年處理量6萬(wàn)噸的乙苯冷卻器的設(shè)計(jì)方案

1、混合式、蓄熱式和間壁式。 其中間2-1 所示。特點(diǎn)用于管殼溫差較小的情況（一般有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管外均能承受高壓，管清洗及檢修困難外填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合釜式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合和固定床反應(yīng)器中能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器用于管流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱只用于管流體的冷卻或冷凝拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱板可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用做回收低溫?zé)崮芙Y(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高適用于允許換熱流體之間直接接觸換

2、熱過(guò)程分階段交替進(jìn)行， 適用于從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合50），管間不能清洗管外均能承受高壓，可用于高溫高壓場(chǎng)合管間容易泄露，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì)混合式、蓄熱式和間壁式。 其中間2-1 所示。特點(diǎn)用于管殼溫差較小的情況（一般有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管外均能承受高壓，管清洗及檢修困難外填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合釜式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合和固定床反應(yīng)器中能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器用于管流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱只用于管流體的冷卻或冷凝拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱板可進(jìn)行嚴(yán)格的逆

3、流操作，有自潔的作用，可用做回收低溫?zé)崮芙Y(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高適用于允許換熱流體之間直接接觸換熱過(guò)程分階段交替進(jìn)行， 適用于從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合50），管間不能清洗管外均能承受高壓，可用于高溫高壓場(chǎng)合管間容易泄露，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì)殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮卻器的設(shè)計(jì)方案1.1 換熱器分類換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，如表表2-1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類類型剛性結(jié)構(gòu)固定管式帶膨脹節(jié)列管U型管式間管填料函式填料函殼式雙套管式壁套管式式沉浸式螺旋管式噴淋式板式式螺旋板式面?zhèn)?/p>

4、板式式板殼式混合式蓄熱式1.管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器， 是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備， 它具有結(jié)構(gòu)固定管板式換熱器這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 價(jià)格50且殼方流體較清潔及不易70且殼方流體壓強(qiáng)不高于浮頭式換熱器該端被稱為浮頭， 管束連同浮頭應(yīng)用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，固定管板式換熱器這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 價(jià)格50且殼方流體較清潔及不易70且殼方流體壓強(qiáng)不高于浮頭式換熱器該端被稱為浮頭， 管束連同浮頭應(yīng)用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，填料涵式換熱器操作最方便的一種換熱設(shè)備， 通其管用600Kpa的情況。廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為以下幾種：（1）固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，低廉，但

5、管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于結(jié)垢的物料。帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器， 其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力， 這種補(bǔ)償方法適用于兩流體溫差小于（2）浮頭式換熱器的管板有一個(gè)不與外殼連接，可以自由伸縮， 而與外殼的膨脹無(wú)關(guān)。 浮頭式換熱器的管束可以拉出， 便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，造價(jià)高。（3）填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。2.蛇管式換熱器蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。3.套管式換熱器套管式換熱器

6、是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，U型時(shí)管順次連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當(dāng)?shù)剡x擇管、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動(dòng)，有利于傳熱。此換熱器適用于高溫， 高壓及小流量流體間的換熱。1.2 換熱器材質(zhì)的選擇在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)， 換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對(duì)材料的制造工藝性能等的要求來(lái)選取。當(dāng)然，即換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。 一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來(lái)考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有

7、時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。 在這方面考慮不周， 選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命， 而且也大大提高設(shè)備的成本。 至于材料的制造工藝性能， 是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。（1）碳鋼價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無(wú)耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。（2）不銹鋼奧氏體系不銹鋼以 1Crl8Ni9Ti 為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的 18-8 奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗； 同心圓排列用于小殼徑換熱器， 外圓管布管均勻， 結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列

8、中， 固定管板式多采用正三角形排列； 浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊； 正方形排列便于機(jī)械清洗； 同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。二2.1 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)乙苯冷卻器2.2 操作條件：2.2.1 乙苯：入口溫度 100 ，出口溫度 70 。2.2.2 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度 20 ，出口溫度 40 2.2.3 允許壓強(qiáng)降：不大于 0.1 MPa。2.2.4 每年按 330天計(jì)，每天 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。2.3 設(shè)備型式：自選一種列管式

