粗苯冷却换热器设计方案

1 粗苯冷却换热器 第一章 前 言 换热器 ,也称热交换器 ,用以不同温度流体间进行换热的设备 在石油，化工工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体，这些过程均可通过换热设备来完成。 换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一。其正确的设备，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性，经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有十分重要的影响。换热器的名称由于其作用、特征及工业部门的习惯不同，而多种多样。例如，以其作用命名的如蒸气过热器，是把 蒸气加热到一定的过热状态的换热器，水冷却塔，是用空气冷却热水的换热器等，以其结构特征命名的如套管式换热器，板翅式换热器等；同时反映其结构和作用的如管壳式油水换热器，管式空气预热器等。进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。 列管式换热器在工业上的应用已有较长的历史了。目前仍作为一种传统的典型换热器设备在各工业部门中被大量采用，并占据主要地区。由于列管式换热器容易制造，可供选择的材料范围较广，换热表面清洗方便，适应性强，处理能力大，特别是能应用在高温、高压下工作，所以它能在近代出现的各种新型、高效和紧凑换热器的竞相发展中，得以继续存在。它在长期使用中得到不断改进，其结构已比较完善。目前国内外在加速研究和发展各种新型换热器的同时，仍在大量生产和使用列管式换热器，并对其继续进行研究。因此可以预料，今后它仍将是各工业部门中重要的换热设备，并且是高温、高压和大量换热器的主要形式。 本设计是从列管式换热器中选取一种的实现粗苯的冷却 ,因此必须了解此换热器的特点 ,根据工艺需要及计算数据选用合适的类型 ,运用传热的基础原理 ,合理确定换热器的管程 ,确定换热 器的传播面积 ,结构尺寸及校核压力降 ,而对于已有系列化标准的换热器 ,则需通过必要计算来选用 . 在化工生产中所使用的换热器种类和形式很多，但完善的换热设备至少应满足 2 下列因素： 1、保证达到工艺所规定的换热条件，要考虑到传热量、操作参数（如温度、压力和流量等）、流体的物理化学性质（如密度、粘度、导热系数、比热和物态等）以及流体的腐蚀性等。 2、强度足够及结构可靠，对设备在机械强度和刚度上，需要从操作压力及温度进行设计计算，有时还需考虑是否需要采用温度差的补偿装置。 3、便于制造、安装和检修。 4、经济上合理。 本设计目的 是设计实现粗笨冷却繁荣列管式换热器，因此必须在了解粗笨物理及化学性质的基础上，充分考虑以上换热器设计的影响因素，运用传热的基础原理，合理确定换热器的管程、传热面积、结构尺寸并对总传热系数、压力降进行校核，从而达到本课程设计的目的。 第二章 设计方案及工艺流程说明 计方案 : 采用循环水冷却粗苯 ,将流量为 口温度为 78粗苯通过换热器管程同时将进口温度为 24的冷却水通过管程 ,经过热交换之后 ,粗苯的出口为38 ,冷却水的出口温度为 34 被冷却的流体，走壳程易于散热，循环水易结垢走管程使换热器易清洗。 换热器示例图 3 第三章 标准列管换热器的选择 算并初选择换热器规格 性参数的确定 纯苯液体 进口温度： 8 出口温度： 8 冷却水 进口温度： 5 出口温度： 4 (1) 确定定性温度 Tm,h= 1223=78 382=58 tm,c= 1223=24 342=29 (2) 确定温度差选择换热器 两流体温度差 t=Tm,h tm,c=589 50 不需补偿 故选用固定管板式换热器 . 表 3和水在定性温度下物性数据一览表 物性 流体 温度 (T) 密度 3()kg m 黏度 ()s 比热容11()pC kj 导热系数()W 苯 循环水 59 29 0 0 热负荷的计算 Q=. 1 2()h p hW c T T(3 4 = 4 351 4 . 5 1 0 8 3 9 . 8 5 1 . 8 2 1 0 ( 7 8 3 8 ) 3 . 4 2 1 03 6 0 0 2 4 3 0 0 W 若忽略换热器的热损失 ,由热量恒算 Q=( 则 53. 2 13 . 4 2 1 0 0 . 9 89 8 % / 8 . 0 2 /( ) 4 . 1 7 5 1 0 1 0p c c cQ k g s k g sC t t 均温差确定 7 8 3 83 4 2 44 4 1 4 1 2 2 1,1221( ) ( )t T 逆(3( 7 8 3 4 ) ( 3 8 2 4 ) 2 2 . 7 37 8 3 4 2 4 R=1221 (378 38 434 24 P=2111 (33 4 2 4 0 7 8 2 4 查“对数平均温差校正系数t值 ”, 得t=采用单壳程 2 6 . 8 9 0 . 8 9 2 3 . 9 3 逆 选换热器规格 5 参考“管壳式换热器用作冷热器 ” 时的 k 值范围 -1 估 选 (35 23 . 5 9 1 0 3 5 . 7 24 2 0 2 3 . 9 3 mS = A 估 = 表 3选换热器规格 换热器的实际传热面积 n d ( (3= 21 6 4 3 . 