合成氨车间变换气冷却器设计..

课程设计说明书

学院：生态与资源工程学院

专业班级：2011级化学工程与工艺(1)班课程名称：化工原理课程设计

题目：合成氨车间变换气冷却器设计学生姓名：张明声学号：20114122004 指导老师：范荣钰

2014年6月

目录

摘要 (1)

1.概述 (1)

2、任务书 (1)

2.1、设计题目 (1)

2.2、设计任务 (1)

2.2.1 变换器 (1)

2.2.2 变换气物性数据 (1)

2.2.3 冷却水 (1)

2.3、设计要求 (1)

2.4 、结果提供 (2)

3、设计要求 (2)

4、设备工艺设计如下 (2)

4.1、设计方案的确定 (2)

4.1.1、选定换热器类型 (2)

4.1.2.选定流体流动空间及流速 (3)

4.2、确定物性数据 (3)

4.3、估算传热面积 (3)

4.3.1传热量 (3)

4.3.2 冷却用水量 (3)

4.3.3计算逆流平均温度差 (3)

4.3.4.初选经验传热系数K值 (3)

4.3.5估算传热面积 (4)

4.4、工艺结构尺寸 (4)

4.4.1管径和管内流速 (4)

4.4.2.管程数和传热管数 (4)

4.4.3.传热管排列和分程方法 (5)

4.4.4.壳体内径 (5)

4.4.5.折流板 (5)

4.5、换热器核算 (6)

4.5.1 传热能力核算 (6)

4.5.2换热器内流体的流动阻力 (7)

摘要

本文设计的是列管式固定管板换热器用于合成氨工艺中CO的变换。通过内插法计算冷、热流体的物性参数；通过试差法确定换热器的管数、内径、换热管长度、长径比、换热面积、传热系数、管壳程流速等。并进行热量、传热面积、压降的校核。

1.概述

传热设备简称换热器，是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。石油化工厂中，它的投资占到建厂投资的 1/5左右，它的重量占工艺设备总重量的；在我国一些大中型炼油企业中，各式热交换器的装置达到 300～500台以上。就其压力、温度来说，国外的管壳式热交换器的最高压力达 840bar，最高温度达 1500℃。而最大的外形尺寸长达 33m，最大的传热面积达 6700。

按用途分为加热器、冷凝器、冷却器、蒸发器、过热器和废热锅炉；换热器按传热特征可分为直接接触式、蓄热式、间壁式；按制造材料可分为金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃的交换器等；按热流体与冷流体的流动方向可分为顺流式、逆流式、错流式。

2、任务书

2.1、设计题目

合成氨车间变换气冷却器设计

2.2、设计任务

2.2.1 变换器

处理量6000 （10000，15000）Nm3 /h；

入口温度140℃（150℃），出口温度57℃（62℃）；

允许压降：不超过5000Pa；

2.2.2 变换气物性数据

分子量17；密度为0.925kg/m3; 粘度为0.0155mPa*s;

比热容为1.9kJ/(kg*℃); 导热系数为: 0.058W/（m*℃）;

2.2.3 冷却水

水质：处理过的软水；

全年最高温度30℃

2.3、设计要求

完成换热器的工艺设计，主要包括：

1、设计方案的确定；逆流或并流，冷却水进出口温度、流体流速选择等；

2、换热器形式和流体空间的确定

3、物料衡算和能量衡算：传热量，冷却水消耗量，平均温差；

4、换热器结构设计；管程和壳程，传热面积，管长和管子数，壳体直径，管板和折流板；

5、传热系数K 的计算和校核，压降计算与校核；

6、编写设计说明书，画换热器工艺条件图；

7、对设计过程的评述和有关问题的讨论。

2.4 、结果提供

1、设计说明书一份；

2、换热器工艺条件图一张。

3、设计要求

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径Do 。该外径应小于壳体内径Di ，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm 。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着浮头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。

钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验，不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中仍占主导地位。

4、设备工艺设计如下

两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。

4.1、设计方案的确定

4.1.1、选定换热器类型

两流体温度变化情况：热流体（混合气体）入口温度145•C ，出口温度62•C ；冷流体（冷却水）入口温度为30•C ，出口温度为39•C 。 两流体定性温度如下：

混合气体的定性温度C 5.1032/)62145(︒=+=T