9、換熱器2.4 處理能力：處理能力 6萬(wàn)噸/年設(shè)計(jì)過(guò)程T1=100，出口溫度t1=20，出口溫度T1 - t2=100D B A進(jìn)入換熱殼程；循環(huán)冷卻T2=70t2=40。-4設(shè)計(jì)過(guò)程T1=100，出口溫度t1=20，出口溫度T1 - t2=100D B A進(jìn)入換熱殼程；循環(huán)冷卻T2=70t2=40。-40=60 70 。采用固定管板式換熱C 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定3.1.1 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度冷流體進(jìn)口溫度考慮到冷熱流體間溫差較小器。3.1.2 流程安排與乙苯相比，水易于結(jié)垢，如果其走殼程，流速太小，會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度使換熱器傳熱速率下降。乙苯被冷卻，走殼程便于

10、散熱。因此，冷卻水走管程，乙苯走殼程。3.1.3 工藝流程草圖及說(shuō)明A 換熱器乙苯離心泵循環(huán)水圖 1 工藝流程草圖說(shuō)明：如圖，乙苯經(jīng)離心泵抽入管道，并從接管70240 202性質(zhì)Pas 熱流體冷流體Q40）（70 20）100 4070 20QK=85=30密度 Kg/m3W/(m) 813.6 995.7 q （=54.9t比 熱70240 202性質(zhì)Pas 熱流體冷流體Q40）（70 20）100 4070 20QK=85=30密度 Kg/m3W/(m) 813.6 995.7 q （=54.9t比 熱1.934 4.178 m.hp.h2=m，逆粘度0.3540.8015T1-T ）=1

11、22.2346熱 導(dǎo)10-310-36210354.9率0.1167 0.6173 107 1.934330 24=6.44m30=4.4210KJ/h=122.2KW 5交換后，乙苯從 100被冷卻到 70之后，由接管 B流出；循環(huán)冷卻水則從 20被加熱到 40，由接管 D流出。3.2 確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)并選擇管殼換熱器的型式3.2.1 定性溫度： 可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程流體 的定性溫 度為 ： T=100 管程流體 的定 性溫度 為：t=管程冷卻水的定性溫度為 t=30C 殼程有機(jī)物的定性溫度為 T=85C 3.2.2 物性參數(shù)：根據(jù)物質(zhì)的定性溫度，分別查詢殼程和管程流

12、體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。介質(zhì)KJ/(kg. ) 乙苯水3.3 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)3.3.1 估算傳熱面積熱負(fù)荷：逆流時(shí) T1=T1-t2 T2=T2-t1 平 均 傳 熱 溫 差 ： Tm=（ T1- T2 ） / （ T1/ T2 ）=（100 查表預(yù)設(shè) K=346W/()則估算的傳熱面積為 :Sln=1.15 倍（裕度 15%），2 q252.5 的換熱管（碳 鋼），取管流VLL = 6 m， 則 該 換 熱 器 1.15 倍（裕度 15%），2 q252.5 的換熱管（碳 鋼），取管流VLL = 6 m， 則 該 換 熱 器 的 管 程 數(shù) 為 ：LlRt0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取

13、Q 122.2 103m，c t t 4.178 103 401.46/995.7uidi2Sd0ns23.66140400.97c=p，c 2 10.785 1.27.413.14 0.025（管程）47020（ - ） （3.89 40.02241.5=23.6mP20）40 20100 20=1.46kg /s0.25則傳熱面積為： S=1.15S=7.41m水用量3.3.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管流速：考慮到管流體為循環(huán)水水，易結(jié)垢，選用速 ui=1.2m/s 。管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：ns4按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多

