化工原理 换热器设计-18页文档资料
2019年化工原理课程设计——换热器的设计.doc
目录一．任务书 (2)1.1.题目1.2.任务及操作条件1.3.列管式换热器的选择与核算1.4．换热器装配图二．概述 (2)2.1.换热器概述2.2.列管式换热器的分类2.3.设计背景及设计要求三．热量设计 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定3.3.确定物性数据3.4.计算总传热系数3.5.计算传热面积四. 机械结构设计 (8)4.1.管径和管内流速4.2.管程数和传热管数4.3.平均传热温差校正及壳程数4.4．管程内径4.5.折流板4.6.接管4.7.管板4.8.换热管4.9.换热管与管板的连接五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.压力降核算六. 辅助设备的计算 (19)七．设计结果表汇 (21)八．参考文献 (21)一.化工原理课程设计任务书1.1.题目煤油冷却器的设计1.2.任务及操作条件1.2.1处理能力：12.8×104吨/年煤油1.2.2.设备形式：列管式换热器1.2.3.操作条件(1).煤油：入口温度140℃，出口温度40℃(2).冷却介质：工业硬水，入口温度20℃，出口温度40℃(3).允许压强降：不大于100kPa(4).煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃)(5).每年按330天计，每天24小时连续运行1.3.列管式换热器的选择与核算1.3.1.传热计算1.3.2.管、壳程流体阻力计算1.3.3.管板厚度计算1.3.4.管壳式换热器零部件结构1.4.换热器装配图（见附图）二.概述2.1.换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。
化工原理课程设计换热器资料课件
实例分析过程展示
换热器类型的选择
设计参数的确定
热力计算与校核
结构设计与优化
根据工艺条件和设计要求，选 择合适的换热器类型，如管壳 式换热器、板式换热器等。
确定换热器的设计参数，包括 流体的进出口温度、流量、压 力降等。
启动前的准备
检查换热器及其附属设备是否完好，确保无泄漏、无堵塞；检查各 阀门开闭状态，确保流程畅通。
启动与运行
按照操作规程逐步启动换热器，观察并记录各项运行参数，如温度、 压力、流量等；及时调整操作参数，确保换热器在最佳工况下运行。
停机与维护
按规程逐步停止换热器运行，进行必要的维护和保养；记录停机原因 和时间，为下次启动提供参考。
根据传热面积和换热器结构，确定管 数和排布方式，以优化换热器的性能 和降低成本。
换热器材料的选择
根据工艺条件、操作温度和压力等因 素，选择合适的换热器材料，以确保 换热器的安全性和耐久性。
04
换热器材料选择与加工制 造
换热器材料的选择原则
耐腐蚀性
根据工艺流体的性质，选择能够抵抗腐蚀的 材料，如不锈钢、钛及钛合金等。
常见故障类型及处理方法
泄漏
发现泄漏应立即停机检查，找出泄漏点并进行修复；若泄漏严重，需 更换密封件或紧固件。
堵塞
换热器堵塞会导致流量减少、压力升高，需及时停机清洗；根据堵塞 原因选择合适的清洗方法，如化学清洗、机械清洗等。
结垢
结垢会影响换热效率，需定期进行清洗和除垢；对于严重结垢的换热 器，可考虑采用化学清洗或高压水枪清洗等方法。
提高分析、解决问题的能力， 培养创新意识和团队协作精神。
化工原理 换热器设计
化工原理换热器设计1. 引言换热是化工过程中常见的操作，它在化学反应、能量转换等方面起着重要作用。
换热器作为一种重要的设备，被广泛用于化工生产中的热交换过程。
本文将介绍换热器的基本原理，并重点讨论换热器设计中的一些关键要点。
2. 换热器的分类根据换热介质的传热方式以及设备的结构形式，换热器可以分为多种类型。
常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等。
下面将对其中的壳管式换热器进行详细介绍。
2.1 壳管式换热器壳管式换热器由一个外壳和一个或多个管子组成。
其中，一个介质流经管子，另一个介质流经外壳，通过管壁进行传热，以实现热量的交换。
壳管式换热器有着结构简单、热交换效率高等优点，在化工生产中应用广泛。
3. 换热器设计参数在进行换热器设计时，需要确定一些关键的参数，包括传热面积、传热系数、流体流量、温度差等。
下面将对这些参数的计算方法进行介绍。
3.1 传热面积（A）传热面积是换热器设计的重要参数之一，它决定了单位时间内传热的能力。
传热面积的计算方法根据不同的换热器类型略有差异，一般可以通过经验公式或者换热器设计手册来确定。
3.2 传热系数（U）传热系数是描述换热器传热性能的参数，它表示单位时间内通过单位面积传递的热量。
传热系数的计算方法也有多种，一般需要根据具体的传热器结构和工艺参数进行计算。
3.3 流体流量（Q）流体流量是指单位时间内流经换热器的流体量，它是换热器设计的重要参考依据。
流体流量的计算方法根据具体的工艺流程和换热器结构来确定。
3.4 温度差（ΔT）温度差是指介质进出口温度之间的差值，它是换热器设计中的关键参数之一。
温度差的大小直接影响换热器的传热效果和能量利用率，需要根据具体的工艺要求和换热介质特性来确定。
