《年产5200吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计教材(DOC 36页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产5200吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计教材(DOC 36页)（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工原理课程设计任务书设计题目：年产 5200 吨合成氨厂变换工段列管式热交换器的工艺设计一基础数据1. 半水煤气的组成（体积 %）CH 4 0.31H2 S 0.2O20.2H 236.69CO 32.07CO2 8.75N 221.782. 水 蒸汽饱和半 水煤气时的体积比为 1.2:1 ;饱和 水蒸汽后湿混合煤气压力为 7.45 kgf/cm 2（绝）；温度为 144 ；要 求经热交换器 后温 度达 到 378 后再进 变换 炉3. 变换率为 90 % ; 变换炉出口变换气温度为 480 ，压力 为 7.15 kgf/cm 2 （ 绝 ）。4. 每 年估计 大修 、中 修两 个月 ，年
2、工作 日按 300 天 计。5. 每 生产一 吨氨 需耗 半水 煤气 量为 3562 标准 米。6. 要 求热交 换器 管、 壳程 的压 力降 均小 于 250 毫 米 水柱二设计范围1. 列管热交换器传热面积；2. 列管热交换器结构及工艺尺寸；3. 绘制列管热交换器结构图目录摘要5一概述6二热交换器设计的主要因素6三列管式换热器的设计步骤73.1. 物料衡算73.1.1. 净化前组成73.1.2. 净化后组成 83.1.3. 混合后组成 93.1.4. 变换气组成103.2. 热量衡算及物性数据113.2.1. 冷、热流体的摩尔流率113.2.2. 冷流体的物性参数113.2.2.1. 冷流
3、体的定性温度113.2.2.2. 冷流体的比热123.2.2.2.1. 常压下，各气体在 t 261 时的比热 123.2.2.2.2. 常压下，混合气在 t 261 时的比热 123.2.2.2.3. 比热的校正123.2.2.3. 冷流体的黏度133.2.2.3.1. 各气体在 t261时的黏度133.2.2.3.2. 混合气在 t_261时的黏度133.2.2.4. 冷流体的导热系数143.2.2.4.1. 各气体在 t261时的导热系数143.2.2.4.2. 混合气在 t261时的导热系数143.2.2.5. 冷流体的密度143.2.2.5.1. 各气体在 t261时的密度143.2
4、.2.5.2. 混合气在 t_261时的密度153.2.2.6. 冷流体的吸热量153.2.2.7. 冷流体的平均摩尔质量153.2.3. 热流体的物性参数153.2.3.1. 热流体的出口温度 T2 153.2.3.2. 热流体的定性温度163.2.3.3. 热流体的比热163.2.3.4. 热流体的黏度163.2.3.4.1. 各气体在 T_ 350 时的黏度 173.2.3.4.2. 变换气在 T 350 时的黏度 173.2.3.5. 热流体的导热系数 173.2.3.5.1. 各气体在 T_350时的导热系数173.2.3.5.2. 变换气在 T350时的导热系数173.2.3.6.
5、 热流体的密度 183.2.3.6.1. 各气体在 T350时的密度183.2.3.6.2. 变换气在 T_350时的密度183.2.3.7. 热流体的平均摩尔质量183.2.4. 冷、热流体的物性表183.3. 冷热流体的流程安排193.4. 管、壳程数的确定193.5. 传热平均温差的计算193.6. 估算传热面积203.7. 结构设计203.7.1. 管程设计确定换热管规格、管数和布管203.7.2. 设置拉杆213.7.3. 确定管程流速 u2 223.7.4. 壳程设计 223.7.4.1. 确定换热管长度 223.7.4.2. 管外传热面积的设计值 A。 223.7.4.3. 设置
6、折流板 223.7.5. 核算传热面积 A 223.7.5.1. 管程对流传热膜系数 i 233.7.5.2. 壳程对流传热膜系数 。 233.7.5.3. 污垢热阻 Ra 的确定 253.7.5.4. 管壁热阻 253.7.5.5. 传热系数 k 。 253.7.5.6. 核算传热面积 A。 263.8. 计算阻力压降 263.8.1. 管程阻力损失263.8.2. 壳程阻力损失273.9. 计算温差应力、确定热补偿方法 283.9.1. 换热管壁温的计算283.9.2. 圆筒壁温的计算293.9.3.温差应力的计算303.9.4. 确定热补偿方法 313.10. 设计管箱和接管 313.1
7、0.1. 管箱 313.10.2. 接管 313.11. 确定换热管与管板连接方法 3132333.12. 化工工艺设计参数汇总 参考文献摘要本文设计的是列管式固定管板换热器用于合成氨工艺中CO的变换。通过内 插法计算冷、热流体的物性参数；通过试差法确定换热器的管数、内径、换热管 长度、长径比、换热面积、传热系数、管壳程流速等。并进行热量、传热面积、 压降的校核。关键词 ：列管式换热器， CO变换，内插法，试差法。一. 概述传热设备简称换热器，是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、 化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。石 油化工厂中，它的投资占到建厂投资
8、的 1/5 左右，它的重量占工艺设备总重量 的；在我国一些大中型炼油企业中， 各式热交换器的装置达到 300 500 台以上。 就其压力、温度来说，国外的管壳式热交换器的最高压力达 840bar ，最高温度 达 1500 。而最大的外形尺寸长达 33m，最大的传热面积达 6700 。按用途分为加热器、冷凝器、冷却器、蒸发器、过热器和废热锅炉；换热器 按传热特征可分为直接接触式、 蓄热式、间壁式；按制造材料可分为金属、 陶瓷、 塑料、石墨、玻璃的交换器等；按热流体与冷流体的流动方向可分为顺流式、逆 流式、错流式。目前，在换热设备中，使用量最大的是列管式换热器。列管式换热器又称固定管板式换热器。
9、固定管板式换热器由壳体、 管束、管 板、封头等部件构成。 其结构较紧凑， 排管较多， 在相同的直径情况下面积较大， 制造较简单。其特点是传热面积比浮头式换热器大 20%30%；旁路漏流较小；锻件使用 较少，成本低 20%以上；没有内漏；壳体和管子的温差应力应小于等于 50，大 于 50时应在壳体上设置膨胀节；壳程无法清洗适用于管外物料比较清洁且不 易结垢的场。由于结构紧凑、坚固，且能选用多种材料来制造，故适应性较强， 尤其是在大型装置和高温、高压中得到普遍的采用。二. 热交换器设计的主要因数完善的换热器在设计时应满足以下各项基本要求 :2.1 合理地实现所规定的工艺条件传热量、流体的热力学参数
10、（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质 （密度、黏度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计时要根据这些条件进 行热力学和流体力学的计算， 使所设计的换热器有尽可能小的传热面积， 在单位 时间内传递尽可能多的热量。2.2 安全可靠 换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应 遵照我国钢制石油化工压力容器设计规定与钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。列管式换热器的设计步骤：3.1 物料衡算 以每生产一吨氨为计算基准3.1.1 净化前组成每生产一吨氨需半水煤气量为 3562标准 m 3 ，即 0 ， 101.3 kpa 下、总 = 3562 m10 ， 101.3 kpa 下、 1 kmol 气体的体积为 22.4 m 3 n总= V总 = 3562 =159.018 kmol22.4 22.4表 1 各气体的摩尔质量 5H2COCO2N2