14、管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn) 管 設(shè) 計(jì) ， 現(xiàn) 取 傳 熱 管 長(zhǎng)Np傳熱管總根數(shù)： N = 44 = 16 （根）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)：按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖得：由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于單殼程合適。tm1.05t NN4Vu1t/傳熱管長(zhǎng)B4 63.14 2tm逆1.05 3tm1.05t NN4Vu1t/傳熱管長(zhǎng)B4 63.14 2tm逆1.05 32 16/0.80 150.3mm可圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸 325 mm 折流板間距107 /(330 24 3600 813.6)0.97 54.910.00406m53.360.1C1 59傳熱管排列和分程方

15、法采用正三角形排列。取管心距 t=1.25d0 ，則 t=1.25 25=31.2532mm 隔板中心到離其最近一排管中心距離： S=t/2+6=32/2+6=22mm 各程相鄰管的管心距為： S2=44mm 殼體徑采 用 多 管 程 結(jié) 構(gòu) ， 取 管 板 利 用 率 =0.80 ， 則 殼 體 徑 為D折流擋板采用弓形折流板 ,取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的 25%，則切去的圓缺高度為：H=0.25325=81 mm 取折流板間距 h=0.3D，則 h=0.3 325=97.5 mm 故可取 h=100 mm 折流板數(shù)目：接管：殼程流體進(jìn)出口接管：取接管流體流速為 u1=2 m/s，則接管

16、徑為D1管程流體進(jìn)出口接管：取接管液體流速 u2=2.4 m/s ，則接管徑為4 1.46/995.73.14 2.4P194）計(jì)算：0.36 Re3d =AqV,h 6 107 /(330 24 3600 81.6)oReocp,h0.1167)0.140.36（m20.023Aiqi0.028m1d22eoAo 0.0073deuo0.354 10h0.950.11670.02/ K）id4m,cA0.5504 1.46/995.73.14 2.4P194）計(jì)算：0.36 Re3d =AqV,h 6 107 /(330 24 3600 81.6)oReocp,h0.1167)0.140.3

17、6（m20.023Aiqi0.028m1d22eoAo 0.0073deuo0.354 10h0.950.11670.02/ K）id4m,cA0.550e4dohD(1 ) 0.1 0.325(1 )0.36m/sh31.934 10 0.354 10165480.55Re Prid1 .46 / 995iPr (wd )0.020(m)d 0.025t 0.0320.02 036 813.635.86665.86660.8i2i.70 .0012612oo1654831i1641 .16 m30.007330.40.00126m/ s)0.14m20.9523.4 換熱器核算熱量核算3.4

18、.1 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)：對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式（教材04( t當(dāng)量直徑：殼程流通截面積：殼程流體流速： u雷諾數(shù)：h普朗特?cái)?shù)： Prh粘度校正： (wo752.5W3.4.2 管程對(duì)流傳熱系數(shù)：i管程流體流通截面積：管程流體流速： uReiPri00230.000176mSi101 d0 bd0 d0d dm d1 0.0025 0.025 0.025752 0.02 45 0.0225 4357 0.02QKSp7.54 5.93( p30.03diu0.8015 104.178 10 0.8015 100.61730.6173.ReiPri00230.000176mSi101 d0

19、 bd0 d0d dm d1 0.0025 0.025 0.025752 0.02 45 0.0225 4357 0.02QKSp7.54 5.93( p30.03diu0.8015 104.178 10 0.8015 100.61730.6173.0220.00058m2 K /WRS0122.2 10tmnx100%i60.02i335.42288210.8K/Wbd0dm3387 53.3dol27%pr)N N F1.162c35.R5.93m3.14 0.025 6 16 7.54m2傳熱面積裕度合適 （1030%左右），該換s p20.02 116 995.7420.4dSi2s9

