年处理量6万吨的乙苯冷却器的设计方案

1、混合式、蓄热式和间壁式。 其中间2-1 所示。特点用于管壳温差较小的情况（一般有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管外均能承受高压，管清洗及检修困难外填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器用于管流体的冷却、冷凝或管外流体的加热只用于管流体的冷却或冷凝拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热板可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高适用于允许换热流体之间直接接触换

2、热过程分阶段交替进行， 适用于从高温炉气中回收热能的场合50），管间不能清洗管外均能承受高压，可用于高温高压场合管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质混合式、蓄热式和间壁式。 其中间2-1 所示。特点用于管壳温差较小的情况（一般有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管外均能承受高压，管清洗及检修困难外填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器用于管流体的冷却、冷凝或管外流体的加热只用于管流体的冷却或冷凝拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热板可进行严格的逆

3、流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高适用于允许换热流体之间直接接触换热过程分阶段交替进行， 适用于从高温炉气中回收热能的场合50），管间不能清洗管外均能承受高压，可用于高温高压场合管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮却器的设计方案1.1 换热器分类换热器的类型按传热方式的不同可分为：壁式换热器应用最广泛，如表表2-1 传热器的结构分类类型刚性结构固定管式带膨胀节列管U型管式间管填料函式填料函壳式双套管式壁套管式式沉浸式螺旋管式喷淋式板式式螺旋板式面伞

4、板式式板壳式混合式蓄热式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， 它具有结构固定管板式换热器这类换热器结构简单， 价格50且壳方流体较清洁及不易70且壳方流体压强不高于浮头式换热器该端被称为浮头， 管束连同浮头应用极为普遍，但结构复杂，固定管板式换热器这类换热器结构简单， 价格50且壳方流体较清洁及不易70且壳方流体压强不高于浮头式换热器该端被称为浮头， 管束连同浮头应用极为普遍，但结构复杂，填料涵式换热器操作最方便的一种换热设备， 通其管用600Kpa的情况。广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种：（1）固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，低廉，但

5、管外清洗困难，宜处理两流体温差小于结垢的物料。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（2）浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，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，造价高。（3）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，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

6、是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管，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、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。1.2 换热器材质的选择在进行换热器设计时， 换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，即换热器设计任务书最后还要考虑材料的经济合理性。 一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即换热器设计任务书从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有

7、时往往成为一个复杂的问题。 在这方面考虑不周， 选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命， 而且也大大提高设备的成本。 至于材料的制造工艺性能， 是与换热器的具体结构有着密切关系。一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。（1）碳钢价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。（2）不锈钢奥氏体系不锈钢以 1Crl8Ni9Ti 为代表，它是标准的 18-8 奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。 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

8、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。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。二2.1 设计题目：设计一台乙苯冷却器2.2 操作条件：2.2.1 乙苯：入口温度 100 ，出口温度 70 。2.2.2 冷却介质：循环水，入口温度 20 ，出口温度 40 2.2.3 允许压强降：不大于 0.1 MPa。2.2.4 每年按 330天计，每天 24小时连续运行。2.3 设备型式：自选一种列管式

9、换热器2.4 处理能力：处理能力 6万吨/年设计过程T1=100，出口温度t1=20，出口温度T1 - t2=100D B A进入换热壳程；循环冷却T2=70t2=40。-4设计过程T1=100，出口温度t1=20，出口温度T1 - t2=100D B A进入换热壳程；循环冷却T2=70t2=40。-40=60 70 。采用固定管板式换热C 3.1 设计方案的确定3.1.1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度冷流体进口温度考虑到冷热流体间温差较小器。3.1.2 流程安排与乙苯相比，水易于结垢，如果其走壳程，流速太小，会加快污垢增长速度使换热器传热速率下降。乙苯被冷却，走壳程便于

10、散热。因此，冷却水走管程，乙苯走壳程。3.1.3 工艺流程草图及说明A 换热器乙苯离心泵循环水图 1 工艺流程草图说明：如图，乙苯经离心泵抽入管道，并从接管70240 202性质Pas 热流体冷流体Q40）（70 20）100 4070 20QK=85=30密度 Kg/m3W/(m) 813.6 995.7 q （=54.9t比 热70240 202性质Pas 热流体冷流体Q40）（70 20）100 4070 20QK=85=30密度 Kg/m3W/(m) 813.6 995.7 q （=54.9t比 热1.934 4.178 m.hp.h2=m，逆粘度0.3540.8015T1-T ）=1

