甲苯精餾塔冷凝冷卻(水冷) 換熱系統(tǒng)工藝設計-廣東石油化工學院課件

1、 化工原理課程設計甲苯換熱器成績 化工原理課程設計設計說明書設計題目：甲苯精餾塔冷凝冷卻(水冷) 換熱系統(tǒng)工藝設計姓 名 班 級 裝控10-2 學 號 10024100206 完成日期 2012.3.08 指導教師 梁伯行 目錄1 設計說明書2二設計要求21. 設計說明書必須包括下述內(nèi)容22. 設計計算書應包括的主要內(nèi)容和設計計算的步驟23. 符號說明的格式34. 參考文獻的格式3三. 主要物性參數(shù)31 確定主要物性數(shù)據(jù)32流體有關物性數(shù)據(jù)3四 換熱器的選用41. 甲苯的流量42. 甲苯冷凝時放出的熱量43. 甲苯冷卻時放出的熱量44. 換熱器總的傳熱量45. 用循環(huán)水冷凝時的用量46. 用新

2、鮮水冷卻時的用量47. 冷凝時選用浮頭換熱器的計算48. 冷卻時選用固定管板式管殼式換熱器的計算7五換熱器的臺數(shù)10六換熱器主要結構尺寸和計算結果表111. 冷凝浮頭式換熱器112. 冷卻固定管板式管殼式換熱器12七設計總結13八. 主要符號說明14九參考文獻15一、設計說明書1.設計任務書和設計條件 熱流條件：流量為（6000(1班) 或12000(2班) 或18000(3班)+500學號）kg/h的甲苯蒸汽從120，0.14 MPa(絕壓)冷凝到120，0.14 MPa(絕壓) 甲苯液，再冷卻到30；120甲苯汽相熱焓 140 Kcal/Kg，液相焓53 Kcal/Kg，30甲苯液相焓13

3、 Kcal/Kg ；定性溫度80時甲苯密度810Kg/m3 , 比熱 0.446(Kcal/Kg. ) 絕對粘度0.32(cp) ，比熱0.104 (Kcal/(m.h. ) 。 冷流條件新鮮水初始溫度25，循環(huán)水初始溫度45，換熱后水溫升15(1班) ，25(2班) ，35(2班)。水的物性數(shù)據(jù)由化原上冊附錄查取。 管殼式換熱器類型提示 設計壓力1.6MPa，要求管程和殼程的壓降不大于30kPa，冷凝采用浮頭式，冷卻采用固定管板式管殼式換熱器。 二、設計要求2.1 設計說明書必須包括下述內(nèi)容：封面、目錄、設計任務書、設計計算書、設計結果匯總表、設計自評和符號說明、參考文獻等。 2.2 設計計

4、算書應包括的主要內(nèi)容和設計計算的步驟: 1) 計算熱負荷、收集物性常數(shù)。 根據(jù)設計任務作冷凝冷卻系統(tǒng)熱衡算確定流體放熱速率或冷流體吸熱速率，和新鮮水、循環(huán)水流率?？紤]了熱損失后即可確定換熱器應達到的傳熱能力Q；按定性溫度確定已知條件中未給出的物性常數(shù)。2) 根據(jù)換熱流體的特性和操作參數(shù)決定流體走向（哪個走管程、哪個走殼程）；計算平均溫差。 3) 初步估計一個總傳熱速率常數(shù)K估(查上冊附錄23) ，計算傳熱面積A估。 4) 根據(jù)A估初選標準換熱器（由換熱器手冊查取,初定型號及系列結構參數(shù)）；5) 換熱面積的核算。分別選關聯(lián)式求出管內(nèi)、外傳熱膜系數(shù)，估計污垢熱阻，求出總傳熱速率常數(shù)K核，得出所需傳