20、95.7288214357W （/ m0dipi6029Pa2d0iliK）dii idu2i2Ns1Np2 Fs1.5c普朗特?cái)?shù)：i3.4.3 污垢熱阻管外側(cè)污垢熱阻： RSo管側(cè)污垢熱阻： R總傳熱系數(shù)（以管外表面積為基準(zhǔn)）1KK 1/( Rs0 Rsi )0 i i i1/ ( 0.000176 0.0001580.025 )387W（m2.0C/3.4.4 傳熱面積裕度計(jì)算傳熱面積為： S換熱器的實(shí)際傳熱面積為：傳熱面積裕度 :5.93熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。3.5 換熱器流體的流動(dòng)阻力核算：3.5.1 管程流體阻力pt由 Rei=28821，傳熱管相對(duì)粗糙度為 0. 1/20=0.00

21、5 ，查莫狄圖，得 =0.03 W/(mK)，流速 ui=1.16 m/s ，i=995.7 kg/m ，所以：piu22(6029( pp10.5 nA60.0073dou0.354 105.00.5 0.29 4.4NB(3.559 (3.5（1907.664019) 1 4 1.41Ffco107 /(330 24 3600 813.6)o3Re =5.0 2011059 12hD2 0.10.3258467.6）995.7 116256269Pa0.1Mp2)u22(6029( pp10.5 nA60.0073dou0.354 105.00.5 0.29 4.4NB(3.559 (3.

22、5（1907.664019) 1 4 1.41Ffco107 /(330 24 3600 813.6)o3Re =5.0 2011059 12hD2 0.10.3258467.6）995.7 116256269Pa0.1Mp2)F No1.1n0.5hD(1=0.35m/ so0.2880813.62)1 1.15 11931.5Pa0.1M24019PaPasnc(N1.1dt0.025 0.35 813.60.2880.352o 02813.62PasB160.5o20110pa0.291907.6Pau20.352Ns1)4.4)、 h=0.1m D=0.325m 1 Fo o2NB -

23、1=590.1suLH0.3(1 )1.15(液體20.0250.032)0.0073m2p1管程流體阻力在允許圍之。3.5.2 殼程阻力ps流體流經(jīng)管束的阻力F殼程流通面積：u0Re0ofopop2p2=8467.6Paps殼程流體阻力在允許圍之。換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表管程7575.8 100/70 0.1Mpa 85 813.6 比熱容/KJ/(kg. ) 0.354 0.1167 5.8666 固定管板式325 管徑/mm 管長(zhǎng)/mm 管數(shù)目/根7.54 4 管程0.36 m換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表管程7575.8 100/70 0.1Mpa 85 813.6 比熱容/KJ/(kg. ) 0.

24、354 0.1167 5.8666 固定管板式325 管徑/mm 管長(zhǎng)/mm 管數(shù)目/根7.54 4 管程0.36 m2 K） m211931.5122.2 54.9 227% 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述5256 20/40 0.1Mpa 30 995.7 1.934 0.8015 0.6173 5.42 殼程數(shù)臺(tái)數(shù)25 2.56000 16 折流板間距 /mm 材質(zhì)殼程1.16 752.5 K /W56269K）4.178 1 1 管心距 /mm 管子排列折流板數(shù) /個(gè)100 碳鋼4357 0.000176 387 44 正三角59 0.00058 殼程參數(shù)流量 kg/h 進(jìn)出口溫度 /壓力/pa 定性溫度 /密度/（kg/m3）物性粘度/pa.s 熱導(dǎo)率/W/(m ) 普朗特?cái)?shù)形式殼體徑/mm 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)傳熱面積 /m2管程數(shù)主要計(jì)算結(jié)果流速/m/s 對(duì)流傳熱系數(shù) / W/污垢熱阻阻力/pa 熱流量 /KW 傳熱溫差 /k 總傳熱系數(shù) w（/ m裕度五本次課程設(shè)計(jì)，在燕杰老師的細(xì)心指導(dǎo)下， 同時(shí)也我們準(zhǔn)備了很多相關(guān)的資料的前提下，讓我們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)過(guò)程中輕松了許多， 將理論知識(shí)用于具體實(shí)踐的能力也得到一定的提升， 課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要我們自己做出決策，即自己確定方案，選擇工藝參數(shù)和條件，查閱資料，進(jìn)行過(guò)程和設(shè)經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較， 擇