化工原理课程设计2-1说明书--乙苯冷却器设计.docx

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1、化工原理课程设计2-1说明书题目：乙苯冷却器设计化工原理课程设计（21）任务书一、题目乙苯冷却器的设计二、设计任务及操作条件1处理能力：25万吨/年乙苯2设备形式：列管式换热器3操作条件：乙苯：压力8.0Mpa,入口温度5,出口温度45；冷却介质：自来水，压力0.4MPa,入口温度22,出口温度自定;允许压强降：不大于IOOKPa;每年按330天计，每天24小时连续运行。三、选择合适的列管式换热器并进行核算1选择合适的换热器；2计算热负荷；3计算温差和估计传热系数；4估算换热面积；5计算管程压降和给热系数；6计算壳程压降和给热系数；7计算传热系数；8校核传热面积。四、设计要求1 .手工计算完成

2、换热器设计与校核；2 .用软件完成换热器的设计、校核；3 .提交电子版及纸板：设计说明书、计算源程序。发出日期2016年7月3日交入日期2015年7月9日指导教师：于英民目录第1章前言1第2章计算与初步选型22.1确定设计方案22.1.1换热器类型22.1.2流体流动空间及流速22.1.3操作时长22.2确定物性数据22. 3估算传热面积31. 3.1热负荷32. 3.2冷却水用量33. 3.3逆流平均温差34. 3.4初估传热面积32. 4工艺结构尺寸31. 4.1管径和管内流速32. 4.2管程数和传热管数43. 4.3平均传热温差校正及壳程数44. 4.4传热管排列和分程方法45. 4.

3、5壳体内径46. 4.6折流挡板57. 4.7折流挡板52. 5初步选型5第3章校核计算73. 1热量核算71. 1.1壳程对流传热系数72. 1.2管程对流传热系数83. 1.3确定污垢热阻84. 1.4总传热系数83.2所需传热面积93.3管、壳程压降93. 1.1管程压降94. 1.2壳程压降9第4章EDR设计与校核115. 1初步规定114.1.1壳程压降114.1.2壳体和封头114.1.3换热管114.1.4折流板114.1.5换热器方位114.2设计结果与分析114.2.1结构参数144.2.2面积余量144.2.3压降144.2.4流速154.2.5传热系数154.2.6传热温

4、差154.3校核模式154.3.1面积余量184.3.2压降184.3.3流速184.3.4传热系数184.3.5热阻分布184.4EDR设计结果18第5章结论19致谢20参考文献21第1章前言第1章前言在工业生产中，为了满足工业流程的需要，往往需要对物料进行各种不同方式的热量变换，如：加热、冷却、蒸发和冷凝等，换热器就是用来实现上述热量交换与传递的设备。通过各种换热设备，可以使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足生产工艺的需要。换热器是许多工业生产中常用的设备，在化工、石油、动力生产、制冷、食品等行业中应用广泛。换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺

5、条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。换热器有的以回收热量为目的，用于余热回收；有的以保证安全为目的，防止温度过高损坏设备。换热器的作用不同，其设计选型运行工况也各不相同。本次设计的乙苯冷却器是换热设备的一类，用以冷却流体，通常以水或空气为冷却剂，有间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却器和蛇管式冷却器等。本次设计首先根据所要完成的换热任务，计算相应的换热参数，然后根据国家标准初步选择合适的换热器，再对所选换热器进行校核计算，最终确定满足工艺生产要求的换热器。本次课程设计，旨在让学生把书本知识运用到实践，提高灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力，更好

6、的掌握基本知识，培养工程实际观念，具备化工设备初步设计的能力。第2章计算与初步选型2.1 确定设计方案2.1.1 换热器类型两流体温度变化情况：热流体入口温度5C,出口温度45；冷流体（自来水）入口温度22,设计出口温度30。逆流平均温差:At-t1-t2_(115-30)-(45-22)_m1(115-30)In-1Int2(45-22)乙苯压力为0.5MPa,自来水压力为0.4MPa,考虑到水易结垢，故选定水走管程，乙苯走壳程，采用固定管板式换热器。2.1.2 流体流动空间及流速选用19zwtx2mm的碳钢管，初定管内流速为0.8ms02.1.3 操作时长每年按330天计，每天24小时连续

7、运行。2.2确定物性数据由EDR软件可查得两流体在各自定性温度下的物性参数如下表:表2-1冷热流体物性参数表名称乙苯水定性温度/8026密度kgm811.24998.11热容kJ(kgC)1.8174.191黏度/mPas0.35980.8763导热系数W（1尸0.11530.60182.3估算传热面积2.3.1热负荷按乙苯计算，即：Q=W1Cv1(T1-T2)=(25107)(330243600)1.817103(115-45)=1.115106W2.3.2冷却水用量忽略热损失，则冷却水用量为：WQ1.115106Qi/W2=z-77-=33.26kgs2cp(t2-t1)4.191103(