4. 换热器设计步骤换热器的设计一般包括以下几个步骤：4.1 确定换热器类型和结构根据具体的工艺要求和换热介质特性，选择合适的换热器类型和结构。
4.2 确定设计参数根据工艺流程和换热介质的特性，确定换热器设计所需要的参数，包括传热面积、传热系数、流体流量、温度差等。
化工原理课程设计——换热器的设计word资料16页
目录一．任务书 (2)1.1.题目1.2.任务及操作条件1.3.列管式换热器的选择与核算1.4．换热器装配图二．概述 (2)2.1.换热器概述2.2.列管式换热器的分类2.3.设计背景及设计要求三．热量设计 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定3.3.确定物性数据3.4.计算总传热系数3.5.计算传热面积四. 机械结构设计 (8)4.1.管径和管内流速4.2.管程数和传热管数4.3.平均传热温差校正及壳程数4.4．管程内径4.5.折流板4.6.接管4.7.管板4.8.换热管4.9.换热管与管板的连接五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.压力降核算六. 辅助设备的计算 (19)七．设计结果表汇 (21)八．参考文献 (21)一.化工原理课程设计任务书1.1.题目煤油冷却器的设计1.2.任务及操作条件1.2.1处理能力：12.8×104吨/年煤油1.2.2.设备形式：列管式换热器1.2.3.操作条件(1).煤油：入口温度140℃，出口温度40℃(2).冷却介质：工业硬水，入口温度20℃，出口温度40℃(3).允许压强降：不大于100kPa(4).煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃)(5).每年按330天计，每天24小时连续运行1.3.列管式换热器的选择与核算1.3.1.传热计算1.3.2.管、壳程流体阻力计算1.3.3.管板厚度计算1.3.4.管壳式换热器零部件结构1.4.换热器装配图（见附图）二.概述2.1.换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。
化工原理课程设计模板-换热器
化工原理课程设计模板-换热器1. 引言换热器是化工过程中常用的设备之一，其主要功能是在流体之间进行热量传递，以实现温度控制、能量回收等目的。
本文将介绍化工原理课程设计中换热器的设计过程和要点。
2. 设计目标在进行换热器设计之前，首先要确定设计的目标。
设计目标包括但不限于以下几点：•确定需要传热的流体的进口温度和出口温度；•确定传热后流体的温度变化范围；•确定换热器的热传导面积；•确定换热器的传热系数。
3. 设计步骤换热器的设计过程可以分为以下几个步骤：3.1 确定流体的性质参数在设计换热器之前，需要明确流体的性质参数，包括流体的密度、比热容以及传热系数等。
这些参数可以通过实验测定或者查阅相关文献获得。
3.2 计算流体的传热量根据热传导定律，可以计算流体的传热量。
传热量的计算公式如下：Q = m * c * ΔT其中，Q表示传热量，m表示流体的质量，c表示流体的比热容，ΔT表示流体的温度变化。
3.3 确定换热器的传热面积根据热传导定律，可以计算换热器的传热面积。
传热面积的计算公式如下：A = Q / (U * ΔTlm)其中，A表示传热面积，U表示换热器的传热系数，ΔTlm表示对数平均温差。
3.4 选择换热器的类型和结构根据设计要求和实际情况，选择合适的换热器类型和结构。
常见的换热器类型包括管壳式换热器、板式换热器等。
3.5 进行换热器的细节设计在确定了换热器的类型和结构之后，进行换热器的细节设计，包括管道的布置、流体的流动方式以及换热器的材料选择等。
3.6 进行换热器的性能评价完成换热器的设计之后，进行性能评价，验证设计结果是否满足设计目标。
性能评价主要包括换热器的传热效率、压降以及经济性等方面。
4. 实例分析下面通过一个实例来说明换热器的设计过程。
实例：管壳式换热器假设需要设计一个管壳式换热器，用于将流体A的温度从40℃降至20℃，同时将流体B的温度从70℃升至90℃。
根据设计要求，我们可以计算出流体A和流体B的传热量，然后根据对数平均温差计算出传热面积，从而确定换热器的尺寸。
化工原理课程设计说明书换热器的设计共31页word资料
中南大学化工原理课程设计2019年01月22日目录一、设计题目及原始数据（任务书） (3)二、设计要求 (3)三、列环式换热器形式及特点的简述 (3)四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8)五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热面积、压强降等等） (10)①物性数据的确定 (14)②总传热系数的计算 (14)③传热面积的计算 (16)④工艺结构尺寸的计算 (16)⑤换热器的核算 (18)六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22)七、主体设备计算及其说明 (22)八、主体设备装置图的绘制 (33)九、课程设计的收获及感想 (33)十、附表及设计过程中主要符号说明 (37)十一、参考文献 (40)一、设计题目及原始数据（任务书）1、生产能力：17×104吨/年煤油2、设备形式：列管式换热器3、设计条件：煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C允许压强降：不大于105Pa每年按330天计，每天24小时连续运行二、设计要求1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。
