丁二烯冷却器的设计——化工原理

化工原理课程设计——丁二烯冷却器的设计●院系：机电工程学院●班级：过控114●姓名：●学号：●指导教师：佟白●日期：齐齐哈尔大学化工原理课程设计1目录一设计任务书………………………………………………………………………3二物性参数的确定……………………………………………………………………4三设计方案的确定……………………………………………………………………41选择换热器的类型…………………………………………………………………42流程安排…………………………………………………………………………5四估算传热面积………………………………………………………………………51换热器的热负荷…………………………………………………………………52平均传热温差……………………………………………………………………63传热面积…………………………………………………………………………6五工艺结构尺寸………………………………………………………………………71管径和管内的流速………………………………………………………………72管程数和传热管数………………………………………………………………73平均传热温差校正及壳程数……………………………………………………74传热管排列和分程方法…………………………………………………………85管体内径………………………………………………………………………86折流板…………………………………………………………………………87其它附件…………………………………………………………………………98接管……………………………………………………………………………9六换热器的核算…………………………………………………………………………91传热能力的核算…………………………………………………………………9齐齐哈尔大学化工原理课程设计2①管程传热膜系数……………………………………………………………9②污垢热住和关闭热阻…………………………………………………………10③壳程对流传热膜系数α………………………………………………………10④总传热系数K…………………………………………………………………11⑤传热面积裕度…………………………………………………………………112换热器内流体的流动阻力………………………………………………………12校核①管程流体的阻力②壳程流体的阻力七换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表………………………………………13八设备参数的计算…………………………………………………………………141壳体壁厚………………………………………………………………………142接管法兰…………………………………………………………………………153设备法兰…………………………………………………………………………154封头管箱…………………………………………………………………………155设备法兰用垫片…………………………………………………………………156管法兰用垫片…………………………………………………………………167管板………………………………………………………………………………168支座………………………………………………………………………………169设备参数总表…………………………………………………………………16九参考文献………………………………………………………………………………17十学习体会与收获……………………………………………………………………18齐齐哈尔大学化工原理课程设计3十一重要符号说明……………………………………………………………………22第一章设计任务书1.1设计题目：丁二烯冷却器的设计1.2设计任务及操作条件1．设计任务：用冷却水冷却丁二烯，设备的处理量是7500hkg/,丁二烯的冷凝温度是40℃，冷凝水的入口温度为15℃出口温度为25℃，设计满足条件的换热器。2．操作条件：（1）管内侧污垢热阻为0.00058m2·℃/W管外侧污垢热阻为0.000176m2·℃/W。（2）初设K=400w/m2·℃。第二章主要物性参数表表1物性数据表物品密度kg/3m导热系数W/m℃比热容pcKJ/kg℃黏度spa潜热KJ/Kg丁二烯5980.10752.480.145×10-3373水998.20.59854.1831．0×10-336270第三章设计方案的确定3.1选择换热器的类型该换热器用循环冷却水体冷却，在冬季操作时其进口温度会降低，考虑这一因素，以及该换热器齐齐哈尔大学化工原理课程设计4的管壁温度和流体壁温度之差较小，因此初步确定选用列管式换热器。热流体（丁二烯蒸汽）进口温度40℃，出口温度40℃；冷流体（水）进口温度15℃，出口温度25℃；因此初步确定选择用固定管板式换热器。3.2流程安排从两流体的操作压力看，应使水流体走壳程，丁二烯走管程。但是由于丁二烯较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢的增长速度，使传热器的传热速率下降，所以从整体考虑，应使丁二烯走壳程，水流体走管程。第四章估算传热面积4.1换热器的热负荷Q=w·r=7500×373=2797500KJ/h=777.08KW4.2平均传热温度由于逆流式传热效率最高固安逆流式2121lnttttΔtmΔ1525ln1525mt=19.58℃4.3传热面积∵管程流体黏度i=0.0122×10-3spa，壳程流体黏度i=0.014×10-3spa；因为K值初设400W/m2.