甲苯精餾塔冷凝冷卻(水冷) 換熱系統(tǒng)工藝設(shè)計-廣東石油化工學(xué)院

1、 化工原理課程設(shè)計甲苯換熱器成績 化工原理課程設(shè)計設(shè)計說明書設(shè)計題目：甲苯精餾塔冷凝冷卻(水冷) 換熱系統(tǒng)工藝設(shè)計姓 名 班 級 裝控10-2 學(xué) 號 10024100206 完成日期 2012.3.08 指導(dǎo)教師 梁伯行 目錄1 設(shè)計說明書2二設(shè)計要求21. 設(shè)計說明書必須包括下述內(nèi)容22. 設(shè)計計算書應(yīng)包括的主要內(nèi)容和設(shè)計計算的步驟23. 符號說明的格式34. 參考文獻(xiàn)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(guān)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(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)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(shè)計總結(jié)13八. 主要符號說明14九參考文獻(xiàn)15一、設(shè)計說明書1.設(shè)計任務(wù)書和設(shè)計條件 熱流條件：流量為（6000(1班) 或12000(2班) 或18000(3班)+500學(xué)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(shè)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(shè)計要求2.1 設(shè)計說明書必須包括下述內(nèi)容：封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計計算書、設(shè)計結(jié)果匯總表、設(shè)計自評和符號說明、參考文獻(xiàn)等。 2.2 設(shè)計計

4、算書應(yīng)包括的主要內(nèi)容和設(shè)計計算的步驟: 1) 計算熱負(fù)荷、收集物性常數(shù)。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)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(yīng)達(dá)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(biāo)準(zhǔn)換熱器（由換熱器手冊查取,初定型號及系列結(jié)構(gòu)參數(shù)）；5) 換熱面積的核算。分別選關(guān)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(jìn)行比較，若A實際比A需大15%-25%，則設(shè)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(xiàn)的格式： 按GB7714-87的要求。三、主要物性參數(shù)3.1確定設(shè)計方案3.1.1選擇換熱器的類型設(shè)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(jié)垢，應(yīng)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(guān)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷 冷凝膜系數(shù) 5.總傳熱系數(shù)K 6.所需的傳熱面積 設(shè)計的面積裕度 設(shè)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(guān)，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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(shè)計的面積裕度 設(shè)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(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(jié)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(jié)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(shè)計總結(jié) 此次化工原理課程設(shè)計題目是“甲苯精餾塔冷凝冷卻換熱系統(tǒng)工藝設(shè)計”，第一次接觸換熱器的工藝設(shè)計 ，充滿了期待，可在剛開始做課程設(shè)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(shè)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(fù)雜。數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性對于設(shè)計來說至關(guān)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(xì)心才行。修改重算過很多次，結(jié)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(xué)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(shè)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(shè)計是旨在學(xué)生的工程設(shè)計能力，對所學(xué)知識進(jìn)行一次綜合性訓(xùn)練。這次我們對換熱器進(jìn)行了設(shè)計。將設(shè)計題目、設(shè)計內(nèi)容與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，設(shè)計題目來源于生產(chǎn)實際，具有實際意義。課程設(shè)計與計算機使用相結(jié)合。設(shè)計中要求我們根據(jù)設(shè)計任務(wù)，用計算機進(jìn)行輔助設(shè)計，設(shè)計計算與 CAD 設(shè)計相結(jié)合，應(yīng)用CAD繪制符合工程設(shè)計制圖的要求的圖紙，在設(shè)計過程中采用 AutoCAD 輔助設(shè)計、繪圖。通過這次設(shè)計使我對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力、分析和解決工程實際問題能力和計算機的應(yīng)用能力等方面都得到了提高，為今后的工作做了必要的準(zhǔn)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(dǎo)熱系數(shù)o水導(dǎo)熱系數(shù)i甲苯黏度o水黏度i甲苯熱流量水流量熱負(fù)