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1、学号08218江西理工大学化工原理课程设计说明书专 业： 化学工程与工艺 学生班级： 二 代八 级 二 班学生姓名： 指导教师： 材料与化学工程学院2011 年 3 月 1 日目录一、 设计任书.1二、 工艺流程草图及说明.5三、 工艺计算及主要设备设计.61、 确定设计方案.61.1 选择换热器的类型61.2 流程安排62、 确定物性数据.63、 估算传热面积.73.1 热流量73.2 平均传热温差73.3 传热面积73.4 冷却水用量74、 工艺结构尺寸.74.1 管径和管内流速74.2 管程数和传热管数74.3 传热管排列和分程方法84.4 壳体内径84.5 折流板84.6 其他附件84
2、.7 接管85、 换热器核算.95.1 热流量核算95.1.1 壳程表面传热系数95.1.2 管内表面传热系数95.1.3 污垢热阻和管壁热阻95.1.4 传热系数KC.105.1.5 传热面积裕度.105.2 换热器内流体的流动阻力.115.2.1 管程流体阻力.115.2.2 课程阻力.11四、 辅助设备的计算和选型.111 换热器入水管的规格 11 2 从河边至工厂的管子的规格 123 离心泵1的规格.124 换热器处离心泵2的规格.135 蓄水池、凉水塔的设计14五、设计结果设计一览表.15六 设计评述.17七 主要符号说明.19一、化工原理课程设计任务书（换热器的设计）（一） 设计题
3、目：甲苯冷却器的设计（二） 设计任务及操作条件：题目工厂因工艺扩建，需设计装置来冷却甲苯车间的产品甲苯。试根据以下工艺要求设计合理的输水工艺 （管件布置和输送机械的选择）及合适的换热器。有关工艺和要求如下。 该厂附近有一条小河，但夏季有24个月的枯水期，一直改长距离河岸最短约为2公里，该厂与河液面海拔高度约为46米。 设计换热器放置距地面7 .5 米相应管件与直管总长依据所测绘工艺流程图计算水管的直管水道的直管阻力系数取0.018。 进水管的直管阻力系数取0.025。设计要求： 换热器管壳层压降均不超过0.1atm . 水的入口温度为10。 甲苯温度从90下降为75用水量30th。（三） 设计
4、项目2 选择适宜的列管换热器并进行核算。3 画出工艺设备图及列管布置图。二、 工艺流程草图及说明工艺流程草图主要说明：由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图，甲苯经泵抽上来，经加热器加热后，再经管道从接管C进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，甲苯从90被冷却至75之后，由接管D流出；循环冷却水则从19变为15，由接管B流出。三、 工艺计算及主要设备设计1、确定设计方案1.1选择换热器的类型：两流体温度变化情况：甲苯进口温度为90，出口温度75，冷流体进口温度10，出口温度15；冬季操作时，其进口温度会降低
5、，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。1.2流程安排: 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。选用252.5的碳钢管（换热管标准：GB8163）。2、确定物性数据：2.1定性温度：可取流体进口温度的平均值。 管程流体的定性温度为：（）甲苯的定性温度为： ()根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 甲苯在82.5下的有关物性数据循环冷却水在12.5下的物性数据密度o=809 kg/m3密度i=999.4 kg/m3定压比热容cpo=1.902 kJ/(kgK)定压比热容cpi=4.189 kJ/(kg
6、K)导热系数o=0.121 W/(mK)导热系数i=0.58W/(mK)粘度o=0.000305 Pas粘度i=0.000123Pas3、估算传热面积3.1热流量Qo=m0cp0t0=300002.22(140-40) /3600=627000kJ/h=174.54 (kW)3.2平均传热温差()3.3传热面积 假设K=300W/(m2K),则估算面积为：AP=Q0/(Ktm)=174540103/(30039)=8.33(m2) 3.4甲苯的冷却量（kg/h）4、工艺结构尺寸4.1 管径和管内流速选用252.5mm较高级冷拔传热管(碳钢10)，取管内流速ui= 0.75m/s4.2 管程数和
7、传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数=35.436（根）按单程管计算，所需的传热管长度为：=2.953.0（m）所以按单管程设计即可， NT=36（根）4.3传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。（见化工过程及设备课程设计书本图3-13）取管心距t=1.4d0，则t=1.425=35(mm)隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22（mm）。各程相邻的管心距为44mm。管束的分程方法，每程各有传热管36根，其前后箱中隔板设置和介质的流通顺序按化工过程及设备课程设计书本图3-14选取。4.4壳体内径采用单管程结构，则
8、壳体内径为D=t（nc -1）+2bnc =1.1=6.6b=1.4=1.4*25=35mmD=35*(6.6-1)+2*35=266mm按卷制壳体的进级挡，圆整可取D=300mm。4.5折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25300=75（mm）折流板间距B=0.7D,则B=0.7300=210mm。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=3000/210-1=13(块)，折流板圆缺面水平装配见化工过程及设备课程设计书本图3-15。4.6其他附件拉杆数量与直径按化工过程及设备课程设计书本图表3-9选取，本换热器传热管外径为25mm故其拉杆直径
9、为16，拉杆数为4个。壳程入口处，应设置防冲挡板。4.7接管壳程流体进出口接管：取接管内甲苯流速为u0.42m/s，则接管内径为：D1=（m），圆整后可取管内径为23mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.5 m/s，则接管内径为(m)=84mm。5. 换热器核算5.1热流量核算5.1.1壳程表面传热系数，用克恩法计算：当量直径，由正三角排列得：de=（m）壳程流通截面积：=0.018（m2）壳程流体流速及其雷诺数分别为：u0=（m/s）Re0=32418普朗特数：Pr=；粘度校正：h0=764W/(m2K) 5.1.2管内表面传热系数：hi管程流体流通截面积：Si=0.7850.
10、02236=0.011304（m2）管程流体流速及其雷诺数分别为：ui=0.738（m/s）Rei=11993普朗特数：Pr=hi=0.023=2928W/ (m2K)5.1.3污垢热阻和管壁热阻 查有关文献知可取：管外侧污垢热阻 R0=0.0005159 m2K/W管内侧污垢热阻 Ri=0.000334394 m2K/W管壁热阻 查有关文献知碳钢在该条件下的热导率为50W/(mK)。故RW=0.0025/50=0.00005（m2K/W）5.1.4计算传热系数KC：KC=365w/（m）计算传热面积AC:AC=Q/(KCtm)=174540/（36569.88）=6.843（m2）该换热器的
11、实际传热面积A：A=3.140.025336=8.4（m2）5.1.5该换热器的面积裕度为：H=100%=100%=23.9%传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。5.3换热器内流体的流动阻力5.3.1管程流体阻力 计算公式如下：Pt=（Pi+Pr）NSNpFS其中NS=1, Np=2，FS=1.5; Pi=由Re=11993，传热管相对粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄图得=0.041，流速u=0.738m/s，=999.4kg/m3，故 Pi=1665（Pa）；Pr=812（Pa） Pt=（1665+812）11.5=3716（Pa）104 Pa管程流体阻力在允许范围之内。5.3.2壳程阻力 PS=（P0+Pi）FSNS其中 FS=1 ；NS=1 ；P0= Ff0NTC(NB+1) ;F=0.5,f0=534218-0.228=0.2511, NTC=1.1 NT0.5=1.1360.5=6.6NB=13;u0（按流通面积S0=B(D- NTCd0)计算）=0.42m/s则流体流经管束的阻力：P0=0.50.25116.6（13+1）8090.422/2828（Pa）