℃则估算的传热面积为：A=2.9958.1940008.777tKQ齐齐哈尔大学化工原理课程设计54.4冷却水的用量211530.3336.6/131760/()4.183(2515)cpcQWkgskghCttskg/58.18)1525(183.408.777第五章工艺结构尺寸5.1管径和管内流速选用5.225的碳钢传热器（Gb81632-87）在管道内水的流速为1～1.5m/s取管内流速为smui/3.1m/s5.2估算管程数和传热管数依据传热内径和流速确定单程传热管数根根11777.116000314.003666.042iiTudVN60117025.014.30186.0根换热管总长：mdNAL49.24117025.014.32254/π06.2160025.014.32.99m管程数：管程4606.21`LLNP传热管总根数：根240460N5.3平均传热温度的校正及壳程数0338393420420R40.015401525P由温度校正系数图查得1t齐齐哈尔大学化工原理课程设计6℃58.19158.19mmttt；由于平均传热温差校正系数大于0.85，同时壳程流速较大，故取单壳程合适。5.4传热管排列和分程方法根据传统换热器的标准选取管长为6m单管程换热器。型号：G400Ⅰ-2.5-22.3该换热器的基本结构参数如下：外壳直径/mm600管子尺寸/mmφ25×2.5公称压力/MPa1.6管长/m6公称面积/m222.3管子总数240管程数Np4管中心距/mm32管排列方式正三角形5.5壳体内径由公式：mmNtDT79.8687.04683205.1;05.1mm6227.0240按卷制壳体的进级档，可取D=600mm对于三角形直列Nb1.1T得mmdbtDo96.378255.2)1981.1(325.2)1(mm5.2865.25.2)1605.6折流板采用弓形折流板；切去的圆缺高度为'0.25900225hmm600=150mm;折流板距h2=0.3x600=180mm；折流板数：6121.2220.27BN≈)(2912.06块拉杆直径为12，拉杆数不得少于4个；齐齐哈尔大学化工原理课程设计75.7其他配件表2拉杆参数拉杆直径数量拉杆螺纹公称直径LaLbB1241220≥6020折流板定距管拉杆管板拉杆图5.8接管5.8.1壳程流体进出口接管取壳程内流体流速10m/s则接管内径为：1115000443600598213.1420VDmmuπmm211014.35983600750045.8.2管程流体进出口接管取接管内流体的流速为：2u=1m/s22131760443600998.21533.142VDmmuπmm154114.32.9983600669604圆整后，取壳程流体进出口接管规格为：20管程流体进出口规格为：150齐齐哈尔大学化工原理课程设计8第六章交换器的核算6.1核热能力核算6.1.1管程传热膜系数由于壳程中水蒸气存在相变6.1.2污垢热阻和管壁热阻管外污垢热阻：osR=0.000176m2.oC/W管内污垢热阻：isR=0.00058m2.oC/W管壁热阻碳钢在该条件下℃mww/50;w/1005.0500025.023℃mRw6.1.3壳程对流传热膜系数α4.08.01PrRe023.0iiid：管程流通截面积：222036738.0446802.0785.044mNdsTii201884.04240m管程流体流速：1317603600998.20.998/0.036738iiVumss988.001884.00186.0m/s雷诺准数：072.199241012.998998.002.0Re311iiiud；齐齐哈尔大学化工原理课程设计9普兰特长数：6.965985.010110183.4Pr33111pic；所以Km/w42.411496.619924.07202.05985.0023.024.08.0i6.1.4总的传热系数K)1(1wowiioiosisoddRddddRRKo212525125(0.001048070.0001760.000050.00058)22.5204114.422010.00230842433.1967433.20/oKWmC6.1.5传热面积裕度：则该换热器能完成生产任务。6.2壁温校核0000()433.2019.584030.9954.13mwmwKAtaATTKtTTa℃壳体壁温和传热管壁温之差为：40-30.9=9.1℃齐齐哈尔大学化工原理课程设计106.3换热器内流体的阻力6.3.1管程流体阻力sptiNNFPPP)(21对于单管程单壳程固定管式换热器1,4,1.5spsNNF∵19924Rei10000∴为湍流设管壁粗糙度mm2.0相对粗糙度01.0202.0id由Re关系图的0.04∴22122260.998998.20.045965.26720.0220.998998.2331491.3222iLuPPaduPPaasttiPNNFPPP447395.141)32.1491267.5965()(21管程流体阻力在允许范围之内,所以管程阻力满足设计要求。6.3.1壳程流体阻力SsoNFPPP)('2'1对于体Fs=1.0Ns=1当量直径：2220033440.0320.0252424=0.023.140.025etddπππd壳程流通面积：000.025=1-0.270.910.0530.032dABDT02625.0)032.0025.01(6.02.02)1(2'1uNnFfPBco齐齐哈尔大学化工原理课程设计11smAVu/1.0035.05983600/75000001605369100145.059801.002.0300000Reud55.069.1