一剖面图，两个局部放大图。
设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。
）三、列环式换热器形式及特点的简述换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
化工原理课程设计换热器《化工原理课程设计》报告换热器的设计
化工原理课程设计换热器《化工原理课程设计》报告换热器的设计《化工原理课程设计》报告换热器的设计目录概述1.1.换热器设计任务书 - 4 -1.2换热器的结构形式 - 7 -2.蛇管式换热器 - 7 -3.套管式换热器 - 7 -1.3换热器材质的选择 - 8 -1.4管板式换热器的优点 - 9 -1.5列管式换热器的结构 -10 -1.6管板式换热器的类型及工作原理 -11 -1.7确定设计方案 -12 -2.1设计参数 -12 -2.2计算总传热系数 -13 -2.3工艺结构尺寸 -14 -2.4换热器核算 -15 -2.4.1.热流量核算 -16 -2.4.2.壁温计算 -18 -2.4.3．换热器内流体的流动阻力-19 -概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
35％～40％。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。
换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。
换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。
其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式等），如表2-1所示。
表2-1 传热器的结构分类类型特点间壁式管壳式列管式固定管板式刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板面式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板式可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能平板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触蓄热式换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。
化工原理课程设计__换热器
一、设计任务书 二、确定设计方案选择换热器的类型本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。
本次设计条件满足第②种情况。
另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。
采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。
本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R 钢)。
流动方向及流速的确定本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。
热空气和冷却水逆向流动换热。
根据的原则有：（1）因为热空气的操作压力达到，而冷却水的操作压力取，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。
（3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。
查阅《化工原理（上）》P201表4－9 可得到，热空气的流速范围为5～30 m ·s -1；冷却水的流速范围为～ m ·s -1。
本设计中，假设热空气的流速为8 m ·s -1，然后进行计算校核。
安装方式冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。
三、设计条件及主要物性参数设计条件空气水注：要求设计的冷却器在规定压力下操作安全，必须使设计压力比最大操作压力略大，本设计的设计压力比最大操作压力大。
确定主要物性数据3.2.1定性温度的确定可取流体进出口温度的平均值。
管程气体的定性温度为95242148=+=T ℃壳程水的定性温度为2923325=+=t ℃3.2.2流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据，查阅《化工原理（上）》P243的附录六：干空气的物理性质（）和P244的附录七：水的物理性质。
化工原理课程设计课件换热器
换热器中冷、热流体的温度通常都由工艺条件规 定，但在某些情况下则需在设计时加以确定。例 如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可根据 当地气温条件作出估计(已给)，而冷却水的出口 温度由设计者确定。
