化工原理课程设计2-1说明书--乙苯冷却器设计.docx

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1、化工原理课程设计2-1说明书题目:乙苯冷却器设计化工原理课程设计(21)任务书一、题目乙苯冷却器的设计二、设计任务及操作条件1处理能力:25万吨/年乙苯2设备形式:列管式换热器3操作条件:乙苯:压力8.0MPa,入口温度115,出口温度一45:冷却介质:自来水,压力0.4MPa,入口温度22,出口温度自定;(3)允许压强降:不大于100KPa;每年按330天计,每天24小时连续运行。三、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。四、设计要求1 .

2、手工计算完成换热器设计与校核;2 .用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。发出日期2016年7月3日交入日期2015年7月9日指导教师:于英民目录第1章前言1第2章计算与初步选型22.1确定设计方案22.1.1换热器类型22.1.2流体流动空间及流速22.1.3操作时长22.2确定物性数据22.3估算传热面积32.3.1热负荷32.3.2冷却水用量32.3.3逆流平均温差32.3.4初估传热面积32.4工艺结构尺寸32.4.1管径和管内流速32.4.2管程数和传热管数42.4.3平均传热温差校正及壳程数42.4.4传热管排列和分程方法42.4.5壳体内径

3、42.4.6折流挡板52.5初步选型5第3章校核计算73.1 热量核算73.1.1 壳程对流传热系数73.1.2 2管程对流传热系数83.1.3 确定污垢热阻83.1.4 1.4总传热系数83.2茁j4专八、lj*3.3管、壳程压降91. 1.1管程压降93. 12*第4章EDR设计与校核114. 1初步规定114.1 *1nS114.1.2壳体和封头114.1.3换热管114.14/ftbc*114.1.5换热器方位114.2设计结果与分析H4.2.1名吉木*144.2.2面积余量144.2.3压降144.24/L154.2.5传热系数154.2.6传热温差154.3154.3.1面积余量1

4、84.3.2压降184.3.3184.3.4传热系数184.3.5热阻分布184.4EDR1118第5章结论19致谢20参考文献第1章前言第1章前言在工业生产中,为了满足工业流程的需要,往往需要对物料进行各种不同方式的热量变换,如:加热、冷却、蒸发和冷凝等,换热器就是用来实现上述热量交换与传递的设备。通过各种换热设备,可以使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体,以满足生产工艺的需要。换热器是许多工业生产中常用的设备,在化工、石油、动力生产、制冷、食品等行业中应用广泛。换热器在设计或选型时应满足以下基本要求:(1)合理地实现所规定的工艺条件;(2)结构安全可靠;(3)便于制造、安装、操作和维

5、修;(4)经济上合理。换热器有的以回收热量为目的,用于余热回收;有的以保证安全为目的,防止温度过高损坏设备。换热器的作用不同,其设计选型运行工况也各不相同。本次设计的乙苯冷却器是换热设备的一类,用以冷却流体,通常以水或空气为冷却剂,有间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却器和蛇管式冷却器等。本次设计首先根据所要完成的换热任务,计算相应的换热参数,然后根据国家标准初步选择合适的换热器,再对所选换热器进行校核计算,最终确定满足工艺生产要求的换热器。本次课程设计,旨在让学生把书本知识运用到实践,提高灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力,更好的掌握基本知识,培养工程实际观念,具备化工设备初步设计的

6、能力。第2章计算与初步选型2.1 确定设计方案2.1.1 换热器类型两流体温度变化情况:热流体入口温度115,出口温度45;冷流体(自来水)入口温度22,设计出口温度30。逆流平均温差:tm加|-42_ (115-30)-(45-22)1排In年迎t2(45-22)=47,43 乙苯压力为05Mpa,自来水压力为0.4MPa,考虑到水易结垢,故选定水走管程,乙苯走壳程,采用固定管板式换热器。2.1.2 流体流动空间及流速选用中19wwx2三的碳钢管,初定管内流速为0.8ms.2.1.3 操作时长每年按330天计,每天24小时连续运行。2.2确定物性数据由EDR软件可查得两流体在各自定性温度下的

