用水冷却甲苯的列管式换热器设计

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1、化工原理课程设计一、设计题目：用水冷却甲苯的列管式换热器设计二、设计任务及操作条件1、设计任务：（1）选择适宜的列管式换热器；（2）核算；（3）在A3图纸中绘制换热器结构图、管板结构图、折流结构图设计说明书一份、A3图纸一张；2、操作条件处理能力：甲苯进料量：110000吨/年操作时间：  8000 小时／年甲苯：入口温度90℃，出口温度60℃；操作压力     （0.4~0.6）MPa 水：入口温度30℃，出口温度50℃操作压力     （0.4~0.6）MPa         允许压降不大于0.1Mpa，厂址：宁波地区。三、设备型式列管式换热器四、设计项目

2、(说明书格式)1、封面、任务书、目录。2、设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。3、换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积，并初选换热器规格4、核算总传热系数，计算压力降5、换热器的主要结构尺寸设计。6、绘制水冷却甲苯的列管式换热器设计的换热器装配简图。7、对本设计进行评述。8、参考文献11化工原理课程设计目录1设计方案简介11.1工艺流程概述11.2选择列管式换热器的类型11.2.1列管式换热器的分类41.2.2类型的确定31.3流动路径的选择52换热器的工艺计算及选型52.1确定物性数据52.2初算换热器的传热面积62.3初选换热器规格6

3、3换热器核算73.1压力降的核算73.1.1管程压力降83.1.2壳程压力降83.2总传热系数的核算94固定管板式换热器的主要结构尺寸设计94.1壳体壁厚的确定94.2管子拉脱力计算94.3换热器的主要结构尺寸设计参数105换热器装配简图126设计评述127参考文献1211化工原理课程设计1设计方案简介1.1工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，甲苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，甲苯从90℃被冷却至60℃之后，由接管B流出；

4、循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。图1工艺流程草图1.2选择列管式换热器的类型列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。1.2.1列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：⑴固定管板式换热器固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种

5、介质温差较大时，必须设置膨胀节。固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。⑵浮头式换热器11化工原理课程设计浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。⑶填函式换热器填函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不

6、宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。⑷U形管式换热器U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管内不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。1.2.2类型的确定所设计的换热器用于冷却甲苯，甲苯：入口温度90℃，出口温度60℃；水：入口温度30℃，出口温度50℃；该换热器的管壁温和壳体壁温之差满足Tm-tm=75-40=35℃﹤50℃，两流体温度差不大。加上固定管

7、板式换热器结构简单、造价低廉，所以本设计选用固定管板式换热器，且不需考虑热补偿。1.3流动路径的选择本设计为两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，且易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，甲苯走壳程。2换热器的工艺计算及选型2.1确定物性数据水的定性温度℃，甲苯定性温度℃，查得水、甲苯在各自定性温度下的物性数据：表1定性温度下各流体物性[1]密度/(kg/m3)比热容/(kJ/(kg·℃))黏度/(Pa·s)导热系数/(w/m·℃)水992.24.1740.656×10-30.6338甲苯812.61.8670.350×10-30.1452.2

8、初算换热器的传热面积⑴计算热负荷和冷却