工原理》P-280图4-19可读得，温度校正系数φ=0.85，Δt则平均温度差Δt=Δt’ φ=29.4×0.85=25? mmΔt 5.按经验数值初选总传热系数K 0(估) 2 选取K=540W/(m??) 0(估) 6.初算出所需传热面积 3Q2225.210，20 Am,,,165Kt,,，54025m估 7.计算工艺结构尺寸 (1)管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管(碳钢)，取管内流速u=0.95m/s。 1(2)管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数: V53.15/995Ns= ,,根179,,22,,du(0.02)0.95i44 按单程管计算，所需的传热管长度为: A165,,12 m L=,,nd1790.02，，i 按单程管设计，根据本设计实际情况，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为: L12,,2N= Pl6 传热管总根数: N= 1792358，,根 t 由于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 由于壳程流体是不污性介质，采用等边三角形排列法。等边三角形排列法在一定的管板 8 面积上可以配置较多的管数，而且由于管子之间的距离都相等，在管板加工时便于划线 与钻孔。 取管心距t=1.25d，则 t=1.25×25=31.25?32? 0 (4)壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率η=0.85 ，则壳体内径为: DtN,,，,1.05/1.0532358/0.85683,T 可取D=700mm (5)折流板 取折流板间距h=0.15m 传热管长6000-1=-1=39 折流板数目N=B折流板间距1508.换热器核算 c,du,,,p0.551/30.14e0(1)壳程对流传热系数: ,0.36()()()(),0d,,,ew d0.0250AhD,,,，,,(1)0.150.7(1)0.021壳程流通截面积: t0.032 V15.78s,,,,0.72壳程流体流速: 0，10500.021A ,224()td,04当量直径: de,,0.025d,0 du,e0Re40732,,雷诺数: 0, c,p,,5.89pr普朗特数: 0, ,0.14壳程中氯苯被冷却，取=0.95，所以 () ,w 0.120.551/3,,，,0.36()(40730)(5.89)11040 00.025 ,0.80.4(2)管程对流传热系数 ,0.023RePr,iiidi 9 ,,n35822管程流通面积: ,,，，,Ad0.020.56ii442Np V53.17s,,,,管程流体流速:1 0，9950.056A du,iiRe22111,,雷诺数: 0, c,p,,6.4普朗特数:pr i, 所以 0.6060.80.4,,,0.023(22111)(6.4)4405 i0.02(3)污垢热阻和管壁热阻 2管外侧污垢热阻 RmCW,,:0.00017/so 2管内侧污垢热阻 RmCW,,:0.00017/si 管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为50w/(m?K)。 (4)计算总传热系数 11K,,,5940,3ddbd1，，125252.5100.025000，，，，RR，，，，0.00170.0017sosi,,,ddd，，10402044052500.025iiim0 Q20所需传热面积: 150Am,,需Kt,,m0 2Sndlm,,,169实际传热面积: 0 169150,，100传热面积裕度:,=12.6, 150 2.3核算压力降 ,,,,，,p()ppFNN(1)管程压力降: itps12 10 其中F=1.4，N=2，=1 NtpS ,0.1设管壁粗糙度由天津大学出版化工原理上册第一章 ,,,mm0.1,0.005,,d20i 中关系图中查得:，所以 ,----Re,=0.034 直管中因摩擦阻力引起的压力降: 2Lu,69951， ,,,，，,pPa0.0345074.5,1d20.022 回弯管中因摩擦阻力引起的压力降 2,u9951， ,,,，,pPa331492.5 222 ,,,，，，,PPa(1492.55074.5)1.4218387.6i ''(2)壳程压力降:,,,,，,p()ppFN ss012 2,u'0,,,,，1.15,1,(1)FNpFfnN 其中， sscB102 n,,1.135820 管子按正三角形排列: c 曲折流挡板间距:h=0.15m L6N,,,,,1139 折流挡板数: Bh0.15 11 2 壳程流通面积: AhDnd,,,，()0.150.7-200.025=0.03m()c00 15.78 流速:ums,,0.5/ 010500.03， ,du0.0250.51050，，00Re28287,,, 雷诺数:0,30.46410，, ,,0.2280.228壳程流体的摩擦系数: f,,，,5.0Re5.0(28287)0.4800 210500.5，',,，，，,p0.50.4820(391)25200流体横过管束的压力降: 12流体通过折流板缺口的压力降: 22,u220.1510500.5h，，'0,,,,,,pN(35)39(35)15722 B2D20.72 ',,，，,pPa(2520015722)1.1547060.3 2 计算表明，管程和壳程压力降都能满足题设要求。 2.4换热器主要结构尺寸和计算结果: 换热器型式:固定管板式 换热器面积(?):150 工艺参数 名称 管程 壳程 物料名称 河水 氯苯 操作压力，MPa 0.5 0.5 操作温度，? 20/30 25/120 12 流量，kg/s 53.17 15.78 995 1050 3流体密度，kg/ m 流速，m/s 1 0.72 传热量，kw 2225.2 总传热系数，w/??k 594 对流传热系数，w/??k 4405 1040 污垢系数，??k/w 0.00017 0.00017 阻力将，Pa 18387.6 47060.3 程数 4 1 使用材料 碳钢 碳钢 管子规格 Φ25mm×管数 358 管长，mm 6000 2.5mm 管间距，mm 32 排列方式 正三角形 折流挡板型式 上下 间距，150 切口高度25% mm 壳体内径，mm 700 项目 数据 项目 数据 壳径D(DN) 500mm 管尺寸 ? 25mmX2 管程数Np(N) 2 管长l(L) 6m 管数n 358 管排列方式 正三角形排列 中心排管数nc 13 管心距 32mm 管程流通面积传热面积 22169 m 150m Si 13 换热器结构图 14 管板分布图 15 结束语 化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 在换热器的设计过程中,我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以 下几点: (1)掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中 搜集)的能力; (2)树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和解决实际问题的能力; (3)培养了迅速准确的进行工程计算的能力; (4)学会了用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为煤油的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要. 16 主要参考文献 [1] 《化工原理》天津大学化工原理教研室编 天津:天津大学出版社. (1999) [2] 《换热器》秦叔经、叶文邦等 ，化学工业出版社(2003) 06) [3] 《化工原理(第三版)上、下册》谭天恩、窦梅、周明华等，化学工业出版社(20[4] 《化工过程及设备设计》华南工学院化工原理教研室(1987) [5] 《 化工原理课程设计》贾绍义等，天津大学出版社(2003) 17