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1、十阖恳妙丈琴 【华东）CHTNA UNIVERSITY OF PFTROI FI JM化工原理课程设计 2-1 说明书题目：芳烃冷却器设计学生姓名学号：专业班级指导教师2015 年 7 月 10 日化工原理课程设计（2-1）任务书题目芳烃冷却器的设计设计任务及操作条件工艺流体热流体（甲苯44%+乙苯56%）冷流体（Wat er）总质量流率/（kg g-1）2427入口温度厂c9028出口温度厂C51入口压力（绝压）/kPa550450允许压力降/kPa9060污垢热阻/(m2 k w-1)0.000150.00016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
2、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。设计要求1. 手工计算完成换热器设计与校核；2. 用EDR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、计算源程序目录第 1 章前言 2第 2 章设计计算 4第 3 章校核计算 8第 4 章换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表 9第5章EDR设计与校核10致谢 16参考文献 1 7第1章前言化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要的环节，是化工原理课程教学中综 合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是侦查工程实际问题复杂性的初 次
3、尝试。通过化工原理课程设计，要学会应用相关课程设计基础只是，进行融会贯通的独 立思考，在规定的时间内完成指定的换热器任务，得到化工工程设计的初步训练。在此之 前，我们对化工这个专业的理解是抽象的，不具体的，局限于书本上的。通过化工原理课 程设计，使我们初步掌握化工设计基础知识，设计原则及方法，学会各种标准的使用以及 物质物理性质的查找方法，掌握了校核方法，包括笔算校核以及EDR校核，考虑的因素会 很多，极大的调动我们的动手能力，会使我们能力得到提高。课程设计将训练分析问题和独立工作的能力，综合运用所学知识进行化工工艺设计的 能力，培养实事求是的科学态度和严谨认真的工作作风，还能提高工程绘图及写
4、作能力。换热器是石油化工中最基本的设备，它掌控着热量在化工当中的使用，在能源利用方 面也起着至关重要的作用。换热设备在石油化工各个设置中的投资以及钢材消耗所占比重 中不断上升，其在降低能耗与生产成本中的作用也日益显著。本次设计所用的是固定管板式换热器，它属于管壳式换热器。管壳式换热器由管束跟 壳体组成，一种流体在管内流动，称为管程；另一种流体在管外壳内流动，称为壳程。两 种流体通过管壁进行换热。固定管板式换热器加折流挡板进行调整结构架单，造价低廉，在工艺条件许可时应优 先考虑。本课程设计要考虑到安全性以及经济型，设计的主要内容有设计计算，校核计算， EDR 软件模拟以及校核。第 2 章设计计算
5、2.1 确定设计方案2.1.1 选定换热器类型两流体温度变化情况：热流体入口温度90C，出口温度51 C ；冷流体（自来水）入口 温度28C。选水的出口温度为43C.两流体定性温度如下：热流体的定性温度（90+51） / 2 =70.5C水的定性温度（28+43） /2=35.5C2,1.2 选定流体流动空间及流速因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，甲苯乙苯混合物走壳程。同时选用申19x2mm的碳钢管，管内流速取u = 0.6m/si,2.2 确定物性数据查取冷热流体的物性数据可得在定性温度下，存在如下数据属性热流体水密度/ (kg m3)821995.95粘度/(mPa
6、 s)0.36910.7124导热系数/(w m-i k-i)0.12060.6142比热容/(kJ kg-i k-i)1.824.1892.3 计算总传热系数2.3.1 计算热负荷（热流量）按热流体计算，即Q=mCOT=1.8210000卩 0.0007124i2-3)故采用下式计算九 du p、 C 卩、a = 0.023x_t x (_lj i)0.8( p )0.4id 九ii0.61424189x0.0007124=0.023kx 12582).8 x ()0.40.015=3375.7W /m2 /c0.61422-4)2.3.3.2 管壁的导热系数入=45 W/m -C2.3.3
7、.3假设总传热系数K=710 W / m2。C2.4 计算传热面积S Q = 1703520=67.59mS =67.59mK t71033.58逆2-5)考虑 15%的传热面积裕度S=1.1晴77% 仔6)2.5 工艺结构尺寸2.5.1 管径和管内流速选用的碳钢换热管为19加巴管内流速为0.6m/s.2.5.2 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27/995.98n =256根s 0.7850.015 x0.6(2-7)按单管程计算所需换热管长度S 77.7L 5 09n兀 d 256x3.140.019s2-8)选 6m 的管长，单管程 .传热管根数N=256 （根）.
