化工原理课程设计截稿.doc

《化工原理课程设计任务书》 设计题目： 设计一台换热器 操作条件： 苯：入口温度80℃,出口温度40℃。 冷却介质：循环水，入口温度32.5℃。 允许压强降：不大于50kPa。 每年按300天计，每天24小时连续运行。 设备型式： 管壳式换热器 处理能力： 109000吨/年 设计要求： 选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计。 设计结果概要和设计结果一览表。 设计简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 对本设计的评述及有关问题的讨论。 二 、设计概述 热量传递的概念和意义 ⑴传热的概念 根据热力学第二定理，凡是存在温度的差异，就必然导致热量自发地从高温处向低温处传递，这一过程称为热量传递过程，简称为传热。 ⑵传热的意义 在化工生产中，众多物料的加热与冷却、高温或低温操作设备的保温、以及废热的回收等都是传热过程，许多单元操作如蒸发、精馏、干燥、吸收等无不直接或间接与传热有关。所以传热是最常见的重要单元操作之一。归纳起来化工生产中传热问题有以下几类： ①为使物料满足生产规定的操作温度需要加热或冷却； ②为减少热（冷）量的损失需要保温； ③为节能的需要对热（冷）量进行回收利用。 ⑶传热的方式 根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：传导、对流和热辐射。 热传导（又称导热） 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导﹙又称导热﹚。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分传向低温部分，或从高温物体传向它接触的低温物体，直至整个物体的各部分温度相等为止。 热对流 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中。在流体中产生对流的原因有二：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差别，使轻者上浮，重者下沉，流体质点产生相对位移，这种对流称为自然对流；二是因泵（风机）或搅拌等外力所致的质点强制运动，这种对流称为强制对流。 热辐射 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都（包括固体、液体和气体）都能将热能以电磁波形式发射出去，而不需要任何介质，也就是说它可以在真空中传播。 物体之间相互辐射和吸收能量的总结果称为辐射传热。由于高温物体发射的能量比吸收的多，而低温物体则相反，从而使净热量从高温物体传向低温物体。辐射传热的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移，即在放热处，热能转变为辐射能，以电磁波的形式向空间传递；当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被部分地或全部地吸收而转变为热能。 实际上，上述三种基本传热方式，在传热过程中常常不是单独存在的，而是两种或三种传热方式的组合，称为复杂传热。 换热器的概念和意义 ⑴换热器的概念 “换热器”这个词可用于各种类型的换热设备，但更确切的说常常是指两个工艺物流之间换热的设备。 ⑵换热器的意义 工艺物流之间的热量传递是大多数化工过程中的一个重要组成部分，而换热器是实现传热过程的基本设备。 ⒊换热器的类型 换热器按其传热特征，可分为下列三类： ⑴间壁式 这一类换热器的特点是冷热两流体间被固体壁面（传热面）所隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。这一类换热器中以列管式换热器最为常用，将于下面重点介绍。下面介绍几种比较简单的间壁式换热器，在一定场合下，由于其结构简单，使用方便，也还经常用到。 夹套式。夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却，如图1所示，夹套安装在容器外部，通常用钢或铸铁铸成，可以焊在器壁上或者用螺钉固定在反应器的法兰盘或者器盖上。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部连接管进入夹套，冷凝水由下部连接管流出，在进行冷却时，则冷却水由下部进入，而由上部流出。 加套式换热器由于传热面积的限制，常常难以满足需要及时移走大量反应热的换热要求，这时就需要在反应器内部加设内冷管，以保证一定的温度条件。有时为提高夹套一侧的传热系数（通冷却水时），也可在夹套中加设挡板，这样可使冷却水流向一定，并可提高流速，从而增大传热系数。 图1 套管式换热器 沉浸蛇管式。蛇管多以金属管子绕成，或制成适应容器情况的形状，沉浸在容器中，两种流体分别在管内、外进行换热。图2为常见的几种蛇管的形状。这种换热器的优点是结构简单，便于防腐，能承受高压，但由于容器体积比管子的体积大得多，因此管外流体的传热膜系数较小。如能减小管外空间或加搅拌装置，则传热效果可以提高一些。 图2 蛇管的形状 喷淋蛇管式。这种型式的换热器多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排的固定于钢架上，如图3所示，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，传热效果比沉浸式为好，且便于检修和清洗，因此对冷却水水质的要求也就可以视具体条件而适当降低。其缺点是喷淋不易均匀。 图3 喷淋式换热