纯苯冷却器设计.doc
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纯苯冷却器设计.doc
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课程设计
课程设计题目:
纯苯冷却器设计
系部:
生物与化学工程系
专业:
应用化学
学生姓名:
全君
班级:
化B051
学号26
指导教师姓名:
职称
职称
设计完成时间:
2013年7月10
课程设计成绩评定表
系(部):
学生姓名
学号
班级
专业
指导教师姓名
设计题目
评语:
(包括以下方面,①学习态度、工作完成情况、材料的完整性和规范性;②检索和利用文献能力、计算机应用能力;③综合运用知识能力和创新能力;)
设计表现(20分)
分值:
规范性(25分)
分值:
基础理论和专门知识(25分)
分值:
答辩(30分)
分值:
合计
分值:
评定成绩
分值:
指导教师签字:
年月日
化工原理课程设计任务书
一、设计题目:
纯苯冷却器设计
二、设计任务及操作条件:
1、设计任务:
处理能力:
20000kg/h
设备型式:
列管式
2、操作条件:
纯苯液:
入口温度80,进口温度为55;
冷却介质:
35℃(入口)循环水;
允许压强降:
管、壳程压强降不超过10Kpa;
3、物性参数:
物性
流体
温度
℃
kg/m
mPa·s
Cp
kJ/(kg)
W/(m)
kJ/kg
苯
67
828.6
0.352
1.841
0.129
394
水
39
1000
0.67
4.174
0.632
2258
3.设计计算内容:
(1)传热面积、换热管根数;
(2)确定管束的排列方式、程数、折流板等;
(3)壳体的内径;
(4)冷热流体进出口管径;
(5)核算总传热系数;
(6)管壳程流体阻力校核;
4.设计成果;
(1)设计说明书一份;
(2)换热器工艺条件图;
三、设计内容及时间安排
设计动员0.5天
1、概述
2、设计方案的选择
3、确定物理性质数据0.5天
4、设计计算内容:
计算总传热系数;计算传热面积1.5天
5、主要设备工艺尺寸设计
(1)管径尺寸和管内流速的确定
(2)传热面积、管程数、管数和壳程数的确定
(3)接管尺寸的确定1天
6、设计结果汇总
7、换热器工艺条件图1天
8、设计评述
答辩0.5天
四、图纸要求
列管式换热器工艺条件图
五、参考资料
1.上海医药设计院。
化工工艺设计手册(上、下).北京:
化学工业出版社,1986
目录
程设计成绩评定表 II
化工原理课程设计任务书 3
第1章概述 7
第2章设计条件及主要物性参数 7
2.1设计条件 8
2.2物性参数 8
第3章确定设计方案 8
3.1选择换热器的类型 8
3.2流体空间选择 8
第4章工艺计算 9
4.1确定物性数据 9
4.2估算传热面积 9
4.2.1计算热负荷(忽略热损失) 9
4.2.3平均温度差的计算 9
4.2.4估算传热面积 9
4.3工艺结构尺寸 10
4.3.1选管子规格 10
4.3.2总管数和管程数 10
4.3.3确定管子在管板上的排列方式 10
4.4.4壳体内径的确定 10
4.3.5确定实际管子数 11
4.3.6折流板的确定及绘管板布置图 12
4.3.7接管口径计算 12
4.3.8拉杆设置 12
第5章传热器校核 13
5.1传热面积校核 13
5.1.1传热温差校正:
13
5.1.2总传热系数K的计算 13
5.2.2.1管内传热膜系数 13
5.2.2.2管外传热膜系数 13
5.2.2.3污垢热阻和管壁热阻 14
5.2.2.4总传热系数K 14
5.1.3传热面积校核 15
5.2核算管、壳程流动阻力 15
5.2.1管程 15
5.2.2壳程 15
5.3壁温的计算 16
第6章设计结果汇总表 17
设计评述 18
设备图 18
参考文献 18
附录A 19
附录B 20
第1章概述
本设计的主要任务是设计纯苯液冷却器设计,处理能力为20000kg/h,纯苯液的入口温度80,进口温度为55;冷却介质为35(入口)循环水:
允许压强降为管、壳程压强降不超过10Kpa;根据苯和水的物性参数,假设水的出口温度为43,根据这些条件选择换热器,列管式换热器的类型主要有四种:
固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器和填料函式换热器,在这个设计中选固定管板式换热器。
固定管板式换热器的特点:
两端管板和壳体连接成一体,结构简单、紧凑、布管多,更换、造价低,管内便于清洗,应用广泛。
壳程不易清洗,因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。
所以纯苯液走壳程,循环水走管程。
适合在管壳壁温差不大于50的情况下使用,当温差相差较大时可设置膨胀节。
由于此设计的温差小于50,所以可以不用考虑热补偿.
