苯冷却器设计

化工原理课程设计任务书一、设计题目

苯冷却器的设计

二、设计任务及操作条件

1.设计任务

处理能力：100000 吨/年

操作周期：7200小时/年

2.操作条件

苯：入口温度80℃，出口温度40℃。

冷却介质：循环水，入口温度25℃。

允许压强降：不大于50KPa。

3.设备型式：管壳式换热器

4.厂址：张掖地区

三、设计内容

1.设计方案的选择及流程说明

2.管壳式换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积

3.管壳式换热器的主要结构尺寸设计

4.辅助设备选型和计算

5.设计结果汇总

6.绘制流程图及换热器设备工艺条件图

7.对本设计进行评述

目录

1设计概况 (1)

1.1热量传递的概念和意义 (1)

1.2化学工业和热传递的关系 (1)

1.3传热的基本方式 (1)

1.4换热器的种类 (2)

1.4.1间壁式换热器的类型 (2)

1.4.2混合式换热器 (3)

1.4.3蓄热式换热器 (4)

1.5列管式换热器设计一般要求 (4)

1.6流体通道的选择原则 (4)

1.7管壳式换热器的简介 (5)

2试算并初选换热器规格 (6)

2.1选择换热器类型 (6)

2.2流体流动途径的确定 (6)

2.3确定流体的定性温度 (6)

2.4计算热负荷和冷却水流量 (7)

2.5计算两流体的平均温度差 (7)

3工艺结构尺寸计算 (8)

3.1管径和管内的流速 (9)

3.2管程数和传热管数 (9)

3.3壳体内径 (9)

3.4传热管排列和分程方法 (9)

3.5折流板: (10)

3.6接管 (10)

4核算总传热系数 (11)

4.1计算管程对流传热系数 (11)

4.2计算壳程对流传热系数 (11)

4.3确定污垢热阻 (12)

4.4总传热系数 (12)

4.5核算传热面积 (12)

5 核算压强降 (13)

5.1计算管程压强降 (13)

5.2计算壳程压强降 (13)

6设计结果一览表 (14)

7设计评述 (14)

8参考文献 (16)

9附录 (16)

9.1经验公式 (16)

9.2符号说明 (16)

9.3设备流程图及装配图 (18)

1设计概况

1.1热量传递的概念和意义

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化学工业和热传递的关系

化学工业和传热的关系密切。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）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。

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。

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。

1.4换热器的种类

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器使用最多。

1.4.1间壁式换热器的类型

1) 夹套式换热器

这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

2) 沉浸式蛇管换热器

这种换热器是将金属管弯绕成各种和容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；

其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。

3) 喷淋式换热器

这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。

4) 套管式换热器