【正文】 研 究 方 向 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師姓名 指導(dǎo)老師職稱 2021 年 03 月 25 日 I 甲苯冷卻器的設(shè)計(jì) 摘 要： 甲苯主要由原油經(jīng)石油化工過程而制得的。甲苯具有揮發(fā)性，在環(huán)境中比較不易發(fā)生反應(yīng)。 在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)溫度較高的甲苯要進(jìn)行冷 卻，這就要涉及到熱量的交換。傳熱過程中冷、熱流體熱交換可分為三種基本方式，每種方式所用換熱器的結(jié)構(gòu)也不相同。 沸點(diǎn) （常壓） :℃， 熔點(diǎn) ℃， 閃點(diǎn)： 4 ℃，燃點(diǎn)： 535 ℃， 密度：相對(duì)密度 (水 =1)；相對(duì)密度 (空氣 =1)，蒸汽壓： ℃。甲苯的粘性為 0,6 mPa s，也就是說它的粘稠性弱于水。 甲苯主要能進(jìn)行自由基取代、親電取代和自由基加成反應(yīng)。 甲苯的生產(chǎn)方法 甲苯生產(chǎn)方法歷史淵源，先是焦化副產(chǎn)品中回收大量甲苯，再由石油生產(chǎn)甲苯，接著甲苯的主要來源于催化重整和烴類裂解。 2 ② 催化重整油中含芳烴 50％～ 60％ (體積 )，其中甲苯含量可達(dá) 40％～ 45％。 ④ 甲苯脫 烷基 制苯或 歧化 制二甲苯。轉(zhuǎn)化過程在常壓、低溫（≤ 300℃）下進(jìn)行，對(duì)異丙基甲苯收率可達(dá) 50％以上。 甲苯操作儲(chǔ)存及用途 一、甲苯的操作 密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。倒空的容器可能殘留有害物。避免與氧化劑接觸。遠(yuǎn)離火種、熱源。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。 三、甲苯的用途 苯可用作生產(chǎn)苯及 二甲苯 和許多其他化工產(chǎn)品的原料。還可生產(chǎn)很多農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體。它也是航空和汽車汽油的一種成分。 一、直接接觸式換熱和混合式換 熱器 對(duì)于某些傳熱過程，工藝上允許冷、熱流體互相混合，例如氣體的冷卻或水蒸氣的冷凝，此時(shí)可使二者直接混合進(jìn)行熱交換。 二、蓄熱式換熱和蓄熱器 蓄熱式換熱是在蓄熱器中實(shí)現(xiàn)熱交換的一種換熱方式。 三 、 間壁式換熱和間壁式換熱器 在化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的是冷、熱流體不允許混合的換熱問題，此時(shí)常將冷、熱流體用固體壁面隔開，使二者互不接觸，熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鹘o冷流體，完成上述換熱過程的設(shè)備稱為間壁式換熱器。 管殼式換熱器是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、造價(jià)低廉、用材廣泛、清洗方便、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而在換熱設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)地位。冷 、熱流體分別在管程和殼程中連續(xù)流動(dòng)，流經(jīng)管程的流體稱為管流體，流經(jīng)殼程的流體稱為殼流體。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是換熱管與殼體不會(huì)產(chǎn)生溫差壓力；管 束可從殼體內(nèi)抽出，便于清洗。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 （ 2）板式換熱器 板式換熱器由高效傳熱波紋板片及框架組成。人字形波紋能增加對(duì)流體的擾動(dòng)，使流體在低速下能達(dá)到湍流狀態(tài)，獲得高的傳熱效果。如回旋式換熱器、熱管換熱器、同流式換熱器等。將殼體抽真空后充入適量的工作液，密閉殼體便構(gòu)成一只熱管。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)， 后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。其意義在于：在設(shè)備投資及輸送功耗一定的條件下，獲得較大的傳熱量，從而增大設(shè)備容量，調(diào)高勞動(dòng)生產(chǎn)率；在 設(shè)備容量不變上網(wǎng)情況下使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少占地空間，節(jié)約材料，降低成本；在某種特定技術(shù)過程中使用某些特殊工藝要求得以實(shí)施等。 ① 翅化面 用翅片來擴(kuò)大傳熱面面積和促進(jìn)流體的湍動(dòng)，從而提高傳熱 效率。這種多空表面，不僅增大了傳熱面積，而且還改善了換熱狀況，對(duì)于沸騰傳熱過程的強(qiáng)化特別有效。平均溫度差的大小主要取決于兩流體的溫度條件和兩流體在換熱器中的流動(dòng)型式。另外，采用逆 流操作或增加管殼式換熱器的殼程數(shù)使 增大 ， 均可得到較大的平均溫度差。對(duì)流傳熱阻經(jīng)常是傳遞過程中的主要熱阻。例如在管式換熱器中，采用各種異形管或在管內(nèi)加麻花鐵、螺旋圈或金屬卷等添加物，均可加大流體的擾動(dòng)。 對(duì)于一定的傳熱過程，待加熱或冷卻物料的初始與終了溫度常由工藝條件所決定，因此需要供給或取出的熱量是一定的，熱量的多少?zèng)Q定了傳熱過程的操作費(fèi)用。