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1、粗苯冷却换热器第一章前言换热器，也称热交换器，用以不同温度流体间进行换热的设备在石油，化工工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把 液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体，这些过程均可通过换热设备来完成。换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一。 其正确的设备，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性，经济性以及能源的有效 利用与节约，对国民经济有十分重要的影响。换热器的名称由于其作用、特征及工 业部门的习惯不同，而多种多样。例如，以其作用命名的如蒸气过热器，是把蒸气 加热到一定的过热状态的换热器，水冷却塔，是用空气冷却热水的换热器等，以其 结构特征命名的如
2、套管式换热器，板翅式换热器等；同时反映其结构和作用的如管 壳式油水换热器，管式空气预热器等。进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选 用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺 尺寸。列管式换热器在工业上的应用已有较长的历史了。目前仍作为一种传统的典型 换热器设备在各工业部门中被大量采用，并占据主要地区。由于列管式换热器容易 制造，可供选择的材料围较广，换热表面活洗方便，适应性强，处理能力大，特别 是能应用在高温、高压下工作，所以它能在近代出现的各种新型、高效和紧凑换热 器的竞相发展中，得以继续存在。它在长期使用中得到不断改进，其结构已比较完 善。目前国外在加速研究
3、和发展各种新型换热器的同时，仍在大量生产和使用列管 式换热器，并对其继续进行研究。因此可以预料，今后它仍将是各工业部门中重要 的换热设备，并且是高温、高压和大量换热器的主要形式。本设计是从列管式换热器中选取一种的实现粗苯的冷却,因此必须了解此换热器的特点，根据工艺需要及计算数据选用合适的类型，运用传热的基础原理，合理确 定换热器的管程，确定换热器的传播面积，结构尺寸及校核压力降，而对于已有系列 化标准的换热器，则需通过必要计算来选用.在化工生产中所使用的换热器种类和形式很多，但完善的换热设备至少应满足下列因素：1、保证达到工艺所规定的换热条件，要考虑到传热量、操作参数（如温 度、压力和流量等）
4、、流体的物理化学性质（如密度、粘度、导热系数、比热和物态 等）以及流体的腐蚀性等。2、强度足够及结构可靠，对设备在机械强度和刚度上， 需要从操作压力及温度进行设计计算，有时还需考虑是否需要采用温度差的补偿装 置。3、便丁制造、安装和检修。4、经济上合理。本设计目的是设计实现粗笨冷却繁荣列管式换热器，因此必须在了解粗笨物理及化学性质的基础上，充分考虑以上换热器设计的影响因素， 运用传热的基础原理, 合理确定换热器的管程、传热面积、结构尺寸并对总传热系数、压力降进行校核， 从而达到本课程设计的目的。第二章设计方案及工艺流程说明2.1设计方案：采用循环水冷却粗苯，将流量为0.0056 m3/s，进口
5、温度为78 C粗苯通过换热器 管程同时将进口温度为24C的冷却水通过管程，经过热交换之后，粗苯的出口为38C，冷却水的出口温度为34C .由丁苯是被冷却的流体，走壳程易丁散热，循环水 易结垢走管程使换热器易活洗。2.2换热器示例图第三章 标准列管换热器的选择3.1计算并初选择换热器规格3.1.1物性参数的确定出口温度：E=38C出口温度：t2=34C(3-1)(3-2)纯苯液体 进口温度：Ti=78C 冷却水 进口温度：t i=25C(1) 确定定性温度丁 _Th1 Th2I m,h=2=78 38=58C2tc1 tc2t m,c2= 24=2 C2(2) 确定温度差选择换热器两流体温度差
6、t=T m,h-1 m,c=58-29=29 C 0.8故采用单壳程tm t t 26.89 0.8923.93 C3.1.4初选换热器规格(3-7)3.59 105420 23.93235.72m2参考“管壳式换热器用作冷热器”时的k值围k选=420w.m2 C Qk选tm2S = A 估 X 1.2 = 42.86m表3-2、初选换热器规格壳径D400mm折流挡板间距B0.2m公称面积43.1m2管心距t25mm数Np2菅数n164管长L4.5m管子直径4 19 X 2(碳钢钢管)管子排列方法正三角形换热器的实际传热面积A =n do(L-0.1)(3-8)一一，.一， _ -一 2=16