一般来说，可采用冷却水的进、出口温差为 5~15℃。
2. 确定冷却水用量
由热量衡算：Q热=Q冷+Q损
式中Q损=(3-5%
)Q 化工原理课程设计课件换热器
热
Q冷= w水C水（t2-t1） Q热=w热C热（T1-T2）
w 水C Q 水 （ 热 t2Q -t损 1)?kg /s?m 3/h
3、计算热负荷Q ′
由于热流体走壳程，热损失不经过传热面积，
★具有补偿圈的固定管板式换热器
膨胀节结构 化工原理课程设计课件换热器
列管式换热器型式的选择
★（ 2） U型管式换热器 ❖结构特点：换热器中化的工原理每课程根设计管课件换子热器都弯制成U形，
进口、出口分别安装在同一管板的两侧，由于仅 一块管板，管子在受热或冷却时可以自由伸缩。
（ 2） U型管式换热器
换热器设计主要内容
1
设计方案的确定 化工原理课程设计课件换热器
2
工艺设计计算
3
结构设计及选型
4
绘制装置图
5
撰写说明书
一.设计方案的确定
设计方案确定内容: 化工原理课程设计课件换热器 工艺过程及流程简介(流程图) 换热器类型、型式的选择； 换热器放置方式的选择； 流体流道的选择； 流体流速的选择 冷却剂(水)出口温度的确定等。
7、选择管径、管长,确定换热管数目 (参化原）
我国列管式换热器标化准工原理中课程常设计用课件换的热器钢管规格（外壁 ×壁厚）有：φ19×2；φ25×2.5； φ38×2.5等。
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器
本文设计一个换热器，实现化工过程中的能量传递。
换热器是一种常见的设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。
首先，我们确定了换热器的工作原理和基本要求。
换热器采用了壳程和管程的设计，分别由外壳和管束组成。
热量通过管道中的热媒体流经管程，然后从外壳中的流体中吸收或释放热量。
接下来，我们选择了适用于该化工过程的换热介质。
在这个设计中，我们选择了水作为热媒体，因为水具有良好的热传导性能和可用性。
基于化工过程的热量需求，我们确定了换热器的热负荷。
热负荷是指单位时间内所需传递的热量。
我们计算了化工过程中的热负荷，并据此确定了设计换热器所需的换热面积。
为了提高换热效率，我们设计了合理的流体流动方式。
流体在外壳和管道中的流动方式可以影响换热器的传热性能。
我们通过合理设计管程和外壳的结构，以及选择合适的流道形式，来确保流体在换热器中的流动均匀且高效。
此外，我们还考虑了换热器的传热方式。
换热器可以通过对流、传导和辐射等方式进行传热。
根据化工过程的要求，我们选择了对流传热作为主要的传热方式。
最后，我们综合考虑了换热器的选材、工艺要求和安全性能。
我们选择了具有良好耐腐蚀性和导热性能的材料，并按照化工
过程的要求进行工艺设计。
在设计过程中，我们还充分考虑了换热器的安全性能，包括压力、温度和材料的选择等因素。
综上所述，本文设计了一个换热器，包括工作原理、基本要求、换热介质、热负荷、流体流动方式、传热方式、材料选材和安全性能等内容。
该设计旨在满足化工过程中的能量传递需求，并提高传热效率和安全性能。
化工原理换热器设计
化工原理换热器设计化工原理换热器设计换热器是一种用于加热、降温、密闭蒸发及真空加热干燥等工艺的热交换设备，广泛应用于化工、制药、食品、能源等行业。
在化工生产中，换热器的选型和设计是关键步骤，它能够对生产过程中的能源消耗、产品质量和安全生产产生极大的影响。
一、换热传热原理对于换热器而言，传热是其中最核心的原理。
换热器常用的传热方式有三种：对流、传导和辐射。
在化工过程中，主要采用对流传热方式，即通过流体间热量的传递来进行换热。
同时，设计中还需要考虑到热传导、影响换热效果的温度、流速、密度、热容等物理量，以及流体本身的性质。
二、换热器类型和结构换热器的类型和结构有很多种，根据传热方式的不同可以分为管壳式、板壳式和实心管式等。
其中，管壳式换热器是最常见的一种类型，通常由套管、管子和管板等组成。
套管是换热器的外壳，一般用钢板、铝合金等制成，套管的内部是一组纵向安装且参差不齐的管子，管板则用来固定管子并将其分组。
三、化工原理换热器设计要点1. 选取合适的传热面积在换热器的设计中，传热面积是十分重要的参数之一，不仅影响换热器的传热效率，而且直接影响其尺寸和重量。
所以需要根据具体工艺流程的要求，选择合适的表面积，以达到工艺流程的要求。
2. 制定合理的流动方案流量对于换热器的传热效率也有着极大的影响，因此，需要制定合理的流动方案，避免流体产生剧烈的流动过程，以做到最小的传质阻力。
3. 合理选择材质基于化工领域的产品多变性与毒性，需要选择合理的材质进行制造，在保证产品质量和腐蚀性的前提下，可以选择不同种类的金属材料。
4. 合理设计换热器管子结构在进行换热器设计时，需要注意管子设计的合理性，以避免产生过大的压降和传热不均的情况，同时，管子的连接方式和防止泄露的措施也需要斟酌。
5. 充分考虑安全因素工业生产中关于安全问题的考虑，不能仅仅局限于工艺生产过程中，对于换热器的选型排除并发生的安全风险，更应该谨慎。
综上所述，换热器在化工领域中起着重要的作用，设计人员可以根据自己实际的需求和知识技能，选择适当的换热器类型，根据传热原理结合热力学理论和操作经验，进行合理设计来达到更好的生产效益。
