甲苯冷却器的设计方案

化工原理课程设计题目：甲苯冷却器的设计

姓名张风平

学号 ************ 年级2018级

专业化学工程与工艺

系 <院）化学化工学院

指导教师张杰

2018年 6月

设计任务

<一）设计题目

甲苯冷却器的设计

<二）计任务及操作条件

1> 甲苯入口温度95℃，出口温度45℃

2>冷却介质循环水，入口温度20℃，出口温度自定；

3>允许压降不大于50KPa；

4> 每年实际生产时间：7000小时/年，处理量：95000吨/年；

<三）设备类型

管壳式换热器

<四）厂址

临沂地区

<五）设计内容

1）设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器的型式进行简单论述。

2）换热器的工艺计算和主要结构尺寸设计。

3）管程和壳程压力降的核算。

4）设计结果概要或设计结果一览表。

5）对本设计的评述及有关问题讨论。

目录

1、设计概述 (5)

2、确定设计方案 (6)

2.1选择换热器的类型 (6)

2.1.1工作原理 (6)

2.1.2换热管布置和排列间距 (6)

2.1.3换热器设计的基本原则 (7)

2.1.4流体流速的选择 (7)

3、确定物性数据 (7)

3.1定性温度 (8)

4、估算传热面积 (8)

4.1热流量 (8)

4.2平均传热温差 (8)

4.2.1计算平均温度差 (8)

4.2.2计算R和P (8)

4.3传热面积 (9)

4.4冷却水量 (9)

5、工艺结构尺寸 (10)

5.1 管径和管内流速 (10)

5.2 管程数和传热管数 (10)

5.3计算换热器的实际换热面积和总传质 (10)

5.4壳体内径 (10)

5.5折流板 (11)

5.6折流板数 (11)

6. 换热器核算 (11)

6.1热流量核算 (11)

6.1.1管内表面传热系数 (11)

6.1.2污垢热阻和管壁热阻 (12)

6.1.3计算传热系数KC (12)

6.1.4该换热器的面积裕度 (12)

6.2换热器内流体的流动阻力 (13)

6.2.1管程流体阻力 (13)

6.2.2壳程阻力 (13)

7、设计评述 (14)

8、主要符号说明 (15)

19、参考文献 (15)

1.设计概述热量传递的概念与意义

1.1热量传递的概念

热量传递是指由于温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。

1.2 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士热力学的扩展。

1.3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：

1.3.1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。

1.3.2热对流<简称对流）流体各部分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。

1.3.3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。

2、确定设计方案

2.1选择换热器的类型

管壳式换热器是目前应用最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。管束是管壳式换热器的核心，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管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。

2.1.1工作原理：

管壳式换热器和螺旋板式换热器、板式换热器一样属于间壁式换热器，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，进而实现两流体换热工艺目的。

2.1.2换热管布置和排列间距

常用的换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti>、ф25×2.5 mm(碳钢10>。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三