化工原理课程设计纯苯冷凝器的设计

化工原理课程设计

设计题目：纯苯蒸汽冷凝器的设计指导老师：***

系别：环境与安全工程系

专业：安全工程

班级学号：*********

姓名：***

目录

一、设计任务: (2)

1、处理能力：常压下5950kg/h的纯苯蒸汽 (2)

2、设备型式：立式列管式冷凝器 (2)

二、操作条件 (2)

三、设计内容 (2)

1、确定设计方案 (2)

2、确定流体的流动空间 (2)

3、计算流体的定性温度，确定流体的物性参数 (2)

4、计算热负荷 (3)

5、计算平均有效温度差 (3)

6、选取经验传热系数k值 (3)

7、估算传热面积 (3)

8、结构尺寸设计 (3)

（1）换热管规格、管子数、管长、管壳数的确定 (3)

（2）传热管排列和分程方法 (4)

（3）壳体内径内内径 (4)

（4）折流板 (4)

四、换热器核算 (5)

1、换热器面积校核 (5)

2、换热器内压降的核算 (7)

五、换热器主要结构尺寸和计算结果

一、设计任务:

处理能力：1、常压下5950kg/h 的纯苯蒸汽 2、设备型式：立式列管式冷凝器

二、操作条件

1、常压下苯蒸气的冷凝温度为80.1℃，冷凝液在饱和温度下排出。

2、冷却介质：采用20℃自来水。

3、允许管程压降不大于50KPa 。 三、设计内容

本设计的工艺计算如下：此为一侧流体恒温的列管式换热器的设计 1、确定设计方案 两流体的温度变化情况

热流体（饱和苯蒸气）入口温度 80.1℃，（冷凝液）出口温度 80.1℃ 冷流体 水 入口温度 20℃，出口温度 40℃ 2、确定流体的流动空间

冷却水走管程，苯走壳程，有利于苯的散热和冷凝。 3、计算流体的定性温度，确定流体的物性参数

苯液体在定温度（80.1摄氏度）下的物性参数（查化工原理附录） ρ=815kg/,μ=3.09×Pa.s,=1.880KJ/kg.k ,ƛ=0.1255W/m.K, r=394.2kJ/kg 。 自来水的定性温度：

入口温度：=20℃， 出口温度 =40℃

则水的定性温度为：=（+）/2=（20+40）/2=30℃

3m 410 P

C 1t 2t m t 1t 2t

根据热量衡算方程：=（-）得

=/（-）=1.65×394.2/4.173（40-20）=7.79kg/s

（式中=1.65kg/s ）

两流体在定性温度下的物性参数如下表

计算热负荷

ƍ==1.65×394.2=651.52kw 5、计算平均有效温度差 逆流温差=

℃

温差＞50℃故选择固定管板式换热器需加补偿圈 6、选取经验传热系数k 值

查《化工原理课程及设计》附录8，查的K 取430~850，暂取K=850

7、估算传热面积

==15.5

1m q 1r 2m q 2p c 2t 1t 2m q 1m q 1r 2p c 2t 1t 1m q 1r 1m q 逆m △t 43.4940)]

-/(80.120)-(80.1[㏑40-80.1-20-1.80=）

（）（逆m t K Q S △=49.43

×85010×52.6513

2m

8、结构尺寸设计

（1）换热管规格、管子数、管长、管壳数的确定

选传热管，内径，外径，材料为碳钢。 传热管数量：

取30根 传热管长度：

根据实际情况管子过长采用标准设计，取传热管长L =2米，采用管程4，管子数为30×4=120

传热管排列和分程方法

每程内按正方形排列。取管心距

隔板中心到离其最近一排管中心距离计算

各程相邻管的管心距为36mm

位于管束中心线上的管束 壳体内径内内径

采用多管结构，壳体内径可估算。取管利用率 ，则壳体内径为

192mm mm Φ⨯i d =0.015m o d =0.019m m

m

s 227.79

=30

995.50.015 1.5

4

4

i q q N Au

d u

π

π

ρρ

=

==

⨯

⨯⨯15.5

8.66300.019s o

S L m

N d ππ=

=

=⨯⨯估 1.25 1.251923.7524t O P d mm

==⨯=≈24

661822

t P Z mm =

+=+=0.75η

=9.22

c n ==

D =1.05P t √n η

=1.05×24×√

120

0.75

=318mm 取为350mm

按卷制壳体的进级挡，可取D=350mm 壳体厚度b 取10mm D=350mm,

碳钢

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25%，则切去的圆缺高度为

h =0.25×350=87.5mm

故可以取h =90mm 取折流挡板间距，则 B =0.5×350=175mm 可取B 为175mm 。 折流挡板数目

N B =传热管长

折流板间距

−1=2000

175−1=11

（5）接管

壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为 1m/s ，则接管 内径为

管程流体进出口接管：取接管内液体流速 =2.4m/s ，则接管内径为

可取管内径为65mm 。

0.5(0.2)B D D B D =<<1u

=10.06D m =

==2

u

20.065D m

=

=外径