换热器设计实例PPT课件
236.6
237 （根）
按单管程计算所需换热管的长度
L S
211.2
11.4m
2021/5/19
nsdo 237 3.14 0.025
5/42
第5页/共18页
按单管程设计，传热管过长，现取传热管长 l 6m ，则该换热器
的管程数为
N
p
L l
11.4 6
（2 管程）
传热管的总根数 N 237 2 474（根）
0.020 0.143 825 0.000715
3300
Pro
2220 0.000715 0.14
11.34
o
0.36
0.14 0.020
33000.55
11.341
/
3
1
487.7W/m 2
C
2.管程对流给热系数
管程流通截面积
i
0.023 i
di
di
ui i
i
0.8
cpi i i
0.4
Si 0.7850.0202 474 / 2 0.07442m2
管程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为
ui
36.93 / 994 0.07442
0.499m/s
Rei
0.020 0.499 994 0.000728
13633
2021/5/19
Pri
4174 0.000728 0.626
4.854
11/42
第11页/共18页
i
0.023 i
di
di
ui i
i
0.8
该换热器的实际换热面积
Sp doLN nc 3.14 0.025 6 0.060 474 26 208.9m2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
|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/cm2，其饱和温度为52C ︒，蒸发潜热为83kcal/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 裕度压降热力学计算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 5.322/4025ο=+=m t两流体的温差C 50C 5.195.3252οο<=-=-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 （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,ο=-----=∆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： （5）估算换热面积 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 =538.002.0785.0994/1.13422≈⨯⨯=ud Vi π(根） 按单程管计算，所需的传热管长度为 L=m n d A so p1653025.014.366.8≈⨯⨯=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 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=0P=55.025522540=--单壳程，双管程结构，查得平均传热温差 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=120mm 。
取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3*600=180mm ，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 （2）管内表面传热系数.， 有 管程流体流通截面积 管程流体流速 普朗特数（3）污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻 W /C 172000.0O 2⋅=m R so 管内侧污垢热阻W /C 21000.0O 2⋅=m R si管壁热阻计算，碳钢在该条件下的热导率为50.29w/(m ·K)。
所以（4） 传热系数K 依式3-21有（5）传热面积裕度 :可得所计算传热面积Ap 为该换热器的实际传热面积为c A 该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
5.壁温核算与冷凝液流型核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似计算公式计算 C 2.39︒=w t ，这与假设相差不大，可以接受。
核算流型 冷凝负荷s kg/m 139.0212025.014.33600/3.8333⋅=⨯⨯==b m M s 1800767000725.0139.044Re <=⨯==μM（符合层流假设）6.压降校核（1）计算管程压降()s p t i N N F p Δp Δp Δ21+=∑（t F 结垢校正系数，p N 管程数，s N 壳程数）取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm ，则005.0/=d e ，而21662Re =i ，于是 对mm 5225.φ⨯的管子有1,2,5.1===s p t N N F 且()()Pa 2.9495125.11.862230321=⨯⨯⨯+=∆+∆=∆∑s p t iN N F p pp <30KPa故, 管程压降在允许范围之内。