11、22.2346热 导10-310-36210354.9率0.1167 0.6173 107 1.934330 24=6.44m30=4.4210KJ/h=122.2KW 5交换后，乙苯从 100被冷却到 70之后，由接管 B流出；循环冷却水则从 20被加热到 40，由接管 D流出。3.2 确定流体的定性温度、物性数据并选择管壳换热器的型式3.2.1 定性温度： 可取流体进出口温度的平均值。壳程流体 的定性温 度为 ： T=100 管程流体 的定 性温度 为：t=管程冷却水的定性温度为 t=30C 壳程有机物的定性温度为 T=85C 3.2.2 物性参数：根据物质的定性温度，分别查询壳程和管程流

12、体的有关物性数据。介质KJ/(kg. ) 乙苯水3.3 工艺计算及主体设备设计3.3.1 估算传热面积热负荷：逆流时 T1=T1-t2 T2=T2-t1 平 均 传 热 温 差 ： Tm=（ T1- T2 ） / （ T1/ T2 ）=（100 查表预设 K=346W/()则估算的传热面积为 :Sln=1.15 倍（裕度 15%），2 q252.5 的换热管（碳 钢），取管流VLL = 6 m， 则 该 换 热 器 1.15 倍（裕度 15%），2 q252.5 的换热管（碳 钢），取管流VLL = 6 m， 则 该 换 热 器 的 管 程 数 为 ：LlRt0.8，同时壳程流体流量较大，故取

13、Q 122.2 103m，c t t 4.178 103 401.46/995.7uidi2Sd0ns23.66140400.97c=p，c 2 10.785 1.27.413.14 0.025（管程）47020（ - ） （3.89 40.02241.5=23.6mP20）40 20100 20=1.46kg /s0.25则传热面积为： S=1.15S=7.41m水用量3.3.2 工艺结构尺寸管径和管流速：考虑到管流体为循环水水，易结垢，选用速 ui=1.2m/s 。管程数和传热管数依据传热管径和流速确定单程传热管数：ns4按单程管计算，所需的传热管长度为：按单程管设计，传热管过长，宜采用多

14、管程结构。根据本设计实际情况，采用标准 管 设 计 ， 现 取 传 热 管 长Np传热管总根数： N = 44 = 16 （根）平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数：按单壳程，双管程结构，查图得：由于平均传热温差校正系数大于单壳程合适。tm1.05t NN4Vu1t/传热管长B4 63.14 2tm逆1.05 3tm1.05t NN4Vu1t/传热管长B4 63.14 2tm逆1.05 32 16/0.80 150.3mm可圆整到标准尺寸 325 mm 折流板间距107 /(330 24 3600 813.6)0.97 54.910.00406m53.360.1C1 59传热管排列和分程方

15、法采用正三角形排列。取管心距 t=1.25d0 ，则 t=1.25 25=31.2532mm 隔板中心到离其最近一排管中心距离： S=t/2+6=32/2+6=22mm 各程相邻管的管心距为： S2=44mm 壳体径采 用 多 管 程 结 构 ， 取 管 板 利 用 率 =0.80 ， 则 壳 体 径 为D折流挡板采用弓形折流板 ,取弓形折流板圆缺高度为壳体径的 25%，则切去的圆缺高度为：H=0.25325=81 mm 取折流板间距 h=0.3D，则 h=0.3 325=97.5 mm 故可取 h=100 mm 折流板数目：接管：壳程流体进出口接管：取接管流体流速为 u1=2 m/s，则接管

16、径为D1管程流体进出口接管：取接管液体流速 u2=2.4 m/s ，则接管径为4 1.46/995.73.14 2.4P194）计算：0.36 Re3d =AqV,h 6 107 /(330 24 3600 81.6)oReocp,h0.1167)0.140.36（m20.023Aiqi0.028m1d22eoAo 0.0073deuo0.354 10h0.950.11670.02/ K）id4m,cA0.5504 1.46/995.73.14 2.4P194）计算：0.36 Re3d =AqV,h 6 107 /(330 24 3600 81.6)oReocp,h0.1167)0.140.3

17、6（m20.023Aiqi0.028m1d22eoAo 0.0073deuo0.354 10h0.950.11670.02/ K）id4m,cA0.550e4dohD(1 ) 0.1 0.325(1 )0.36m/sh31.934 10 0.354 10165480.55Re Prid1 .46 / 995iPr (wd )0.020(m)d 0.025t 0.0320.02 036 813.635.86665.86660.8i2i.70 .0012612oo1654831i1641 .16 m30.007330.40.00126m/ s)0.14m20.9523.4 换热器核算热量核算3.4

18、.1 壳程对流传热系数：对圆缺形折流板，可采用凯恩公式（教材04( t当量直径：壳程流通截面积：壳程流体流速： u雷诺数：h普朗特数： Prh粘度校正： (wo752.5W3.4.2 管程对流传热系数：i管程流体流通截面积：管程流体流速： uReiPri00230.000176mSi101 d0 bd0 d0d dm d1 0.0025 0.025 0.025752 0.02 45 0.0225 4357 0.02QKSp7.54 5.93( p30.03diu0.8015 104.178 10 0.8015 100.61730.6173.ReiPri00230.000176mSi101 d0

