化工原理 换热器设计-18页文档资料

|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

/1.134

2

2

≈⨯⨯=

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 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

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。