化工原理课程设计

化工原理课程设计

硝基苯冷却器设计

系别：化学与化工系

班级：0820411 19

姓名：柳层层

完成时间：2010年12月30日

前言

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、传热的要求等各不相同，故换热器的种类也是多种多样。

本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.

选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。

编者：柳层层

日期：2010年12月

目录

一、设计任务与条件 (1)

二、换热器工艺设计计算 (1)

（一）设计方案的确定 (1)

（二）确定物性数据 (1)

（三）估算传热面积 (2)

（四）工艺结构尺寸 (3)

（五）换热器的核算 (5)

（六）换热器主要结构尺寸和计算结果 (10)

（六）管子的排列 (11)

三、换热器工艺流程图 (12)

一：设计任务及条件

某化工厂拟用管壳式换热器将硝基苯从140℃冷却到80℃，硝基苯的流量为8000kg/h,冷却水用30℃的循环水，要求换热器的管程和壳程压降均小于40Kpa ，设计或选择合适的管壳式换热器。

二、设计计算 （一）确定设计方案

1 . 选择换热器的类型 两流体的温度变化情况 热流体的进口温度140℃， 出口温度为80℃； 冷流体进口温度30℃， 出口温度38℃。

2 . 流动空间的确定 硝基苯是毒性较强的液体，但是该换热器用循环冷却水冷却，水是易结垢液体，为了清洗方便，可以式换热器的密封效果加强，所以从总体考虑，应使循环水走管程，硝基苯走壳程。另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。

考虑到该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

（二） 确定物性数据

定性温度：对于水和硝基苯等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。

故壳程硝基苯的定性温度为：℃＝＋＝110280

140T

管程流体的定性温度为：

℃＝＋＝

342

38

30t

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据

硝基苯在110℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo =1097.58kg/m 3 定压比热容 c po =1.53kJ/(kg ·℃) 热导率 λo =0.138 W/(m ·℃) 粘度 μo =0.00053 Pa ·s 冷却水在34℃下的物性数据：

密度 ρi =994.3kg/m 3 定压比热容 c pi =4.174 kJ/(kg ·℃) 热导率 λi =0.624W/(m ·℃) 粘度 μi =0.000742 Pa ·s

（三） 估算传热面积

⑴ . 热流量（忽略热损失） Q o =8000×1.53×

×（140 - 80）=7.344

×

kJ/h=204kw

⑵ . 冷却水用量（忽略热损失）

h g Q q O /k 10×1993.28

174.410 ×7.344t c 4

5

i

pi i =⨯=

∆=

⑵ . 平均传热温差 先按照纯逆流计算，因为在流体的进出口温度相同的情况下，逆流的平均温度差大于其他流向的平均温度差，得℃9.7230

8038140ln

)

3080()38140(ln 't 2

121≈-----=

∆∆∆-∆=

∆t t t t m

⑷ . 初算传热面积 假设K=330 W/( m 2·℃) 则估算的传热面积为

2

3

m

''·48.89

.7233010

204t m

K Q S

=⨯⨯=

∆=

估

（四）工艺设计尺寸

⑴ . 管径和管内流速 选用ф25mm ×2.5mm 较高级冷拔热传热管（碳钢），m

d i 02.0=,m

d i

02.0=,

m

b 0025.0=, 取管内流速

u=0.9m/s 。

⑵ . 管程数和传热管数 可根据传热管内径和流速确定单程管传热管数

根

227.219

.002.0785.0)

3.9943600/(101993.22

4

s ≈=⨯⨯⨯⨯=

N

按管程计算，所需的传热管长度为

14

.622

02.014.348.8≈⨯⨯=

⨯⨯=

N

d S

L πm

按单管程设计，传热管太长，所以宜采用多管程结构，根据实际情况，现取管长l=3m,则换热器的管程数为

23

14.6l L p ≈==

N

(管程)

传热管总根数 n=22×2=44

但是实际画图的传热管总根数为52根。 ⑶ . 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 07273

.030

1403038=--=

P

5

.730

3880140=--=

R