甲苯冷卻器的化工原理設(shè)計(jì)(共14頁(yè))

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 西安文理學(xué)院化工化工原理課程設(shè)計(jì) 甲苯冷卻器的設(shè)計(jì) 系 院 名 稱 化學(xué)工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 張 偉 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 班 級(jí) 14級(jí)能源1班 指 導(dǎo) 老 師 張 杏 梅 提 交 時(shí) 間 2016 .11.7 目 錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書………………

2、………………………………………………………3 1.1 設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………………3 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………………3 3.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容方案…………………………………………………………………3 2 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)………………………………………………………4 2.1 估算傳熱面積…………………………………………………………………4 2.1.1 基本物性數(shù)據(jù)查取…………………………………………………………4 2.1.2 熱負(fù)荷計(jì)算…………………………………………………………………4 2.

3、1.3 確定流體流徑………………………………………………………………5 2.1.4 計(jì)算平均溫度差……………………………………………………………5 2.1.5 選取K值，估計(jì)傳熱面積…………………………………………………5 2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸…………………………………………………………………5 2.3 初選換熱器型號(hào)………………………………………………………………6 2.4 換熱器核算………………………………………………………………… 7 2.4.1 熱流量核算…………………………………………………………………8 2.4.2 壁溫核算……………………………………

4、……………………………9 2.4.3 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力……………………………………………………10 3 設(shè)計(jì)結(jié)果………………………………………………………………………11 3.1 換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)果………………………………………………12 主要符號(hào)說明………………………………………………………………………13 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………13 專心---專注---專業(yè) 姓名：張偉 （地址：西安文理學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，西安郵編：） 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1 設(shè)計(jì)目的 在工廠實(shí)際生產(chǎn)中，由于甲苯產(chǎn)品的溫

5、度較高，需要設(shè)計(jì)裝置來進(jìn)行冷卻。通過對(duì)甲苯產(chǎn)品冷卻的管殼式換熱器設(shè)計(jì)，了解換熱器的種類，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，并且能夠根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時(shí)還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力。最后根據(jù)算結(jié)果繪制設(shè)備主體圖和部件圖，掌握一些基本繪圖知識(shí)。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1、處理能力：5 萬噸甲苯/年 2、設(shè)備型式：列管式換熱器 操作條件： 1、甲苯：入口溫度90℃，出口溫度40℃。 2、冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度25℃， 出口溫度35℃。 3、允許壓強(qiáng)降不大于90kPa。 4、每年按300天，每天24 小時(shí)連續(xù)

6、運(yùn)行。 設(shè)計(jì)要求： 1、完成換熱器工藝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2、繪制設(shè)備條件圖； 3、編制設(shè)計(jì)說明書。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容方案 1、選擇設(shè)計(jì)方案：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的條件和要求，通過對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)的調(diào)查或現(xiàn)有的資料的分析對(duì)比，選擇合理的流程方案和設(shè)備類型，初步確定主要設(shè)備的型式，并進(jìn)行計(jì)算。 2、主要設(shè)備的選型和計(jì)算：包括參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3、主體設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：包括主體圖（工藝尺寸、技術(shù)特性等）以及部分部件圖 4、編寫設(shè)計(jì)說明書：包括①標(biāo)題頁(yè)；②摘要；③目錄；④前言；⑤任務(wù)書⑥工藝計(jì)算及主要設(shè)備計(jì)算⑦設(shè)計(jì)結(jié)果⑧主要符

7、號(hào)說明⑨參考書目 2 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì) 2.1 估算傳熱面積 2.1.1 基本物性數(shù)據(jù)查取 甲苯的定性溫度==60℃ 水的定性溫度 = 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 表2.1 甲苯、冷卻水的物性參數(shù) 甲苯在65℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 循環(huán)冷卻水在30℃下的物性數(shù)據(jù) 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 Ρh=873 kg/m3 Cph=1.57kJ/(kg·) λh=0.1273W/(m·) μh=0.Pa·s 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 Ρc=995.7 kg/m3 Cpc=4.174kJ/(kg·)

8、 λc=0.6176W/(m·) μc=0.Pa·s 2.1.2 熱負(fù)荷計(jì)算 甲苯質(zhì)量流量 忽略熱損失，冷卻水耗量 2.1.3 確定流體的流徑 該設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為甲苯，冷卻水為自來水，為使甲苯通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷去效果，令甲苯走殼程，水走管程。 2.1.4 計(jì)算平均溫度差 暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差 甲苯 冷卻水 ℃ 15℃ 2.1.5 選K值，估計(jì)傳熱面積 參照表格，取，則 2.

9、2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 由于兩流體溫度差，可選用固定管板式換熱器。 1、管徑和管內(nèi)流速 選用 25×2.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管(碳鋼10)，取管內(nèi)流速u0= 0.4m/s。 2、管程數(shù)和傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)L=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為=1,每 層管數(shù)為30根。 由上式計(jì)算可知，平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大， 故取單殼程合適。 3、傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。 取管心距t=1.25d0，則t=1.25×2

10、5=31.25(mm) 取整t=32(mm)。 隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22（mm）。 各程相鄰的管間距為32mm。 4、殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下列公式計(jì)算。 , 管子按正三角形排列 則殼體內(nèi)徑為 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=200mm。 5、折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25％，則切去的圓缺高 度為 折流板間距 ,則 折流板數(shù) 6、其他附件 本換熱器傳熱管外徑為25mm故其拉桿直徑為10，拉桿數(shù)為4個(gè)。殼程入口處，

