环境工程原理课程设计
学 院: 化学与环境工程学院 专 业： 环境工程 学 号: 122209201133 姓 名: 指导老师： 时 间:2015.1.10 到 2015.1.17
目录
目 录
1 设计任务书 ............................................................................................. 1
1.1设计任务与操作条件 ........................................... 1 1.2具体要求 ..................................................... 1 1.3设计说明书的内容 ...................................................................................................... 1
2 文件综述 ............................................................................................................................. 2 3 年产15万吨苯冷却器的工艺设计 ........................................................................ 8
3.1确定设计方案： ............................................... 8 3.2确定流体的流动空间： ......................................... 8 3.3计算定性温度，确定流体的物性参数： ........................... 8 3.4初步估算传热面积 ............................................. 8
3.4.1 苯的流量及热负荷： ............................................. 8 3.4.2 冷却水的用量： ................................................. 8 3.4.3 平均传热温差： ................................................. 9 3.4.4 初算传热面积： ................................................. 9
3.5工艺结构和尺寸 ............................................... 9
3.5.1 管径和管内流速： ............................................................................................... 9 3.5.2 管程数和传热管数： ......................................................................................... 10 3.5.3 传热管排列和分程方法： ................................................................................. 10 3.5.4 壳体直径： ......................................................................................................... 10 3.5.5 折流板： ............................................................................................................. 10 3.5.6 接管： ................................................................................................................. 10
3.6核算 .......................................................................................................... 11
3.6.1 传热面积核算： ................................................................................................. 11 3.6.2 换热器流体阻力损失： ..................................................................................... 12
3.7对本设计的评述……………………………………………………………12 3.8换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表 ...................... 14
3.9符号说明 .................................................... 14 3.10参考文献 .................................................. 176
3.11设备图 ……………………………………………………………………17
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一 设计任务书
一、 设计任务与操作条件
1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃
2、冷却介质：自来水，入口温度30℃，出口温度40℃ 3、允许压强降：不大于100kPa
4、每年按330天计，每天24小时连续运行。
表1 两流体在定性温度下的物性数据 物性 密度 ㎏/m3 流体 苯 水 836.6 996.35 比热KJ/(㎏·oC) 1.828 4.176 粘度 mPa·s 0.381 0.852 导热系W/(m·oC) 0.151 0.613 二、 具体要求
本设计要求完成以下设计及计算：
1、换热器工艺设计及计算：包括物料衡算、能量衡算、工艺参数选定及其计算；
2、换热器结构设计：包括换热设备的主要结构设计及其尺寸的确定等； 3、绘制换热器装配图：包括设备的各类尺寸、技术特性表等，
4、编写设计说明书：作为整个设计工作的书面总结，说明书应简练、整洁、文字准确。
三、 设计说明书的内容
（1）目录；
（2）设计题目及原始数据(任务书)；
（3）论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；
（4）换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、
壳体直径等)；
（5）设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)； （6）设计结果汇总
（7）换热器设备图1张（A4） （8）设计评述 （9）参考文献
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二、文件综述
换热器简介：
换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。
图1.列管式换热器 图2.浮头式换热器
图3.U型管式换热器
1. 换热器的种类：
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
1.1 间壁式换热器的类型：
1) 夹套式换热器：
这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 2) 沉浸式蛇管换热器：
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；
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其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 3) 喷淋式换热器：
这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。 4) 套管式换热器：
套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成。在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
5) 管壳式换热器：
管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器。管壳式换热器主要有壳体，管束，管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上，在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板，折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度，可在两端封头内设置适当隔板，将全部管子平均分隔成若干组。这样，流体可每次只通过部分管子而往返管束多次，称为多管程。同样，为提高管外流速，可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。在管壳式换热器内，由于管内外流体温度不同，壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上松脱。因此，当管束和壳体温度差超过50℃时，应采取适当的温差补偿措施，
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