化工原理 换热器设计.doc

|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/kg
3)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
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
设计流程图
工艺流程图
?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·℃)
导热系数
W/(m·℃)
正戊烷
52
596
0.18
2.34
0.157
循环水
32.5
994
0.725
4.08
0.626
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)
(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。
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
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
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,壳程数)
取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则,而,于是
对的管子有
<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
0.5×0.335