11、 應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 7、接管 殼程流體進(jìn)出口接管： 取接管內(nèi)甲苯流速為u1＝0.4m/s，則接管內(nèi)徑為： 圓整后可取管內(nèi)徑為70mm。 管程流體進(jìn)出口接管： 取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u＝0.7 m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取管內(nèi)徑為90mm。 2.3 初選換熱器型號(hào) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果及固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器型號(hào)為 G400II-1.6-31.7。主要參數(shù)如下： 外殼直徑 213mm 公稱壓力 2.5MPa 管子尺 管子數(shù)n 30 管長(zhǎng)L 4500mm 管中心

12、距 32mm 管程數(shù)Np 1 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 0.0119m2 采用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數(shù)為： 2.4 換熱器核算 2.4.1 熱流量核算 a 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，用克恩法計(jì)算 當(dāng)量直徑，由正三角排列得： 殼程流通截面積： 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 普朗特?cái)?shù)： 粘度校正： b 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：

13、 管程流體流通截面積： 管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 普朗特?cái)?shù)： c 污垢熱阻和管壁熱阻 查有關(guān)文獻(xiàn)知可?。? 管外側(cè)污垢熱阻 R0=0. m2·℃/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Ri=0.m2·℃/W 管壁熱阻可忽略 d 總傳熱系數(shù)K 故所選擇的換熱器是合格的，安全系數(shù)為 2.4.2 壁溫核算 液體的平均溫度和分別

14、 傳熱管平均壁溫 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即=65℃ 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為： △t=65-33.3=31.7℃ 該溫差較小，無需溫度補(bǔ)償裝置。由于殼程換熱器流體壓力較小，因此，選用 固定管板式換熱器較適宜。 2.4.3 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 a 管程流體阻力 ，其中 由Re=30194，傳熱管相對(duì)粗糙度0.2/0.02=0.01，查莫狄圖得=0.04， 流速ui=1.2145m/s b 殼程阻力 則 則

15、 ，其中, 則 計(jì)算結(jié)果表明，管程和殼程的壓力降均能滿足設(shè)計(jì)條件。 4 設(shè)計(jì)結(jié)果 4.1 換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表 表4.1 參數(shù) 管 程 殼 程 流率/（kg/s） 23.80 17.54 進(jìn)/出溫度/℃ 25/35 90/40 壓力/ kPa ≤90 ≤90 物 性 定性溫度/℃ 30 65.5 密度/（kg/m3） 995.7 809 比熱容/（kJ/（kg·K）） 4.174 1.890 粘度/（Pa·s） 0. 0. 熱導(dǎo)率/〔w/（m

16、·K）〕 0.6176 0.145 普朗特?cái)?shù) 5.41 4.63 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 固定管板式 臺(tái)數(shù) 1 殼體內(nèi)徑/mm 213 殼程數(shù) 1 管徑/mm ф25×2.5 管心距/mm 32 管長(zhǎng)/mm 4500 管子排列 △ 管數(shù)目/根 30 折流板數(shù)/個(gè) 29 傳熱面積/m2 14.14 折流板間距/mm 100 管程數(shù) 1 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速/（m/s） 1.62 0.82 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/〔w/（m2·K）〕 6741 1353 污垢阻力/（w/m2·K

17、） 0. 0. 阻力/Pa 87802 20456 熱流量/kW 995 傳熱溫差/K 48.29 傳熱系數(shù)/〔w/（m2·K）〕 764 主要符號(hào)說明： P 壓力，Pa ； Q 傳熱速率，W； R 熱阻，m2·K/W； Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)； S 傳熱面積，m2； t 冷流體溫度，℃； T 熱流體溫度，℃； u 流速，m/s； 質(zhì)量流速，kg/h； 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2·K)； 有限差值； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)； 粘度，Pa·s； 密度，kg/m3； 校正系數(shù) R 轉(zhuǎn)速，n/(r/m

18、in) H 揚(yáng)程，m △tm 平均傳熱溫差，℃ A 實(shí)際傳熱面積，m2 Pr 普郎特系數(shù) NB 板數(shù)，塊 K 總傳熱系數(shù)，W/(m2·K) 體積流量 Nt 管數(shù)，根 Np 管程數(shù) l 管長(zhǎng)，m KC 傳熱系數(shù)，W/(m·K) 參考書目 [1] 伍越寰,沈曉明.有機(jī)化學(xué)[M].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社. [2] 柴誠(chéng)敬,張國(guó)亮.化工原理[M]（第二版）上、下冊(cè). 高等教育出版社. [3] 陳聲宗. 化工設(shè)計(jì)[M]（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社. [4] 陳敏恒,叢德茲.化工原理[M]（第三版）上、下冊(cè).化學(xué)工藝出版社.

19、 [5] 高俊亭,畢萬全.工程制圖[M] （第三版）高等教育出版. 謝辭 通過這次設(shè)計(jì)對(duì)我們獨(dú)自解決問題的能力也有所提高。在整個(gè)過程中，我查閱了相關(guān)書籍及文獻(xiàn)，取其相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)應(yīng)用到課設(shè)中，而且其中有很多相關(guān)設(shè)備選取標(biāo)準(zhǔn)可以直接選取，這樣設(shè)計(jì)出來的設(shè)備更加符合要求。 這次課設(shè)的書寫中對(duì)格式的要求也很嚴(yán)格，在老師的指導(dǎo)下我們按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式要求完成課設(shè)。這就為我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。????? 在此感謝我們的張杏梅老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣； 老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。 而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次設(shè)計(jì)。?????? 因?yàn)槲业闹R(shí)有限，所做出的設(shè)計(jì)存在許多缺點(diǎn)和不足，請(qǐng)老師做出批評(píng)和指正。最后感謝老師對(duì)這次課設(shè)的評(píng)閱。