化工原理课程设计报告-苯加热器设计.doc
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1、. .XX工业学院化工原理课程设计苯加热器设计系: 班级: : 学号 : 完成时间: 年 月 日课程设计任务书设计一个换热器,将纯苯液体从55加热到80。纯苯的流量为1.4104 kg/h。加热介质采用的是具有200 kPa的水蒸气。要求纯苯液体在换热器中的压降不大于30kPa,试设计或选择适宜的管壳式换热器,完成该任务。设计要求1换热器工艺设计计算2换热器工艺流程图3换热器设备构造图4设计说明目录一、方案简介4二、 方案设计51、 确定设计方案52、 确定物性数据53、 计算总传热系数54、 工艺构造尺寸65、 换热器核算7三、 设计结果一览表10四、 设计总结 12五、 参考文献13附图一
2、、方案简介1、概述换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位,由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不一样,估换热器的类型也是多种多样。按用途特可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类:混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器的特点是冷、热流体被固定壁面间隔开,不想混合,通过间壁进展热量的交换。此类换热器中,以列管式应用最广。本设计任务是利用饱和水蒸气给纯苯加热。利用热传递过程中对流传热原那么,制成换热器,以供生产需要。2、换热器类型列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器,主要分三大类:固定管板
3、式、浮头式、U型管式。(1) 固定管板式换热器构造简单,本钱低,壳程检修和清洗困难,壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。(2) 浮头式换热器构造较为复杂,本钱高,消除了温差应力,是应用较多的一种构造形式。(3) U型管式换热器构造简单,适用于高温和高压场合,但管内清洗不易,制造困难。二、方案设计某厂在生产过程中,需将纯苯液体从55冷却到80。纯苯的流量为1.4104 kg/h。加热介质采用的三具有200 kPa的水蒸气,要求纯苯液体在换热器中的压降不大于30kPa。试设计或选择适宜管壳式换热器。1确定设计方案 1选择换热器的类型两流体温度变化情况:冷流体进口温度55,出口温度80。热流体
4、为饱和水蒸气,温度恒为Ts,查表得,200kPa的饱和水蒸气的饱和温度为Ts=120该换热器采用饱和水蒸气冷凝放热来加热冷流体,管壁与壳壁温差较大,流体压强不高,初步确定选用固定管板式换热器,考虑到管壁与壳壁温差较大情况,因此,换热器应安装膨胀节,进展热补偿。2管程安排 从流体流经管程或壳程的选择标准来看,纯苯液体有毒,为减少向环境泄露的时机,苯宜走管程;水蒸气较干净,不会污染壳程,所以饱和蒸汽宜走壳程,以便及时排除冷凝液。综上所述,纯苯液体走管程,饱和水蒸气走壳程。2、确定物性数据 定性温度:可取流体进口温度的平均值。 管程纯苯的定性温度为:壳程流体的定性温度为:Ts=120根据定性温度,分
5、别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 1纯苯在67.5下的有关物性数据如下: 密度 i=830 kg/m3定压比热容cpi=1.86 kJ/(kg)热导率 i=0.135 W/(m)粘度i=0.00037 Pas2饱和水蒸气在120.2下的物性数据: 密度 0=1.127 kg/m3比汽化热 0=2.205106 J/kg热导率 0=0.686 W/(m)粘度0=0.0000133 Pas3计算总传热系数1热流量QT=qm1cp1(t2-t1)=140001860(80-55)/3600 =668500 kJ/h =1.808105 W2冷却水用量 qm2= QT/0=1.8081053600
6、/(2.505106)=259.880kg/h3平均传热温差 4初算传热面积由水蒸气冷凝有机物,有机物黏度为0.00037 Pas,查表4-7得K值大致X围为 5001200W/m2 . K假设K=600 W/m2 . K,那么估算的传热面积为4、工艺构造尺寸 1管径和管内流速选用192mm较高级冷拔传热管(碳钢),因流体黏度1,最大流速为2,4 m/s,所以取管内流速ui=0.5m/s。2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单管程计算,所需传热管长度为L=S估3.14d0Ns=5.8283.140.01953=1.8 m现取传热管长度L=2m,那么该换热器的管程数为NP=
7、1(管程)3传热管排列和分程方法 采用正三角形排列取管心距Pt=1.25 d0 =1.2519=23.75 mm 25mm隔板中心到离其最近一排管中心距离Z=Pt2+6=19mm4壳体内径 取,按三角形排列,壳体内径为 圆整可取D273mm 5折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25,那么切去的圆缺高度为:h0.2527368.25mm,故可取h70 mm。 取折流板间距B0.5DB0.5273136.5mm,可取B为150 mm。折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=2000/150-1=12.3,可取12块。6接收 壳程流体进出口接收:取接收内硝基苯流速为 u1.5
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