第2章设计条件及主要物性参数
2.1设计条件
(1)处理能力:
20000kg(纯苯液)/h;
(2)设备类型:
列管换热器;
(3)操作条件:
纯苯液:
入口温度80℃,进口温度为55℃;
冷却介质:
35℃(入口)循环水;
允许压强降:
管、壳程压强降不超过10Kpa;
2.2物性参数
物性
流体
温度
℃
kg/m
mPa·s
Cp
kJ/(kg℃)
W/(m℃)
kJ/kg
苯
67
828.6
0.352
1.841
0.129
394
水
39
1000
0.67
4.174
0.632
2258
第3章确定设计方案
3.1选择换热器的类型
两流体温度变化情况:
热流体进口温度80℃,出口温度55℃。
冷流体进口温度35℃,假设出口温度为43℃。
从两流体的温度看,换热器的管壁温度和壳体温度差不大,因此初步采用固定管板换热器。
3.2流体空间选择
因为热流体为苯,冷流体为水,为了使苯通过壳体壁面向空气中散热,提高冷却效果,故使苯走壳程,另外,水也较易结垢,为便于提高流速减少污垢生成,以及便于清洗,故使水走管程。
第4章工艺计算
4.1确定物性数据
苯的定性温度:
水的定性温度:
4.2估算传热面积
4.2.1计算热负荷(忽略热损失)
Q=×1.841××(80-55)=2.56×J公式1(参见附录,下同)
4.2.2冷却水用量(忽略热损失)
/s
4.2.3平均温度差的计算
选取逆流流向
===27.64℃公式2
4.2.4估算传热面积
参照传热系数K的大致范围,取K=500W/(㎡·℃)
===18.52㎡公式3
取实际面积为估算面积的1.15倍,则实际估算面积为:
=18.52×1.15=21.30㎡
4.3工艺结构尺寸
4.3.1选管子规格
选取Φ25㎜×2.5㎜无缝钢管,管长l=3m。
4.3.2总管数和管程数
总管数n===90.4≈90根
单程流速u===0.55m/s
单程流速可以达到传热效果,故采用单管程
4.3.3确定管子在管板上的排列方式
采用正三角形排列,管子与管板用焊接结构。
4.4.4壳体内径的确定
壳体内径为:
公式4
管心距:
t=1.25=1.25×25≈32㎜
=1.1=1.1×=10.4≈11根
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离:
b=1.5=0.038
所以
按壳体标准圆整取D=400mm
4.3.5确定实际管子数
管板布置图见设备图1
换热器的实际传热面积
A=n(l-0.1)=90×3.14×0.025×(3-0.1)=20.49
===452W/(㎡·℃)
计算得的与之前设的值有较大差异,所以要重新进行上述计算:
总管数n===87根
单程流速u===0.57m/s
壳体内径为:
管心距:
t=1.25=1.25×25≈32㎜
=1.1=1.1×=10.3≈11根
管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离:
b=1.5=0.038
所以:
按壳体标准圆整取D=400mm
4.3.6折流板的确定及绘管板布置图
折流板与壳体间隙:
3.5mm
折流板直径:
D=400-2×3.5=393mm
采用弓形折流挡板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去圆缺高度:
折流板数:
-1=-1=13.5≈14
折流板间距:
=200mm(0.2D〈〈D)
4.3.7接管口径计算
管程流体进出口接管。
取管内流速u=1.8m/s
则接管内径
按管子标准取管程流体进出口接管规格为Φ81㎜×3.5㎜无缝钢管。
壳程流体进出口接管。
取管内流速u=1.8m/s
折接管内径===0.0689m
按管子标准圆整,取壳程流体进出口接管规格为Ф75㎜×3㎜无缝钢管。
4.3.8拉杆设置
选拉杆直径为16㎜,拉杆数量为4根。
第5章传热器校核
5.1传热面积校核
5.1.1传热温差校正:
===0.178===3.125公式5
根据P、R值,查温差校正系数图=0.96,因>0.8,所以选用单壳程可行。
5.1.2总传热系数K的计算
5.2.2.1管内传热膜系数
===16889公式6
===4.42公式7
流体被加热,取n=0.4
=0.023=3171W/(㎡·℃)
公式8
5.2.2.2管外传热膜系数
管子按正三角形排列,则传热当量直径为
公式9
壳程流通截面积
S=D(1-)=0.2×0.4×(1-)=0.0176㎡公式10
壳程流体流速
=
R===26835
P===5.02
壳程中苯被冷却,取(
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- 冷却器 设计