化工原理 换热器设计.doc

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2、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52，蒸发潜热为83kcal/kg3)冷却剂：自来软水，进口温度出口温度（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

3、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-17-3.1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-17-设计流程图确定物性常数，热负荷、冷却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间①估计传热总数，计算传热面积初值计算②选择传热管参数，并计算管程相应参数计算值与假定值相差较大③估计冷凝给热系数计算值与假定值相差较大④压降

4、大于设计压力裕度过大或过小核算冷凝给热系数计算管内给热系数⑤总传热系数核算⑥计算值与假定值相差不大折流板计算⑦壳侧压降和管侧压降计算，并与设计压力比较⑧压降小于设计压力裕度系数校验考虑夏冬季的温度差异，改变冷流体进口温度裕度合适⑨计算换热器其余零件⑩确定换热器基本尺寸-17-工艺流程图l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）循环水的定性温度：入口温度为，出口温度为循环水的定性温度为两流体的温差，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

5、数W/(m·℃)正戊烷525960.182.340.157循环水32.59940.7254.080.626-17-2.估算传热面积（1）计算热负荷=6/(30024)=8333.3kg/h=2.31kg/s（2）冷却水用量==804.3/4.08(40-25)=13.1kg/s（3）计算有效平均温度差逆流温差（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u1=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

6、热管数=(根）按单程管计算，所需的传热管长度为L=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）-17-（3）平均传热温差校正及壳程数:平均温差校正系数有:R=P=单壳程，双管程结构，查得平均传热温差℃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（根）卧式固定管板式换热器的规

7、格如下：公称直径D…………………………600mm公称换热面积S……………………66.8m2管程数…………………………4管数n………………………………212管长L………………………………4.5m管子直径……………………………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。-17-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（

8、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-17-管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻计算，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，这与假设相差不大，可以接受。核算流型-17-冷凝负荷（符合层流假设）6.压降校核（1）计算管程压降（结垢校正系数，管程数，壳程