7、物性参数如下表:表21冷热流体物性参数表名称乙苯水定性温度/C8026密度kgm,811.24998.11热容kJ(kgC尸1.8174.191黏度/mPas0.35980.8763导热系数/科(苏.。C尸0.11530.60182.3估算传热面积2.3.1热负荷按乙苯计算,即:=(-)=(25107)(330243600)1.817103(l15-45)=1.115106W2.3.2冷却水用忽略热损失,则冷却水用量为:W2 =l.H51064.191xl()3(30-22)=33.26kgs2.3.3逆流平均温差由两流体进出口温度可得逆流平均温差:t_(U530)(45-22)In也” t9

8、(45-22)=47.43 2.3.4初估传热面积按石油化学工程原理中表6-7选K=480W(.oC),则传热面积S=-L115xl048.98m-Kktm、逆 480x47.43考虑15%的面积裕度S=1.15Sr=1.1548.98=56.32m22.4工艺结构尺寸2.4.1 管径和管内流速选用(DI的碳钢管,初定管内流速为0.8ms2.4.2 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=235.8236 (根)V_33.26/998.11(-4)J-0.7850.01520.856.322363.140.019按单管程计算,所需传热管长度为=4.00m综合考虑传热面积、管数和

9、管长等因素,选取传热管长=4.5m,换热器管程数为1,根据单管程换热器标准,取管子数为174根。2.4.3 3平均传热温差校正及壳程数= 0.08602t,3022-r,i5-45= 8.75Ty-T2115-45“2一430-22按单壳程结构查单壳程犷-P-R图,得材=0.98tm=0.9847.43=46.48C2.4.4 4传热管排列和分程方法采用正三角形错列排管方式,取管心距E=1.25,,则管心距r=1.251925IrUn横过管束中心线的管数t=1.197V=1.1974=16(根)2.4.5 壳体内径采用单管程结构,取管板利用率=0.7,则壳体内径D=1.05tyN=1.0525

10、1740.7=413.9mm根据换热器壳径的标准,圆整取0=40Omm。2.4.6 折流挡板采用弓形折流挡板,取弓形折流挡板圆缺的高度为壳体内径的25%,则切去圆缺的高度为:/?=0.25400=100mm取折流挡板间距3=0.75。,则B=0.75400=300mm折流挡板数为:v传热管长145001”小、NL折流板间距(块)折流挡板圆缺面水平装配。2.4.7 折流挡板(1)壳程流体(乙苯)进出口接管:取管内乙苯流速为Loms,则j4V48.768/811.24八d=J=J=0.117muV3.14x1.0取标准管径为100mm(2)管程流体(自来水)进出口接管:取管内自来水流速为1.5ms

11、,则z74V/4x33.26/998.1八“父a=J=J=0.168muV3.141.5取标准管径为200mm2. 5初步选型考虑到两流体温差较大(t=38.42C),且冬季操作时冷却水进口温度会降低,因此壳体壁温和管壁温相差较大,故选用带膨胀节的BEM系列管壳式换热器较为合适。根据计算得到的各工艺结构尺寸,参照化工原理课程设计附录5中固定管板换热器主要工艺参数表(19削x2加n换热管)选取的换热器型号为:BEM400-45.7-1,其结构尺寸如下:0.519表22初选换热器主要工艺参数表型号0445BEW400-2-45.7-:-I0.519公称传热面积45.7m2管程流通面积0.0307m

12、2壳体内径400mm管心距25mm管子总数174壳中心管排管子根数14有效管长4.5m管子排列方式正三角形错列管子规格I9mm2mm折流板间距30Omm管程数I折流板总数14第3章校核计算3.1热核算3.1.1壳程对流传热系数对于具有圆缺形折流挡板的壳程,可采用多诺霍公式:a0=0.23(也竺)。6(3(上_严4=0.23RetP出MWUAv对于此换热任务,匕1由SC=S(ZV-X)得Sc=B(Ds,-nedo)=0.3(0.4-140.019)=0.0402/选用折流挡板拱高与壳径之比为0.25,查得弓形面积系数Kt为0.154弓形面积:S=K,D;=0.154OT=0.0246则折流挡板缺口内的管子根数:0.0246n=X174=340.42-4由Sz,=Kj-鸳?力得:Sh=K,D-nw-4=0.1540.42-34-0.0192=0.0150m2bu44Sf,m=yS=0.04020.0150=0.02462dnno8.768z/r。0.019R=00246=18822M43.598104dCPJML817x1033.59810-4,Prtl=-二=5.670r040.1153故%=0.230

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