8、2.5.3 平均传热温差校正及壳程数t t 43-28P -11 0.24T t 90-2811R -巴-逆？ - 2.6 t2-1143-28(2-9)按单壳程单管程结构t 33.580Cm2.5.4 传热管排列和分程方法取管心距采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。t=1.25d0=1.25*19=24mm( 2-10) 横过管束中心线的管数n 1.19NI.I9256 20(2 id2.5.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径D 1.0ft - 1.05x24x ：空481.9nm山 忖 （2-12）圆整取 D=500mm2.5.6 折流板
9、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h=0.25x500= 125mm取折流板间距为B=0.3D=150mm，取为200mm，折流板取11块。2.5.7 接管2.5.7.1壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/s,则接管内径”丽.4x24/821 小取标准管径为 200mm。2.5.7.2管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为1.5m/s，则接管内取标准管径为 200mm。第 3 章校核计算3.1 热量核算3.1.1 壳程对流给热系数aodu p、 C |i e o o)0.55( po o(Ueo)1/3(巴)0.14巴(3-1
10、)对于圆缺形折流板，可采用克恩公式当量直径由正三角形排列得3.14x 0.0190兀X 0.024 - 4 X 0.019)壳程流通截面积=0.0144n3-2)d0.019S = BD(1-)=0.2 x 0.5(1-) = 0.021m20t0,024(3-3) 壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为24 / 821 u = 1.392m / s3-4)o 0.021du p 0.014X1.392X821Re =_o o = 445863-5)o U0.0003691o(C U 1.82X 0.0003691Pr = po o = 5.57o0.12063-6)o(九 /du p、 C U
11、 a = 0.36_o ( e o o )0.55( po o )1/3 (二)0.14 od UUeoow=0.36X0.1206/0.0144X445860.55X5.571/3X13-7)=1927.26W / m2 。C3.1.2 管程对流给热系数a 二0.02仝（du）o.8（Cp”）idu入iii （ 3-8 ）管程流通截面积S =078X00 你256隹0.04522i( 3-9 ) 管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为27 / 995.95 0.5998 m / s0.04520.5998 m / s（3-10）du p 0.0150.599X995.95 .,0.000712
12、4Re i i i 12578i UiC u 4189x0.00071240.6142P pi i 4.859ri3-11)=0.023=0.023九 d u p C u_L ( i iJ )0.8( pi i )ix 41.65u兀iix11628 0.8 x1.853-12)=31683.1.3传热系数 KK =计 d o +Rdoa d si di ii1bd厂+ C o + R +九 dso a2o10.019 0.002x 0.019 (+ 0.00016x+ 0.00015+3374.8x 0.0150.015二 771.3W / m2 。C45 x 0.01711927.263-13)K771.3出=1.09 沁 1.13-14)K710选K 值符合要求 .3.1.4 传热面积S= Q 2331930 98.58 2S= = 98.58m2KDt769.23x 30.75m3-15）实际传热面积S ndl（N-n） =3l*00196x（256-20）8448mp3-16）面积裕度S - S 8448-6577H = _= 28.4%S65.773-17）换热面积裕度合适，满足设计要求.3.2 换热器内流体流动阻力3.2.1 管程流动阻力羽 p = （: p 圧 p ）F NNi 12 t p s （ 3-18 ）（F 结垢校正系数， N 管程数， N
