化工原理 换热器设计

|化工原理课程设计任务书

专业班级:07过控０2 学生姓名：赵凯 学号: 070３020２28 一 设计题目:正戊烷冷凝器的设计

二 课题条件(文献资料,仪器设备，指导力量) (一）设计任务

设计一冷凝器，冷凝正戊烷蒸气； 1) 处理能力:6万吨／年。

2) 正戊烷蒸气压力:0．7５ｋgf/c ｍ2,其饱和温度为５2C ︒，蒸发潜热为

83ｋc

ａl/kg

3) 冷却剂：自来软水，进口温度C 251︒=t 出口温度C 40o 2=t （二)操作条件： (1)生产方式:连续操作

(2）生产时间：每年以300天计算,每天2４小时

（3）冷凝器操作压力为常压,管程和壳程的压力均不大于30kpa 三.设计任务

１.确定设计方案,绘制工艺流程图。 ２.热力学计算 2.1热力学数据的获取 2．２估算传热面积 2．3工艺尺寸的计算 2.4面积核算 2.５壁温校核 2．６压降校核

3.结构设计

３.1冷凝器的安装3.２管设计

３.３管心距设计

３.4管板设计

3．5折流板设计

3.6壳体设计

3.７接管设计

3.8封头设计

3.9法兰设计

３.１０支座设计

3.11其他

4.设计计算结果汇总表５．设计结果评价6．绘制装配图

７.编制设计说明书

设计流程图

裕

度

过

大

或

过

小

工艺流程图

热力学计算

1.热力学数据的获取

正戊烷液体在定性温度（５２℃）下的物性数据(查化工原理附录）

。

，，kJ/kg 5.347C W/m 13.0C kJ/kg 34.2，s Pa 108.1，kg/m 59643=︒⋅=︒⋅=⋅⨯==-r c p λμρ 循环水的定性温度:

入口温度为C 251︒=t ,出口温度为C 40o 2=t 循环水的定性温度为()C 5.322/4025 =+=m t

两流体的温差C 50C 5.195.3252 <=-=-m m t T ，故选固定管板式换热器 两流体在定性温度下的物性数据如下

２.估算传热面积 (１)计算热负荷

1s m =6710⨯／(300⨯24）=8333.3kg/h=２.３1kg/s

kW 3.8043600/5.3473.83331=⨯==r m Q s (2)冷却水用量

2s m =t c p ∆2/Q =8０4．3/4．08⨯(40-25)=1３．１ｋｇ/s （3）计算有效平均温度差

逆流温差()()()()[]

C 5.184052/2552ln 40522552, =-----=

∆逆m t （4）选取经验传热系数K 值

根据管程走循环水,壳程走正戊烷，总传热系数K 现暂取： C W/m 6502︒⋅=K (5)估算换热面积

23

`

m 8.6618.5

650103.804K A =⨯⨯=∆=，逆m p t Q 3．工艺尺寸计算

(1)管径和管内流速 选用Φ25×2．５mm 较高级冷拔传热管(碳钢）,取管内流速 u 1=0.8m/ｓ。

（2)管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 s n =

538

.002.0785.0994

/1.134

22

≈⨯⨯=

u

d V

i π

(根)

按单程管计算，所需的传热管长度为 L=

m n d A s

o p

1653

025.014.366.8

≈⨯⨯=

π

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况,现

取传热管长l=4.5m ，则该换热器的管程数为

p n =

44.5

16≈=l L 传热管总根数 N=53×4=2１2(根） (3）平均传热温差校正及壳程数: 平均温差校正系数有 : R=0

Ｐ=

55.025

5225

40=--

单壳程，双管程结构，查得 0.1=∆t ε

平均传热温差 18.518.51.0=⨯=∆=∆∆塑m t m t t ε℃

由于平均传热温差校正系数大于０．8,同时壳程流体流量较大，故取单壳

程合适。 （4）壳体内径

采用多管程结构,壳体内径可按下式估算。取管板利用率η=０．７ ,则壳

体内径为

Ｄ=1．05t mm N 5847.0/2123205.1/=⨯=η 按卷制壳体的进级档,可取D=600ｍm

则横过管数中心线管的根数

183.1721219.119.1≈=⨯==N n c (根) 卧式固定管板式换热器的规格如下:

公称直径D …………………………６00ｍm 公称换热面积S ……………………6６.8m 2 管程数p n …………………………4 管数n ………………………………２12 管长L ………………………………4.５m

管子直径……………………………mm 5225.Φ⨯ 管子排列方式………………………正三角形

(５）折流板

采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的２0%,则切去的圆缺高度为h=０．２0＊600=1２０m ｍ。

取折流板间距B=０.3D,则

Ｂ=0.3*６００=180m ｍ，可取B=20０ｍｍ。

折流板数 N ＝传热管长/折流板间距-１=45００/２０0－1＝２2（块）

4.面积核算

（1)壳程表面传热系数错误!未定义书签。

313

1

3

22o *

Re 51.1g -==）（λ

ρμαα 495

.0108.2,4Re ,M t s s N n M Ln m ===

μ

48.2921208.2495.0=⨯=s n

21.0)00018

.0148.295.43600/3.83334(51.1)14(51.131

31

1*

=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=--μαs Ln m

1558])157.081.9596/(00018.0)21.0([])/()([3

1

3223

3

1

312

2

13

*0=⨯⨯==λρμααg (2)管内表面传热系数., 有 4.08.0Pr Re 023.0i

i

i d λα=

管程流体流通截面积

0166.04

212

02.0785.02=⨯

⨯=i S ）（2m

管程流体流速 ﻩs m u i /0.79166

0.0994

/1.13==

21662)10725.0/(9940.7902.0Re 3=⨯⨯⨯=-i