化工13级G杰化工课程设计2-1

化工原理课程设计2-1说明书   目：芳烃冷却器设计 学生姓名：郭杰 学    号：1303010806 专业班级：化学与工艺1306 班 指导教师：王兰娟 2015年 7 月 9日 化工原理课程设计（2-1）任务书 专业班级： 化工 1306  学号：1303010806  学生：郭杰    一、 题目 芳烃冷却器的设计 二、 设计任务及操作条件 工艺流体 热流体（苯 51%+甲苯 49%) 冷流体（Water） 总质量流率/（kg·s-1） 31 28 入口温度/℃ 93 28 出口温度/℃ 54   入口压力（绝压）/k Pa 550 450 允许压力降/k Pa 90 60 污垢热阻/（m2·K·W-1） 0.00015 0.00016       注：热流体组成为质量百分数 三、选择合适的列管式换热器并进行核算 1  选择合适的换热器； 2  计算热负荷； 3  计算温差和估计传热系数； 4  估算换热面积； 5  计算管程压降和给热系数； 6  计算壳程压降和给热系数； 7  计算传热系数； 8  校核传热面积。 四、设计要求 1.  手工计算完成换热器设计与校核； 2.  用 EDR 软件完成换热器的设计、校核； 3.  提交电子版及纸板：设计说明书、计算源程序。  发出日期  2015年7月6日  交入日期 2015年7月11 日 指导教师 王兰娟 目录 前  言 ……………………………………………………………………………………………1 第1章 设计计算…………………………………………………………………………………3 1.1 确定设计……………………………………………………………………………3 1.1.1选定换热器类型……………………………………………………………………3 1.1.2选定流体流动空间及流速…………………………………………………………3 1.2 确定物性数据……………………………………………………………………………3 1.3 计算总传热系数…………………………………………………………………………3 1.3.1 计算热负荷（热流量）………………………………………………………… 3 1.3.2 计算逆流平均温度差 ……………………………………………………………3 1.4 总传热系数 K……………………………………………………………………………4 1.5 估算传热面积……………………………………………………………………………4 1.6 工艺结构尺寸……………………………………………………………………………4 1.6.1 管径和管内流速………………………………………………………………… 4 1.6.2 管程数和传热管数 ………………………………………………………………4 1.6.3 平均传热温差校正及壳程数 ……………………………………………………4 1.6.4 传热管排列和分程 …………………………………………………………4 1.6.5 壳体内径 …………………………………………………………………………5 1.6.6 折流板 ……………………………………………………………………………5 第2章 校核计算…………………………………………………………………………………6 2.1 热量核算…………………………………………………………………………………6 2.1.1 壳程对流给热系数 ………………………………………………………………6 2.1.2 管程对流给热系数 ………………………………………………………………7 2.1.3 传热K………………………………………………………………………………7 2.1.4 传热面积 …………………………………………………………………………7 2.2 换热器内流体的流动阻力………………………………………………………………7 2.2.1 管程流动阻力 ……………………………………………………………………7 2.2.2壳程流动阻力 ……………………………………………………………………8 第3章 换热器主要工艺结构参数和计算结果…………………………………………………9 第4章 EDR设计与校核…………………………………………………………………………10 4.1 初步规定………………………………………………………………………………10 4.2 EDR设计 ………………………………………………………………………………10 4.2.1  建立文件 ………………………………………………………………………10 4.2.2 设置选项 ………………………………………………………………………10 4.2.3 工艺参数 ………………………………………………………………………11 4.2.4 物性数据 ………………………………………………………………………12 4.2.5 结构数据 ………………………………………………………………………12 4.2.6 结果数据 ………………………………………………………………………13 4.3 EDR校核……………………………………………………………………………… 15 4.3.1 换热器评价及调整选项………………………………………………… 15 4.3.2 EDR校核分析………………………………………………………………… 16 4.4 EDR设计结果…………………………………………………………………………17 参考文献…………………………………………………………………………………………18 致  谢……………………………………………………………………………………………19 附  录 …………………………………………………………………………………………20 附录A………………………………………………………………………………………20 附录B………………………………………………………………………………………22 前言 在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。35％～40％。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。 换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。 换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式等），如表1所示。 表1 传热器的结构分类 类　 型 特　 点 间 壁 式 管 壳 式 列管式 固定管板式 刚性结构 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 填料函式 外填料函 管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中 套管式 能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器 螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热 螺旋板式 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能 平板式 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净 板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触 蓄热式 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合               完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。 （1）合理地实现所规定的工艺条件 （2）安全可靠 （3）有利于安装、操作与维修 （4）经济合理 第1章 设计计算 1.1 确定设计方案 1.1.1选定换热器类型 两流体温度变化情况：热流体（苯 40%+甲苯 60%）入口温度为93℃，出口温度为54℃，冷流体（冷却水）入口温度为28℃，出口温度选为48℃. 两流体的定性温度如下： 热流体（苯 40%+甲苯 60%）的定性温度 =（93+54）/2 = 73.5℃ 冷却水定性温度 =（28+48）/2 = 38 ℃                  两流体的温度差  = 73.5-38 = 35.5℃ 因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体壁温和管壁温相差较大，故选用带膨胀节的列管式换热器。 1.1.2选定流体流动空间及流速 因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗，故选定冷却水走管程，热流体走壳程。同时选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速取 。 1.2 确定物性数据 两流体在定性温度下的物性数据如下表： 表2 两流体在定性温度下的物性 流体物性 定性温度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa ? s 比热 kJ/(kg?℃) 导热系数 W/(m ?℃) 热流体 73.5 823.85 0.3289 1.876 0.1263 冷却水 38 995.19 0.6784 4.188 0.6173             1.3 计算总传热系数 1.3.1 计算热负荷（热流量） 按热流体计算，即 (1-1) 1.3.2 计算逆流平均温度差 (1-2) 1.4 总传热系数K 假设总传热系数556 1.5 估算传热面积 (1-3) 考虑15%的面积裕度， 1.6 工艺结构尺寸 1.6.1 管径和管内流速 选用的碳钢换热管 ,管内流速 。