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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%）H 36.69 CH 0.31 CO 32.07 HS 0.2 CO 8.75 O 0.2 N 21.78 2.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(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 (绝)。4.每年估计大修、中修两个月，年工作日按300天计。5.每生产一吨氨需耗半水煤气量为
2、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 7 3.1.1.净化前组成7 3.1.2.净化后组成 8 3.1.3.混合后组成 9 3.1.4.变换气组成 103.2.热量衡算及物性数据 11 3.2.1.冷、热流体的摩尔流率 11 3.2.2.冷流体的物性参数 11 3.2.2.1.冷流体的定性温度 11 3.2.2.2.冷流体的比热 12 3.2.2.2.1.常压下，各气
3、体在时的比热 12 3.2.2.2.2.常压下，混合气在时的比热 12 3.2.2.2.3.比热的校正 12 3.2.2.3.冷流体的黏度 13 3.2.2.3.1.各气体在时的黏度13 3.2.2.3.2.混合气在时的黏度13 3.2.2.4.冷流体的导热系数14 3.2.2.4.1.各气体在时的导热系数14 3.2.2.4.2.混合气在时的导热系数14 3.2.2.5.冷流体的密度14 3.2.2.5.1.各气体在时的密度14 3.2.2.5.2.混合气在时的密度15 3.2.2.6.冷流体的吸热量15 3.2.2.7.冷流体的平均摩尔质量15 3.2.3.热流体的物性参数15 3.2.3
4、.1.热流体的出口温度T2 15 3.2.3.2.热流体的定性温度16 3.2.3.3.热流体的比热16 3.2.3.4.热流体的黏度16 3.2.3.4.1.各气体在时的黏度 17 3.2.3.4.2.变换气在时的黏度 17 3.2.3.5.热流体的导热系数17 3.2.3.5.1.各气体在时的导热系数 17 3.2.3.5.2.变换气在时的导热系数 17 3.2.3.6.热流体的密度 18 3.2.3.6.1.各气体在时的密度 18 3.2.3.6.2.变换气在时的密度 18 3.2.3.7.热流体的平均摩尔质量 18 3.2.4.冷、热流体的物性表 183.3.冷热流体的流程安排193.
5、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20 3.7.1.管程设计确定换热管规格、管数和布管 20 3.7.2.设置拉杆 21 3.7.3.确定管程流速 22 3.7.4.壳程设计 22 3.7.4.1.确定换热管长度 22 3.7.4.2.管外传热面积的设计值A。 22 3.7.4.3.设置折流板 22 3.7.5.核算传热面积A22 3.7.5.1.管程对流传热膜系数i23 3.7.5.2.壳程对流传热膜系数。23 3.7.5.3.污垢热阻Ra的确定25 3.7.5.4.管壁热阻 25 3.7.5.5.传热系数k。 25 3.7.5.6
6、.核算传热面积A。 263.8.计算阻力压降 26 3.8.1.管程阻力损失26 3.8.2.壳程阻力损失273.9.计算温差应力、确定热补偿方法 28 3.9.1.换热管壁温的计算28 3.9.2.圆筒壁温的计算29 3.9.3.温差应力的计算30 3.9.4.确定热补偿方法 313.10.设计管箱和接管31 3.10.1.管箱 31 3.10.2.接管 313.11.确定换热管与管板连接方法313.12.化工工艺设计参数汇总32参考文献 33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
7、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 300500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
8、、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。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。
9、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（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。三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 ，即0 ，101.3 kpa下、 V= 3562 m 0 ，101.3 kpa下、1 kmol气体的体积为22.4 n=159.018 kmol表1 各气体的摩尔质量 CO CO M(kg/kmol) 2.016 28.00 44.00 28.02 16.03 34.09 32.00 : v%=n%=36.69 %=159