5、熱面積A需，將A需與A實際進行比較，若A實際比A需大15%-25%，則設計成功；否則重新計算。2.3 符號說明的格式：分為英文字母、希臘字母，要按字母排序，要寫出中文名稱和單位；2.4 參考文獻的格式： 按GB7714-87的要求。三、主要物性參數(shù)3.1確定設計方案3.1.1選擇換熱器的類型設計壓力1.6MPa，要求管程和殼程的壓降不大于30kPa，冷凝采用浮頭式，冷卻采用固定管板式管殼式換熱器。 3.1.2 流動空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻甲苯較易結垢，應使循環(huán)冷卻甲苯走管程。甲苯有相變，走殼程，凝液跟流體方向是并流。3.1.3性溫度的確定 甲苯冷凝時的定性溫度取為120度，冷卻時的定性溫度

6、取80度，循環(huán)水的定性溫度取60度，新鮮水的定性溫度取為30度 3.2流體有關物性數(shù)據(jù)根據(jù)由上面四個定性溫度數(shù)據(jù)，查閱參考書可得甲苯和水的物理性質(zhì)。甲苯在120，0.14MPa下的有關物性數(shù)據(jù)如下：物性密度i（kg/m3）定壓比熱容cpi kJ/(kg)粘度i（Pas）導熱系數(shù)i（kcalm-1-1h-1）甲苯 8960.410-3 0.232 甲苯在80的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kJ/(kg)粘度o（Pas）導熱系數(shù)o（kcalm-1-1h-11）甲苯810 1.8660.3210-30.104循環(huán)水在60的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cp

7、o kJ/(kg)普朗特數(shù)pr導熱系數(shù)o（Wm-1-1）粘度o（Pas）循環(huán)水983.24.1782.980.65940.0004688新鮮水在30的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kJ/(kg)普朗特數(shù)pr導熱系數(shù)o（Wm-1-1）粘度o（Pas）新鮮水992.24.1744.320.63380.000656四、換熱器的選用4.1甲苯的流量W=12000+500 x 6=150000Kg/h4.2甲苯冷凝時放出的熱量 = =4.3甲苯冷卻時放出的熱量 = =4.4換熱器總的傳熱量 =4.5用循環(huán)水冷凝時的用量 =4.6用新鮮水冷卻時的用量 =4.7 冷凝時選用浮頭換熱

8、器的計算 4.7.1甲苯冷凝時的平均溫度差 甲苯：120(V)1120(L) 循環(huán)水: 70(L)45(L) =120-70=50 =120-45=75 4.7.2 換熱器所需面積的估算 K取值（附錄23）取K=1200 W/m2 由換熱器手冊查取標準浮頭換熱器（JB/T4714-92）的參數(shù) DN=500mm 4.7.3 換熱面積的核算 1.管程傳熱系數(shù) 2.污垢熱阻系數(shù) 3.管壁的傳熱系數(shù) 4.殼程傳熱系數(shù) 冷凝負荷 冷凝膜系數(shù) 5.總傳熱系數(shù)K 6.所需的傳熱面積 設計的面積裕度 設計合格4.8 冷卻時選用固定管板式管殼式換熱器的計算 4.8.1甲苯冷卻時的平均溫度差 甲苯：120(V)

9、130(L) 新鮮水: 50(L)25(L) =120-50=70 =30-25=5 因為二殼程兩管程，既有錯流，又有折流，故需采用伍德和鮑曼提出圖算法修正，即 式中 按逆流計算的對數(shù)平均溫度差， 溫度差校正系數(shù)，量綱為1溫度差校正系數(shù)與冷、熱流體的溫度變化有關，是P和R兩因數(shù)的函數(shù)，式中 查表得=0.97于是 4.8.2 換熱器所需面積的估算 K取值（附錄23）取K=600W/m2 由換熱器手冊查取標準固定板式換熱器（JB/T4714-92）的參數(shù) DN=500 4.8.3 換熱面積的核算 1.管程傳熱系數(shù) 2.污垢熱阻系數(shù) 3.管壁的傳熱系數(shù) 4.殼程傳熱系數(shù) 冷凝負荷 冷凝膜系數(shù) 5.總