同時(shí)選擇載熱體時(shí)還應(yīng) 考慮以下原則，即 8 ① 載熱體的溫度易調(diào)節(jié)控制； ② 載熱體的飽和蒸汽壓較低，加熱時(shí)不易分解； ③ 載熱體的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蝕設(shè)備； ④ 價(jià)格便宜，來源容易。 4. 接上輸送泵和連接導(dǎo)管，使清洗劑從換熱器的底部泵入，從頂部流出。隨著空氣的排出，換熱器內(nèi)的空間會(huì)增大，可加入適當(dāng) 的水，不要一開始就注入大量的水，可能會(huì)造成水的溢出。最終溶液的 PH 值在 2‐ 3 時(shí)保持30分鐘沒有明顯變化，證明達(dá)到了清洗效果。 9．完成清洗后既可開機(jī)運(yùn)行。 ，就可以計(jì)算出該企業(yè)每個(gè)小時(shí)所節(jié)省的電費(fèi)、煤費(fèi)等生產(chǎn)費(fèi)用及提高的工作效率，這正是企業(yè)采用福世泰克技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值補(bǔ)償。 冷卻器 換熱設(shè)備的一類，用以冷卻流體。 一 、 冷卻器的安裝方式 冷卻器安裝方式分為立式冷油器和臥式冷油器，立式冷卻器具有所需安裝面積小、安裝方便等特點(diǎn)。 (3)檢查基礎(chǔ)、支座是否牢固，各部螺栓是否滿扣、緊固。 冷卻器投用后，隨著溫度壓力的變化，可能會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查。由于銹垢的產(chǎn)生，換熱效果下降。 四 、 冷卻器的注意事項(xiàng) (1)冷卻器投用時(shí) ,應(yīng)打開冷卻線上放空閥排氣 ,見水后關(guān)閉 ,防止氣阻影響冷卻效果。故不宜用入口控制。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)： 處理能力： 50 萬噸 甲苯 /年 設(shè)備型式：管殼式換熱器 操作條件： 甲苯：入口溫度 95℃ ，出口溫度 65℃ 。 設(shè)計(jì)要求： 完成換熱器工藝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 繪制設(shè)備條件圖； 編制設(shè)計(jì)說明書。 ) λh=(m ) μc= 管徑和管內(nèi)流速 選用 25 較高級(jí)冷拔傳熱管 (碳鋼 10)，取管內(nèi)流速 u0= 。 取管心距 t=，則 t= 25=(mm) 取整 t=32(mm)。 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下列公式計(jì)算。 接管 殼程流體進(jìn)出口接管： 取接管內(nèi)甲苯流速為 u1＝ ，則接管內(nèi)徑為： 圓整后可取管內(nèi)徑為 200mm。 ℃ /W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Ri= 20 4 設(shè)計(jì)結(jié)果 換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸及計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見下表 參數(shù) 管 程 殼 程 流率 /（ kg/s） 進(jìn) /出溫度 /℃ 25/35 95/65 壓力 / kPa ≤90 ≤90 物 性 定性溫度 /℃ 30 80 密度 /（ kg/m3） 809 比熱容 /（ kJ/（ kgK ）〕 6741 1353 污垢阻力 /（ w/m2K)； ? 有限差值； ? 導(dǎo)熱系數(shù)， W/(mK) 參考書目 [1] 伍越寰 ,沈曉明 .有機(jī)化學(xué) .中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 . [2] 柴誠(chéng)敬 ,張國(guó)亮 .化工原理（第二版）上、下冊(cè) . 高等教育出版社 . [3] 陳聲宗 . 化工設(shè)計(jì)（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社 . [4] 陳敏恒 ,叢德茲 .化工原理（第三版）上、下冊(cè) .化學(xué)工藝出版社 . [5] 高俊亭 ,畢萬全 .工程制圖 （第三版）高等教育出版社 . [6] 馬永祥 ,吳隆民 .化學(xué)專業(yè)英語 .蘭州大學(xué)出版社 . 26 設(shè)計(jì)感想 本次設(shè)計(jì)是對(duì)固定固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)、上網(wǎng)搜索資料以及反復(fù)計(jì)算核實(shí)，本次固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)可以說基本完成了。通過設(shè)計(jì)不但鞏固了對(duì)主體設(shè)備圖的了解，還學(xué)到了設(shè)備圖的繪制方法。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。 在設(shè) 計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)了很多以前在課程學(xué)習(xí)時(shí)的不足之處，讓我在意識(shí)和認(rèn)識(shí)上得到了提高，此次的設(shè)計(jì)綜合了好幾門學(xué)科的知識(shí)讓我深深地體會(huì)到了學(xué)科間的貫穿和聯(lián)系，同時(shí)讓我發(fā)現(xiàn)并改善了其他學(xué)科時(shí)的不足，有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。 通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種