化工原理课程设计换热器设计.docx

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1、化工原理课程设计换热器设计 化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：90 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6) 2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17) 参考文献 (18) 化工原理课程

2、设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件：1、苯：入口温度80，出口温度40。 2、冷却介质：循环水，入口温度。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式：管壳式换热器 四、处理能力：109000吨/年苯 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 六、附表： 1.设计概述 热量传递的概念与意义 热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温

3、度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热 是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要

4、的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。 传热的基本方式 根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式： 热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。 热对流（简称对流）流体各部分

5、之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流 体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然 对流；二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。 此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面（或反之）的过程，通常称为对流传热。 热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。热辐射的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量的转移。 换热器的概念、意义及基本设计要求 换热器的概念及意义： 在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种 设备统称为换热器。在化工生产中，

6、为了工艺流程的需要，往往进行着 各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进 行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流 体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力， 原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发 展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中， 有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因 此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。任何化工生产中，无论是国 内还是国外，它在生产中都占有主导地位。 换热器设计要求： 1. 3管壳式换热器的简介 概述：管壳式换热器是目前应用最

7、为广泛的一种换热器。它包括:固定管板 式换热器、U型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换 热器、分段式换热器、套管式换热器等。管壳式换热器由管箱、 壳体、管束等主要元件构成。管束是，其中换热管作为导热元 件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大 影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定及 操作运行的安全可靠性。 工作原理：管壳式换热器和、一样属于，其换热管内构成的流体通道称为 管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通 过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量 传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的 流体被加热，进而实现

8、两流体换热工艺目的。 主要技术特性：1、耐高温高压，坚固可靠耐用；2、制造应用历史悠久， 制造工艺及操作维检技术成熟；3、选材广泛，适用范围大。 2.试算并初选换热器规格 流体流动途径的确定 本换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，且水易结垢，根据两流体的情况，故选择循环水走换热器的管程，苯走壳程。 确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式 定性温度 冷却介质为循环水，入口温度为：25 ，出口温度为：33 ； 苯的定性温度： 60240 80=+= m T ； 水的定性温度：t m =（25+33）/2=29； 两流体的温差： 5.325.2760=-=+m m t T 两流

9、体温差不大于50，不考虑热补偿；故选用固定管板式列管换热器。 物性数据 苯cp =s 水cp =s 苯 Cp0=(o C) 水 Cp(o C) 苯 (mo C) 水 =(mo C) 两流体在定性温度下的物性数据如下: 计算热负荷和冷却水流量 热流体流量：W h =0/(300*24)= h 热负荷：Q= W h *C 苯 *1000*（80-40）/3600= 冷流体的质量流量:W c =Q*3600/1000/C 水 /(32-25)= kg/h 计算两流体的平均温度差 按单壳程、多管程进行计算，逆流时平均温度差为： 平均温度差 tm=（t2t1）/ln(t2/t1) =(80-33)-(4

10、0-25)/ln(80-33)/(40-25)= 温度矫正系数 P=(t2-t1)/(T2-T1)=(33-25)/(80-40)= R=(T1-T2)/(t2-t1)=(80-40)/(33-25)=5 由化工原理上册P238页查图419可得: t= 所以tm=t *tm=*= 25.不需要热补偿 又因为，故可选用单壳程的列管换热器。 试算和初选换热器的规格 初定K值： 根据低温流体为水，高温流体为有机物（参见化工原理P355）有K值 mo C）, 假设K0=300W/(m2) 的范围：430850W/(2 单管程的管子根数： =1m/s 因为水走管程且初选25*，L= 6m的列管，所以设u i