8、30-22)2.3.3逆流平均温差由两流体进出口温度可得逆流平均温差:1,逆At1-At2_(115-30)-(45-22)In以t21n(45-22)=47.432.3.4初估传热面积按石油化学工程原理中表6-7选K=480W（机2.。C）%则传热面积考虑15%的面积裕度S=115S=1.1548.98=56.32m22.4工艺结构尺寸2.4.1管径和管内流速选用19mmx2mm的碳钢管，初定管内流速为0.8ms02.4.2管程数和传热管数33.26/998.11235.8236(根)根据传热管内径和流速确定单程传热管数“(4)J.0.7850.01520.8按单管程计算，所需传热管长度为综

9、合考虑传热面积、管数和管长等因素，选取传热管长=4.5m,换热器管程数为1,根据单管程换热器标准，取管子数为174根。2.4.3平均传热温差校正及壳程数p=t=00862H=X=3竺=8.75%3022按单壳程结构查单壳程R图，得=0.98Atm=O.98X47.43=46.48C2.4.4传热管排列和分程方法采用正三角形错列排管方式，取管心距”1.25力，则管心距1=1.25x1925mm横过管束中心线的管数nc=1.19iV=1.194=16（根）2.4.5壳体内径采用单管程结构，取管板利用率t7=O.7,则壳体内径D=1.05tyN=1.05251740.7=413.9mm根据换热器壳径

10、的标准，圆整取O=400mm。2.4.6折流挡板采用弓形折流挡板，取弓形折流挡板圆缺的高度为壳体内径的25%,则切去圆缺的Wj度为：h=0.25400=IOOmm取折流挡板间距5=0.750,则6=0.75X400=30Omm折流挡板数为：NB传热管长4500折流板间距300夬折流挡板圆缺面水平装配。2.4.7折流挡板(1)壳程流体(乙苯)进出口接管:/4x8.768/81百V3.141.0取管内乙苯流速为1Oms,则=0.117m取标准管径为IOOmm(2)管程流体(自来水)进出口接管:取管内自来水流速为1.5ms,则=0.168m/4V_kx33.26/99TVraV3.14x1.5取标准

11、管径为200mm2.5初步选型考虑到两流体温差较大(t=38.42C),且冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的BEM系列管壳式换热器较为合适。根据计算得到的各工艺结构尺寸，参照化工原理课程设计附录5中固定管板换热器主要工艺参数表（19ix2h“换热管）选取的换热器型号为：BEM400-45.7-1,其结构尺寸如下:0.519表2-2初选换热器主要工艺参数表型号0445BEM400-45.7-:10.519公称传热面积45.7m2管程流通面积0.0307m2壳体内径400mm管心距25mm管子总数174壳中心管排管子根数14有效管长4.5m管子排列方式正

12、三角形错列管子规格19mm2mm折流板间距300mm管程数1折流板总数14第3章校核计算3.1 热量核算1.1 .1壳程对流传热系数可采用多诺霍公式:对于具有圆缺形折流挡板的壳程,对于此换热任务，比1由SC=B(Tv得Sc=B(Ds,-nedo)=0.3(0.4-140.019)=0.0402m2选用折流挡板拱高与壳径之比为0.25,查得弓形面积系数K为0.154弓形面积：S=K,D1s=0.1540.42=0.0246m2则折流挡板缺口内的管子根数:0.024670.42-4174=34由色=K一盘得：Sb=KfDf-nwd2o=0.1540.42-340.0192=0.0150m2则Sgm

13、=二0.04020.0150=0.0246m2dnno8.768ruoq0.019且R=1=一”=鲍普=18822e113.59810-4=5.670_Cp,M_1.817x1033.598x1(4r40.11530.23415318822065.67iz3=913.69W(m2)0.0191.2 .2管程对流传热系数判断流动状态:R_diuip2_0.0151.085998.11128.763W4=1.85104104属湍流流动，且流体被加热，故zX0.8=0.023斗必上Cp,2%丁=6.1034.191x1038.763x10.6018由/=0.023务凡多匕（U得：di=0.023X黑S(1.85104)o86.1034=4940.12W/(m2C)3.1.3确定污垢热阻查化工原理课程设计附录3污垢热阻值得：Rsi=0.000172m2/WRso=0.000174m2/W3.1.4总传热系数1烈+/so411IQ9Sy131Q1(+0.000172)+上一JX上+0.000174+4940.12154517913.69=554.07W(m2C)与初选总传热系数相比：反=生幽=1.154K