10、傳熱系數(shù)K 6.所需的傳熱面積 設計的面積裕度 設計合格5. 換熱器的臺數(shù)5.5.1取臺數(shù)的備用利為25% 所以浮頭式、固定管板式管殼式換熱器各取兩臺六.換熱器主要結構尺寸和計算結果表 冷凝浮頭式換熱器參數(shù)管程殼程流量，kg/h14.5215000物性操作溫度，45/70120/120定性溫度， 60120流體密度，kg/m3983.2896定壓比熱容，kj/(kg.k)4.178黏度，pa.s傳熱系數(shù)，W/（m2）0.65940.27普朗特數(shù)2.98設備結構參數(shù)形式浮頭式臺數(shù)2殼體內(nèi)徑，mm500殼程數(shù)4管徑，mm管心距，mm管長，mm3000管子排列正方形旋轉(zhuǎn)45管數(shù)目，根116折流板數(shù)傳

11、熱面積，26.4折流板間距，mm管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結果管程殼程流速，m/s1.62表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2）8615.73822.2污垢系數(shù)，m2K/W0.0003440.000086阻力降，Pa熱流量，kw1516.736傳熱溫差，k61.7傳熱系數(shù)，W/（m2）1015.8裕度9.09% 冷卻固定管板式管殼式換熱器參數(shù)管程殼程流量，kg/h74.88615000物性操作溫度，25/30120/30定性溫度， 4080流體密度，kg/m3992.2810定壓比熱容，kj/(kg.k)4.174黏度，pa.s傳熱系數(shù)，W/（m2）0.63380.12普朗特數(shù)4.32設備結構參數(shù)形式固定管

12、板式管殼式臺數(shù)2殼體內(nèi)徑，mm500殼程數(shù)2管徑，mm管心距，mm管長，mm4500管子排列正方形旋轉(zhuǎn)45管數(shù)目，根164折流板數(shù)傳熱面積，56.6折流板間距，mm管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計算結果管程殼程流速，m/s0.26表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2）1711.62132.6污垢系數(shù)，m2K/W0.0003440.000172阻力降，Pa熱流量，kw699.79傳熱溫差，k23.9傳熱系數(shù)，W/（m2）620.3裕度19.9%7、 設計總結 此次化工原理課程設計題目是“甲苯精餾塔冷凝冷卻換熱系統(tǒng)工藝設計”，第一次接觸換熱器的工藝設計 ，充滿了期待，可在剛開始做課程設計時，覺得好難，沒有一點頭緒，不知

13、道從哪里下手，就按照設計書上的例子一部部計算，其中很多東西都要查表，感覺很復雜。數(shù)據(jù)計算的準確性對于設計來說至關重要，有時一點點的差錯帶來的影響就是從頭來過，因此這就需要我們有耐心、夠細心才行。修改重算過很多次，結果一直都不怎么讓人滿意。在熟悉整個計算過程后理清了思路，發(fā)現(xiàn)計算簡單了。我想開始是由于過于盲目，沒有科學地規(guī)劃，以至于一直處在在盲目的計算、改數(shù)字、再次計算這個階段。這次化工原理課程設計給我留下了極深的印象，也讓我有很大的收獲?；ぴ碚n程設計是旨在學生的工程設計能力，對所學知識進行一次綜合性訓練。這次我們對換熱器進行了設計。將設計題目、設計內(nèi)容與生產(chǎn)實踐相結合，設計題目來源于生產(chǎn)實際，具有實際意義。課程設計與計算機使用相結合。設計中要求我們根據(jù)設計任務，用計算機進行輔助設計，設計計算與 CAD 設計相結合，應用CAD繪制符合工程設計制圖的要求的圖紙，在設計過程中采用 AutoCAD 輔助設計、繪圖。通過這次設計使我對所學知識的綜合應用能力、分析和解決工程實際問題能力和計算機的應用能力等方面都得到了提高，為今后的工作做了必要的準備，對我們很有幫助。 八、主要符號說明甲苯的溫度T水的溫度t甲苯的密度o 水的密度i甲苯比熱容水比熱容cp甲苯導熱系數(shù)o水導熱系數(shù)i甲苯黏度o水黏度i甲苯熱流量水流量熱負