化工原理课程设计

题目：液态苯冷却换热管设计。

班级： 11级应化

姓名。学号。

日期： 2013/11/19

36000t/年液苯冷却设备设计说明书。

化学与生命科学学院 11级应用化学专业）

1 设计任务及条件。

1.1设计任务。

有一精馏塔的馏分苯50吨/小时，其温度为℃，为便于存放需要降至到℃才能存储。试设计一台换热器完成该任务并**利用这部分热量。

1.2 操作条件：

① 操作压力常压（绝对压力）

当地大气压kpa（绝对压力）

③ 当地平均水温。

1.3 设计要求：

① 设计该热量**利用的原则流程；

② 设计计算该主体设备换热器的主要尺寸及型号规格，并绘制出该换热器的设备图。

③ 编制设计说明书。

2 设计方案简介。

2.1 选择换热器类型。

换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，该换热器用循环冷却水冷却，所用冷却水为软化锅炉水。

管壳温差稍大于50度，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差会再次增大，因此初步觉得可以选用浮头式换热器。如果有几种换热器都能完成生的需要，这产任务一指标尤为重要。所以考虑到经济问题，最后选择固定管板式换热器。

2.2 管程安排

由于设计要求**利用余热，如果让温度较高的的苯走管程，由于环境温度只有25℃与苯的温度相差很大，则苯向环境传热推动力很大，这样会导致大量的热量被损失，而让温度较低的水走壳程，由于水的温度也只有二十几摄氏度，向环境的传热推动力也小，最后热量损失小，并且软化锅炉水也不易结垢，故初步确定苯走管程，而水走壳程。

2.3 余热的**利用

现在一些锅炉房都需要生产水蒸气，但是室温下的水只有二十几摄氏度，而从此换热器流出的水达到35℃，由于要加热的水量多，即使是相差这十几摄氏度，也需要消耗很多的燃料，如果将这些换热器出口水当作锅炉的入口水，将会节约很多的燃料。另一方面，所选冷凝水为软化锅炉水，则在管道或锅炉中不易结垢，因此选取这种余热**利用方案。

3 主要物性参数。

3.1 两流体的问的变化情况：

热流体进口温度80℃，出口温度30℃；

冷流体进口温度25℃，出口温度35℃。

3.2 确定物性参数。

3.2.1 壳程水的定性温度。

已知苯在55℃下的有关物性数据如下，3.2.2 管程苯的定性温度。

则苯在55℃下的有关物性数据如下，4 工艺设计计算。

4.1 估算传热面积。

4.1.1 热流量（忽略热量损失）

4.1.2 冷却水用量（忽略热量损失）

4.1.3 平均传热温差

先按照纯逆流计算，得。

4.1.4 初算传热面积

初步选取较大的传热系数，即，则估算的传热面积为。

4.2 工艺结构尺寸。

4.2.1 管径和管内流速。

由于苯和水都是较洁净的流体，而水选用的是软化锅炉水，故在管道中均不易结垢。所以选用的较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速为。

4.2.2 管程数和传热管数

可依据传热管内径和流速确定单管程传热管数。

按单管程计算，所需的传热管长度为。

可知按单管程设计管长太长不符合设计要求，所以因采用多管程结构设计。查表可知：公称直径，六管程，总管数为360根子，其总传热面积为。

而这与估算的传热面积很接近且按单管程计算其管数一样，故这种方案可行。此时总管数为根，六管程，管长。进而可初步选定固定管板式换热器的型号为：

bes 600–1–150–6/19–6i。

4.2.3 平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数计算如下：

按单壳程、六管程结构，查图可知：。则校正后的平均传热温差（℃）

由于平均传热温差校正系数大于，故取单壳程合适。所以最终设计的换热器为单壳程六管程。

4.2.4 传热管排列和分程方法

由于选取管子参数时是在管子为正方形错列方式排列的所以管子排列方式为正方形错列。取管心距隔板中心到离其最近一排管中心距离。则各相邻管的管心距为

4.2.5 壳体直径

采用多管程结构壳体直径计算公式如下：

所以最终取壳体直径。

4.2.6 折流板

采用弓形折流板，其圆缺高度为壳体内径的，则切去的圆缺高度为取折流板间最后折流板间距取则，折流板数目：

4.2.7接管。

4.2.7.1壳程流体进出口接管。

取接管内水的流速为，则壳程流体进出口管的内径的计算式如下：

最后圆整后可取管内径为：

4.2.7.2 管程流体进出口接管。

取接管内苯的流速为，则管程流体进出口管的内径的计算式如下：

最后圆整后可取管内径为：

4.3 换热器核算。

4.3.1传热面积核算。

4.3.1.1 管程传热系数

按下列式子计算：

管程流通截面积：

管程流体和雷诺数分别为：

则。普朗特数：

所以。4.3.1.2 壳程传热膜系数

可按下式计算：

由于管子按正方形错列排列所以其传热当量直径可按下式计算：

壳体流通截面积：

壳体流体流速及其雷诺数分别为：

普朗特数：黏度校正：

4.3.1.3 污垢热阻和管壁热阻。

查表可得：管内侧污垢热阻；管外侧污垢热阻。已知管壁厚度碳钢在该条件下的热导率为。

4.3.1.4 总传热系数。

4.3.1.5 传热面积校核

可知：而选用的换热器总传热面积为：

则换热器的面积裕度为：

可知，的值在允许的范围之内，所以该换热器能够完成任务。

附表1 换热器设计结果汇总表。

5 设计评述及收获。

5.1 设计评述。

固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑，本设计由于换热任务较大，故管数较多。由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程走不增大传热系数。在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的情况下，在设计过程中，对换热器的选择以及管程的安排有理有据，余热**方案也合理，在计算过程中，严谨、反复计算、验算而且此方案是在进行多次计算发现错误后修改的，因此，我相信此方案设计出来的换热器在大体上是符合工程上要求的。

5.2 设计的收获。

在换热器的设计过程中，我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点：

我对换热器的结构、性能都有了一定的了解。换热器是化工厂中重要的化工设备之一，而且种类繁多，特点不一，因此，选择合适的换热器是相当重要的。在本次设计中，我发现进行换热器的选择和设计是要通过反复计算，对各项结果进行比较后，从中确定出比较合适的或最优的设计，为此，设计时应考虑很多方面的因素。

从这个设计，让我明白，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要。而且凡事不可能都一次就成功，只有不停的尝试，你才能得到最佳的方案。而这个过程需要我们具有很好的耐心和不怕失败的心态。

然而在本次设计中由于经验不足，知识有限，还是存在着很多问题。通过本次设计，我发现自己需要继续学习的知识还很多，我将会认真请教老师，不断提高自己的知识水平，扩展自己的知识面。

6 参考文献。

1]《化工原理》天津大学化工原理教研室编天津大学出版社。（1999）

2]《换热器》秦叔经，叶文邦等，化学工业出版社。（2003）

3]《化工过程及设备设计》华南工学院化工原理教研室。（1987）

4]《化工原理课程设计》贾昭义等，天津大学出版社。（2003）

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