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1、化工原理课程设计 课程名称: 化工原理课程设计 设计题目: 年产1.5万吨苯冷却器的工艺设计 院 系: 化学与生物工程学院 专业班级: 姓 名： 学 号：目录一、设计任务书3(一)设计题目3(二)设计条件3(三)设计步骤及要求3(四)设计成果4(五)时间安排4(六)设计考核4(七)参考资料4二、文件综述6三、年产1.5万吨苯冷却器的工艺设计16(一)确定设计方案：16(二)确定流体的流动空间：16(三)计算定性温度，确定流体的物性参数：16(四)初步估算传热面积171.苯的流量及热负荷：172.冷却水的用量：173.平均传热温差：174.初算传热面积：18(五)工艺结构和尺寸181.管径和管内
2、流速：182.管程数和传热管数：183.传热管排列和分程方法：194.壳体直径：195.折流板：196.接管：19(六)核算201.传热面积核算：201)管程传热膜系数：202)壳程传热膜系数：203)污垢热阻和管壁热阻：214)总传热系数核算：215)传热面积核算：212.换热器流体阻力损失：221)管程阻力：222)壳程阻力：233.管长与管径比：23(七)附属结构的选型23(八)换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表24(九)符号说明24(十)参考文献261兰州交通大学课程设计（论文）一、 设计任务书(一) 设计题目年产1.5万吨苯冷却器的工艺设计(二) 设计条件1 生产能力1.5104
3、吨每年粗苯2 设备形式：列管换热器3 操作压力：常压4 苯的进出口温度：进口80，出口355 换热器热损失为热流体热负荷的3.56 每年按330天计，每天24小时连续生产7 建厂地址：兰州地区8 要求管程和壳程的阻力都不大于104Pa9 非标准系列列管式换热器的设计(三) 设计步骤及要求1. 确定设计方案1) 选择列管换热器的类型2) 选择冷却剂的类型和进出口温度3) 查阅介质的物性数据4) 选择冷热流体流动的空间及流速5) 选择列管换热器换热管的规格6) 换热管排列方式7) 换热管和管板的连接方式8) 选择列管换热器折流挡板的形式9) 材质的选择2. 初步估算换热器的传热面积S3. 结构尺寸
4、的计算1) 确定管程数和换热管根数及管长2) 平均温差的校核3) 确定壳程数4) 确定折流挡板、隔板规格和数量5) 确定壳体和各管口的内径并圆整4. 校核1) 核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10，不大于202) 核算管程和壳程的流体阻力损失3) 管长和管径之比为610如果不符合上述要求重新进行以上计算5. 附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型6. 将计算结果列表（见下表）(四) 设计成果1. 设计说明书（A4纸）1) 内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录2) 格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印2. 换热器工艺条
5、件图（2号图纸）（手绘）(五) 时间安排1) 第十九周第二十二周2) 第二十二周的星期五（7月25日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟(六) 设计考核1) 设计是否独立完成2) 设计说明书的编写是否规范3) 工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范4) 答辩(七) 参考资料1. 化工原理课程设计 贾绍义 柴诚敬 天津科学技术出版社2. 换热器设计手册 化学工业出版社3. 化工原理 夏清 天津科学技术出版社换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表参数管程壳程操作条件物料名称流量（/h）操作温度（）操作压力（MPa）物性参数定性温度（）密度（/m3）定压比热（kJ/）
6、粘度（mPas）导热系数（w/m）主要工艺性能参数流速（m/s）对流传热系数（w/m2）污垢热阻（m2/ w）阻力损失（MPa）热负荷（w）传热总系数（w/m2）传热平均温差（）传热面积（）设计裕度（%）设备结构参数换热器的型式材质程数换热管规格（mm）直径（mm）长度（m）折流挡板型式数目（个）数目排列方式间距（mm）管心距（mm）3兰州交通大学课程设计（论文）二、 文件综述1. 换热器简介：换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广
7、。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。列管式换热器（如图1）是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。列管式换
8、热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6M
9、pa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。 图1.列管式换热器浮头式换热器（如图2）的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须
10、考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=35mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管受到不断涌现的新型换热器的挑战
11、，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。 图2.浮头式换热器U形管式换热器（如图3）每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可抽出，管间（壳程）清洗方便。质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料，由于管子需要一定的弯曲半径，故管板利用率低；管束最内层间距大，壳程易短路；内层管子不能更换，因而抱人率高。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐
12、蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可是高压空间减小，密封易解决，并可节约材料和减少热损失。U型管式换热器，单台换热器共有两块管板，如下图3所示。这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流，另一半管束管内外介质的流动方向为逆流。U型管式换热器的双管板之间一般采用聚液壳彼此连接。聚液壳可以用来调整管板间距且保证两管板相互平行。同时，聚液壳用来封闭相邻两管板之间泄漏出的气(液)体，防止有毒气(液)体的外溢。聚液壳最高和最低处需分别设置放空口和放净口，用于及时导出渗漏气(液)体。如果壳程与管程之间温差很大，为了降低壳程与管程管板与换热管连接处的应力，应尽量降低短节的壁厚，必要时可
13、增加一个膨胀节。U形管换热器与其他类型换热器的最大区别是管束结构，在设计换热管布局时应考虑换热管的最小弯曲半径尺i与分程隔板槽两侧相邻管中心距s的关系。管径越大，最小弯曲半径就越大，大部分换热管的最小弯曲半径大于分程隔板槽两侧相邻管中心距；且U形管弯曲段的弯曲半径R应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径R可查手册选取。因此，为了保证适合分程隔板槽两侧相邻管的中心距，最内层换热管在排列时需要进行斜向交叉排列。如果最内层U形管之间的间距过大时，可设置假管或者挡板。 图3.U型管式换热器2. 换热器的种类： 换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用