7、4 3.14 0.019(4.5 0.1) 43.05m3.2核算总传热系数3.2.1管程对流传热系数Np4 dt2(3-9)1643.140.015220.0145m22WJ cSi(3-10)8.42/995.950.1942m/sReidM i(3-11)0.0150.5831 995.951.061 1040.821 10 3PiC =p,i i(3-12)4.175103 0.821 10 35.8890.582i0.023i0.80.4丁 ( Re,i ) pr ,i di(3-13)0.0230.5820.8106100.0150.35.8893010.43w/(mg)0.583
8、1m/s0.01453.2.2壳程对流热系数流体流通截面积为：A=hD( 1-色)(3-14)t=0.3 0.4(1 0019) =0.0288 m20.025VsoUo 上(3-15)Ao14.5 1040.0288 3600 24 3004(顷2d)deo = 0.0173m(3-16)ReodeUo o0.0173 0.1942 839.85“：7328.860.385 10由正三角形排列，得0.138ProR 1.82 103 0.385 103 5.077(3-17)o0.550.36(Reo)( Pr ,o)de0.36 0.138 (7328.86)0.55 (5.077)3 0
9、.950.01732_626.37W/m . C3.2.3污垢热阻的确定由据参考文献1 禺(0.86 : 2.6) 10 5取污垢热阻粗苯 Rs,i =1.72 x 10-4 m2 - C /w循环水 =1.72 X 10-4肘 c/w碳钢的导热系数 入=51.1 w/mC3.2.4总传热系数的计算总传热系数ko bdodmR %Rsidido 1 aidi(3-18) 626.370.002 0.019 0.0190.000172 0.000172 -51.096 0.0170.0150.0193010.43 0.0153.59 105=408.018W/nf. C236.768m2408.
10、018 23.93则43.05 36.768 亿A36.7683.3核算压强降3.3.1管程压强降P RP2 FtNpNs(3-19)当Rei 1.948 104取碳钢钢管壁粗糙度 =0.2 一 义2 0.013 d 1.5查得入=0.045I u2则 Pi= p1(3-20)di 2c l 4.5995.95 (0.5831)2=0.0451 =2285.74 Pa2Ui B=3(3-21)2995.95 (0.5831)2=3 =507.94 Pa24 19X2mm勺管子，Ft=1.5, Np=2, Ns=1, 所以R 2285.74 507.94 1.5 2 1 8381.04Pa0.1
11、MPa3.3.2壳程压强降Po=( F1+A P2/)FsNs(3-22)其中 Fs=1.15 Ns=12F Ffonc(NB 1)十(3-23)管子为正三角形排列，取F=0.5Nc0.51.1Nt(3-24)P2_0 51.1(164) .14折流板间距h=0.3m折流板数Nbh(D Ncd。)0.3 (0.4Vs，ou。Reo0.2285 ReoL 1 h 空1 14 0.3(3-26)(3-25)14 0.019) 0.0402 m214.5 104300Vs，。douo24 36005.59 10 33 /m /s5.59 10 30.04020.0190.1392m/s0.1392 839.8530.385 105769.44 500(3-27)5 (5769.44) 0.2280.6941所以2h Nb(3.5 )P 0.5 0.6941 14(142八 839.85 0.139221)593.01 Pa2 UoD 2(3-28)- 2227.83Pa14 (35 2 0.3)839.85 (0.1392)0.42PO =(593.01+227.83) X 1.15=943.97Pa0.1MPa计算表明，管程与壳程压强降都能满足题设的要求.因此所设计的换热器合理3.4设计结果一览表表3-3选型计算结果项目符号单位数据热流体的进口温度ThiC80热流体的出口温度
