化工原理课程设计2-1说明书--乙苯冷却器设计.docx
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115,出口温度一45：冷却介质：自来水，压力0.4MPa,入口温度22,出口温度自定;（3）允许压强降：不大于100KPa；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32.3.1热负荷32.3.2冷却水用量32.3.3逆流平均温差32.3.4初估传热面积32.4工艺结构尺寸32.4.1管径和管内流速32.4.2管程数和传热管数42.4.3平均传热温差校正及壳程数42.4.4传热管排列和分程方法42.4.5壳体内径42.4.6折流挡板52.5初步选型5第3章校核计算73.1 热量核算73.1.1 壳程对流传热系数73.1.2 2管程对流传热系数83.1.3 确定污垢热阻83.1.4 1.4总传热系数83.2茁j4专八、lj*3.3管、壳程压降91. 1.1管程压降93. 12*第4章EDR设计与校核114. 1初步规定114.1 *1nS114.1.2壳体和封头114.1.3换热管114.14/ftbc*114.1.5换热器方位114.2设计结果与分析H4.2.1名吉木*144.2.2面积余量144.2.3压降144.24/L154.2.5传热系数154.2.6传热温差154.3154.3.1面积余量184.3.2压降184.3.3184.3.4传热系数184.3.5热阻分布184.4EDR1118第5章结论19致谢20参考文献第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115,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:tm加|-42_ (115-30)-(45-22)1排In年迎t2(45-22)=47,43 乙苯压力为05Mpa,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中19wwx2三的碳钢管，初定管内流速为0.8ms.2.1.3 操作时长每年按330天计，每天24小时连续运行。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21冷热流体物性参数表名称乙苯水定性温度/°C8026密度kgm,811.24998.11热容kJ(kg°C尸1.8174.191黏度/mPas0.35980.8763导热系数/科（苏.。C尸0.11530.60182.3估算传热面积2.3.1热负荷按乙苯计算，即：=(-)=(25×107)(330×24×3600)×1.817×103×(l15-45)=1.115×106W2.3.2冷却水用忽略热损失，则冷却水用量为:W2 =l.H5×1064.191xl()3(30-22)=33.26kgs2.3.3逆流平均温差由两流体进出口温度可得逆流平均温差:t_(U530)(45-22)In也” t9(45-22)=47.43 2.3.4初估传热面积按石油化学工程原理中表6-7选K=480W(.oC)，则传热面积S'=-L115xl048.98m-Kktm、逆 480x47.43考虑15%的面积裕度S=1.15Sr=1.15×48.98=56.32m22.4工艺结构尺寸2.4.1 管径和管内流速选用(DI的碳钢管，初定管内流速为0.8ms°2.4.2 2管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数=235.8236 (根)V_33.26/998.11(-4)J-0.785×0.0152×0.856.32236×3.14×0.019按单管程计算，所需传热管长度为=4.00m综合考虑传热面积、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 3平均传热温差校正及壳程数= 0.08602t,3022-r,i5-45= 8.75Ty-T2115-45“2一430-22按单壳程结构查单壳程犷-P-R图，得材=0.98tm=0.98×47.43=46.48C2.4.4 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E=1.25,，则管心距r=1.25×1925IrUn横过管束中心线的管数t=1.197V=1.1974=16（根）2.4.5 壳体内径采用单管程结构，取管板利用率=0.7,则壳体内径D=1.05tyN=1.05×251740.7=413.9mm根据换热器壳径的标准，圆整取0=40Omm。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%,则切去圆缺的高度为：/?=0.25×400=100mm取折流挡板间距3=0.75。，则B=0.75×400=300mm折流挡板数为：v传热管长145001”小、NL折流板间距（块）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：取管内乙苯流速为Loms,则j4V4×8.768/811.24八d=J=J=0.117muV3.14x1.0取标准管径为100mm（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z74V/4x33.26/998.1八“父a=J=J=0.168muV3.14×1.5取标准管径为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（19削x2加n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22初选换热器主要工艺参数表型号0445BEW400-2-45.7-：-I0.519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管子排列方式正三角形错列管子规格I9mm×2mm折流板间距30Omm管程数I折流板总数14第3章校核计算3.1热核算3.1.1壳程对流传热系数对于具有圆缺形折流挡板的壳程，可采用多诺霍公式：a0=0.23（也竺）。6（3（上_严4=0.23RetP出MWUAv对于此换热任务，匕1由SC=S（ZV-X）得Sc=B(Ds,-nedo)=0.3×(0.4-14×0.019)=0.0402/选用折流挡板拱高与壳径之比为0.25,查得弓形面积系数Kt为0.154弓形面积：S=K,D;=0.154×OT=0.0246则折流挡板缺口内的管子根数：0.0246n=X174=340.42×-4由Sz,=K'j-鸳?力得：Sh=K,D-nw-4=0.154×0.42-34×-×0.0192=0.0150m2bu44Sf,m=yS=0.0402×0.0150=0.02462dnno8.768z/r。0.019×R=00246=18822"M43.598×104dCPJML817x103×3.598×10-4,Prtl=-二=5.670r040.1153故%=0.23×0