1 4 0 . 0 1 9 ( 4 . 5 0 . 1 ) 4 3 . 0 5 m 算总传热系数 程对流传热系数i24 (3221 6 4 3 . 1 4 0 . 0 1 5 0 . 0 1 4 524 m /si c ci S (3壳径 D 400流挡板间距 B 称面积 心距 t 25程数 管数 n 164 管长 L 子直径 19 2(碳钢钢管 ) 管子排列方法 正三角形 6 8 . 4 2 / 9 9 5 . 9 5 0 . 5 8 3 1 /0 . 0 1 4 5 i i (3430 . 0 1 5 0 . 5 8 3 1 9 9 5 . 9 5 1 . 0 6 1 1 00 . 8 2 1 1 0 ,p i (3334 . 1 7 5 1 0 0 . 8 2 1 1 0 5 . 8 8 90 . 5 8 2 0 . 8 0 . 4,0 . 0 2 3 ( )ii e i r (30 . 8 0 . 30 . 5 8 20 . 0 2 3 1 0 6 1 0 5 . 8 8 9 3 0 1 0 . 4 3 / ( )0 . 0 1 5 w m k 程对流热系数o 流体流通截面积为 : A0=1 (3= 90 1 )0 5=m ,341 4 . 5 1 0 0 . 1 9 4 2 /0 . 0 2 8 8 3 6 0 0 2 4 3 0 0 由正三角形排列 ,得 2234 ( )24 0 . 0 1 7 3 (330 . 0 1 7 3 0 . 1 9 4 2 8 3 9 . 8 5 7 3 2 8 . 8 60 . 3 8 5 1 0e o 7 331 . 8 2 1 0 0 . 3 8 5 1 0 5 . 0 7 70 . 1 3 8p o 10 . 5 5 3,0 . 3 6 ( ) ( )oo e o r o (310 . 5 5 30 . 1 3 80 . 3 6 ( 7 3 2 8 . 8 6 ) ( 5 . 0 7 7 ) 0 . 9 50 . 0 1 7 3 = 26 2 6 / .W m C 垢热阻的确定 . 由据参考文献 1 5( 0 . 8 6 2 . 6 ) 1 0取污垢热阻 粗苯,10 /w 循环水 =10 /w 碳钢的导热系数 =51.1 oW m C 传热系数的计算 总传热系数 11o o oo s o s io m i i ib d d Rd d a d (3= 11 0 . 0 0 2 0 . 0 1 9 0 . 0 1 9 0 . 0 1 90 . 0 0 0 1 7 2 0 . 0 0 0 1 7 26 2 6 . 3 7 5 1 . 0 9 6 0 . 0 1 7 0 . 0 1 5 3 0 1 0 . 4 3 0 . 0 1 5 = . 5 23 . 5 9 1 0 3 6 . 7 6 84 0 8 . 0 1 8 2 3 . 9 3 需 8 则 4 3 . 0 5 3 6 . 7 6 8 1 7 . 13 6 . 7 6 8 o 算压强降 程压强降 12i t p P F N N (3当 41 8 1 0取碳钢钢管壁粗糙度 = 0 31 查得 = 21 2 (3= 24 . 5 9 9 5 . 9 5 ( 0 . 5 8 3 1 )0 . 0 4 50 . 0 1 5 2=a 32 (3= 29 9 5 . 9 5 ( 0 . 5 8 3 1 )32=a 19 2管子 , ,所以 2 2 8 5 . 7 4 5 0 7 . 9 4 1 . 5 2 1 8 3 8 1 . 0 4 a 课程教学中重要教学环节 ,它具有较强的综合性和实践性 ,是与理论联系的桥梁 增加了对它的兴趣 ,也提高了自身的动手动脑能力 ,为以后的毕业设计 ,打下了基础 . 通过一周的翻阅资料 ,查找公式 ,设计计算 ,使我对换热器有了进一步的了解 ,对传热的具体过程有了深刻的认识 尽管过程是艰苦的，但前途是光明的。勤奋是成功的基础，有了勤奋，我们最终是会成功的。另外 ,我对于换热器的用途也有了更多 的认识 . 同时在这次课程设计中每当有疑问时我们都会相互讨论 ,同学间的相互协作也体现了学习环境的和谐融 洽 ,让我从中明白团结就是力量 . 最后对给我帮助极大的李老师和相关同学表示衷心的感谢。李老师对我的课程设计有了很大的帮助和指导，她不仅教会了我的理论知识，而且也教会了我的实践 19 能力，使我明白了动手动脑的重要性。这是我做的第一份课程设计，我会格外的珍惜。此外，我还要感谢给我帮助的相关同学，正是有了他们的帮助，我才得以顺利的完成设计。由于时间有限，难免在设计中有些不妥之处，望老师见谅。 第六章 主要符号说明 序 号 符号 意义 单位 1 A 传热面积 2 h 折流挡板间距 m 3 b 厚度 m 4 液体的定压比热容 KJ/ 5 D 换热器壳径 m 6 d 管径 m 7 量直径 m 8 程流体的摩擦系数 9 f 校正系数 0 程压降结垢校正系数 11 管程压降结垢校正系数 12 k 传热系数 W/ 13 L 管子长度 m 14 折流挡板数目 15 热器壳程数 16 子总数 17 兰特准数 18 Q 热流量 W 19 W 质量流量 Kg/s 20 体积流量 m3/s 20 21 诺准数 22 T 流体温度 /管中心距 或 k/m 23 流体温度 24 流体温度 25 u 流