19、 bd0 d0d dm d1 0.0025 0.025 0.025752 0.02 45 0.0225 4357 0.02QKSp7.54 5.93( p30.03diu0.8015 104.178 10 0.8015 100.61730.6173.0220.00058m2 K /WRS0122.2 10tmnx100%i60.02i335.42288210.8K/Wbd0dm3387 53.3dol27%pr)N N F1.162c35.R5.93m3.14 0.025 6 16 7.54m2传热面积裕度合适 （1030%左右），该换s p20.02 116 995.7420.4dSi2s9

20、95.7288214357W （/ m0dipi6029Pa2d0iliK）dii idu2i2Ns1Np2 Fs1.5c普朗特数：i3.4.3 污垢热阻管外侧污垢热阻： RSo管侧污垢热阻： R总传热系数（以管外表面积为基准）1KK 1/( Rs0 Rsi )0 i i i1/ ( 0.000176 0.0001580.025 )387W（m2.0C/3.4.4 传热面积裕度计算传热面积为： S换热器的实际传热面积为：传热面积裕度 :5.93热器能够完成生产任务。3.5 换热器流体的流动阻力核算：3.5.1 管程流体阻力pt由 Rei=28821，传热管相对粗糙度为 0. 1/20=0.00

21、5 ，查莫狄图，得 =0.03 W/(mK)，流速 ui=1.16 m/s ，i=995.7 kg/m ，所以：piu22(6029( pp10.5 nA60.0073dou0.354 105.00.5 0.29 4.4NB(3.559 (3.5（1907.664019) 1 4 1.41Ffco107 /(330 24 3600 813.6)o3Re =5.0 2011059 12hD2 0.10.3258467.6）995.7 116256269Pa0.1Mp2)u22(6029( pp10.5 nA60.0073dou0.354 105.00.5 0.29 4.4NB(3.559 (3.

22、5（1907.664019) 1 4 1.41Ffco107 /(330 24 3600 813.6)o3Re =5.0 2011059 12hD2 0.10.3258467.6）995.7 116256269Pa0.1Mp2)F No1.1n0.5hD(1=0.35m/ so0.2880813.62)1 1.15 11931.5Pa0.1M24019PaPasnc(N1.1dt0.025 0.35 813.60.2880.352o 02813.62PasB160.5o20110pa0.291907.6Pau20.352Ns1)4.4)、 h=0.1m D=0.325m 1 Fo o2NB -

23、1=590.1suLH0.3(1 )1.15(液体20.0250.032)0.0073m2p1管程流体阻力在允许围之。3.5.2 壳程阻力ps流体流经管束的阻力F壳程流通面积：u0Re0ofopop2p2=8467.6Paps壳程流体阻力在允许围之。换热器设计结果一览表管程7575.8 100/70 0.1Mpa 85 813.6 比热容/KJ/(kg. ) 0.354 0.1167 5.8666 固定管板式325 管径/mm 管长/mm 管数目/根7.54 4 管程0.36 m换热器设计结果一览表管程7575.8 100/70 0.1Mpa 85 813.6 比热容/KJ/(kg. ) 0.

24、354 0.1167 5.8666 固定管板式325 管径/mm 管长/mm 管数目/根7.54 4 管程0.36 m2 K） m211931.5122.2 54.9 227% 对本设计的评述5256 20/40 0.1Mpa 30 995.7 1.934 0.8015 0.6173 5.42 壳程数台数25 2.56000 16 折流板间距 /mm 材质壳程1.16 752.5 K /W56269K）4.178 1 1 管心距 /mm 管子排列折流板数 /个100 碳钢4357 0.000176 387 44 正三角59 0.00058 壳程参数流量 kg/h 进出口温度 /压力/pa 定性温度 /密度/（kg/m3）物性粘度/pa.s 热导率/W/(m ) 普朗特数形式壳体径/mm 设备结构参数传热面积 /m2管程数主要计算结果流速/m/s 对流传热系数 / W/污垢热阻阻力/pa 热流量 /KW 传热温差 /k 总传热系数 w（/ m裕度五本次课程设计，在燕杰老师的细心指导下， 同时也我们准备了很多相关的资料的前提下，让我们在具体设计过程中轻松了许多， 将理论知识用于具体实践的能力也得到一定的提升， 课程设计不同于平时的作业， 在设计过程中需要我们自己做出决策，即自己确定方案，选择工艺参数和条件，查阅资料，进行过程和设经过反复的分析比较， 择