（2）计算壳程压降 按式计算流体流经管束的阻力 F=0.5 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 取s u o /m 10==∆o p 0.5×0.335×16.01×(22+1)×21076.42⨯=14679Pa流体流过折流板缺口的阻力2)25.3(2o B i uD B N p ρ-=∆ , B=0.2m , D=0.6m942921076.4)6.02.025.3(142=⨯⨯⨯-⨯=∆i p Pa 总阻力 =∆s p 14679+9429=24108Pa<30KPa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。
结构设计1.冷凝器的安装 （1）采用卧式换热器卧式换热器相对立式换热器，其占地面积虽然大一些，但其传热系数高，不易积气，易于安装和维修等 。
为了减少液膜在列管上的包角及液膜的厚度，管板在装配时留有1%左右的坡度，或 者将其轴线与设备水平线偏转一定的角度α，其计算公式为：得：o 739.0arcsin 30=-=α（2）随蒸汽冷凝，流通截面积逐渐缩小，以保持蒸汽的流速。
（3）冷凝器的组合方式：单台。
（4）冷凝器内部安装折流板在对流传热的换热器中，为了加强壳层流动的速度和湍流程度，以提高传热效率，再在壳层内可安置折流板，折流板还起支撑的作用。
（5）通入蒸汽前要用一排气管排出里面的空气和不凝气，但传热冷凝过程中必须关闭。
2.管子的设计（1）采用光滑管光滑管结构简单，制造容易。
缺点是它强化传热的性能不足。
为了提高换热器的传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。
（2）选用mmΦ 的管子。
25.52（3）管长我国生产的无缝钢管长度一般为6m，故系列中换热管的长度分为1.5，2,3,4.5,6 米几种，本设计中采用4.5米长的管子。
（4）管子的排列形式管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。
a.正三角形错列b.正方形直列c.正方形错列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。
而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。
以上排列方式中最常用的是正三角形错列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。
本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。
（5）管数标准管数为212根。
3.管心距的设计：mm=t32采用胀接法固定时，管心距过小会造成胀接在挤压作用下发生变形，失去管子与管板之间的连接力。
故采用焊接法。
根据经验公式：隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相邻管的管心距为=244㎜。
S4.管板的设计（1）管板的作用：固定作为传热面的管束，并作为换热器两端的间壁，将管程流体分隔开来。
（2）管板上的管孔数：即为壳体中的传热系数（包括圆缺形板区安置的）。
（3）管板上的孔间距不宜过大，避免布管疏松，不利传热；也不宜过小，避免焊接时引起较大的应力，影响焊接质量，另外也不利于清扫壳程管束。
（4）管板与壳体连接采用不可拆式，即直接焊在壳体上，稍微延伸，兼作法兰，便于对胀口进行检查和维修以及清洗管子。
（5）管板直径与厚度管板与壳体直径应保持一致。
管板厚度与材料强度，介质压力，温度和压差，温差以及管子和外壳的固定方式和受力因素有关。
对于管子与管板胀接时，为保证胀接的可靠性，管板的最小厚度为0.75o d 。
管子与管板焊接时，由于焊接可以达到甚至超过管子本身的强度，只要管子强度足够，管子厚度可不受限制，而由焊接工艺及焊接变形等要求来确定。
本设计中选用由于管子与管板采用 mm C d o 75.2242575.075.0T =+⨯=+=，但焊接式，故取mm 22T =。
（6）采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。
（7）管子在管班上的固定方法，必须保证管子和管板连接牢固，不会在连接处产生泄漏。
连接方式一般有三种：胀接法，焊接法，胀焊并用法；一般采用的事胀接法和焊接法。
由于焊接法在高温高压下仍能使用，保持连接的紧密性，管孔加工要求低节约空的加工工时，同时焊接工艺比胀接工艺简单等优点，故本设计中采用焊接法。
根据标准规定，管子外径为25mm 时，管板孔的直径为25.8mm,允许偏差mm 2.0±；相邻孔中心距32mm ，管孔中心距偏差：相邻孔间mm 3.0±，任意孔间mm 1.0±；支撑板孔直径25.6mm,允许偏差mm 4.0±。
管子露出管板的长度2l ，采用1.5mm 。
5.折流板设计（1）采用圆缺形性折流板。
（2）圆缺形折流板在卧式换热器中的排列分为圆缺上下方向和圆缺左右方向两种。