冷凝器计算书

正戊烷立式管壳式冷凝器的设计

一.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。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。

管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大,换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

（1）合理地实现所规定的工艺条件；

（2）结构安全可靠；

（3）便于制造、安装、操作和维修；

（4）经济上合理。

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等

工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝

汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。

由于制造

工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。

二.确定设计方案，绘制工艺流程图

选用卧式固定管板式换热器，且循环冷却水走管程，正戊烷走壳程，有利于正戊烷的散热和冷凝。

流程图如下：

三.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 301°=t ，出口温度为C 40o 2=t 循环水的定性温度为()C

352/4030ο=+=m t 两流体的温差C 50C οο<=−=−86178433751...t T m m ，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

物性

流体

温度℃密度kg/m3粘度mPa·s 比热容kJ/(kg·℃)

导热系数W/(m·℃)正戊烷525960.18 2.340.157循环水35

994

0.725

4.08

0.626

2.估算传热面积（1）计算热负荷

1s m =4710×/(300×24)=5555.6kg/h kW 3.5363600/5.3476.55551=×==r m Q s （2）冷却水用量

2s m =t c p ∆2/Q =536.3/4.08×(40-30)=13.2kg/s （3）计算有效平均温度差

逆流温差()()()()[]

C 5.164052/3052ln 40523052,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：

C

W/m 8502°⋅=K （5）估算换热面积

2

3

`

38.2m 16.5

850103.536K A =××=∆=，逆m p t Q 3.工艺尺寸计算（1）管径和管内流速

选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速

u 1=1.0m/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 =

433.420

.102.0785.0994

/2.134

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 1243

025.014.338.2

≈××=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=3m，则该换热器的管程数为

p n =

43

12

==l L 传热管总根数

t n =43×4=172(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=

45

.030

5230

40=−−单壳程，双管程结构，查得

0.1=∆t ε平均传热温差

16.516.51.0=×=∆=∆∆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 T 526.77.0/1723205.1/=×=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

187.1722219.119.1≈=×==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……………………38.2m

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