正戊烷冷凝器的设计.doc

课程设计说明书学 院： 生态与资源工程学院 专业班级： 2011级化学工程与工艺(2)班 课程名称： 化工原理课程设计 题 目： 正戊烷冷凝器的设计 学生姓名： 学号： 20114121023 指导老师： 2014年6月目录1、设计任务书31.1设计任务:31.2操作条件31.3设计内容31.4设计说明书的内容31.5设计图要求32、主要设备设计计算和说明42.1 确定流体流动空间42.2 计算流体的定性温度，确定流体的物理性质42.2.1正戊烷液体在定性温度（51.7）下的物性数据42.2.2.自来水的定性温度42.3估算传热面积42.3.1计算热负荷42.3.2冷却水用量52.3.3计算有效平均温度差52.3.4选取经验传热系数K值52.3.5估算换热面积52.4工艺尺寸计算52.4.1管径和管内流速52.4.2管程数和传热管数52.4.3平均传热温差校正及壳程数62.4.4壳体内径62.4.5折流板62.4.6拉杆直径72.4.7壳程流通截面积和壳程流体流速72.4.8 接管72.5初选换热器规格72.6.面积核算82.6.1壳程表面传热系数82.6.2管内表面传热系数.82.6.3污垢热阻和管壁热阻92.6.4 传热系数92.6.5传热面积裕度92.7.核算壁温92.8.压降校核102.81计算管程压降102.8.2计算壳程压降103.换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表124.参考文献131、设计任务书1.1设计任务:正戊烷冷凝器的设计1.2操作条件 a）处理能力： 2.5104吨/年 b）设备型式: 列管冷凝器 c）操作条件：正戊烷：冷凝温度为51.7，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器； 冷却介质：自来水，入口温度：30，出口自选（南平地区）；允许压降：105Pa，每年工作时间自定。 1.3设计内容a) 设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述, 设计过程中自选的参数也应进行必要的说明。b)冷凝器的工艺计算：物料衡算和能量衡算，确定换热器的传热面积，换热器的主要结构尺寸的设计计算。c)主要辅助设备的设计与选型计算d)绘制换热器的设备图（参考化工AutoCAD制图应用基础第122页陈声宗化工设计第四章的要求绘制）e)编制设计说明书1.4设计说明书的内容（1）课程名称、首页、目录及页码； （2）简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等； （3）热量衡算及初步估算换热面积； （4）冷凝器的选型及流动空间的选择； （5）工艺流程图； （6）冷凝器的校核计算； （7）结构及附件设计计算； （8）冷凝器的主要数据一览表； （9）设计结果评价； （10）附立式列管冷凝器总装图。1.5设计图要求 A2图纸绘制冷凝器装配图一张、两个局部放大图。CAD图自由选做1-2个部件。2、主要设备设计计算和说明2.1 确定流体流动空间冷水走管程，正戊烷走壳程，有利于正戊烷的散热和冷凝。2.2 计算流体的定性温度，确定流体的物理性质221.正戊烷液体在定性温度（51.7）下的物性数据=596kg/，2.22.自来水的定性温度入口温度=30，设出口温度为36，每年工作时间为330天，每天工作24h。Ms1=2.5107/33024=3156.57kg/h=0.877kg/s ms2=12.17kg/s自来水的定性温度为两流体的温差，故选固定管式换热器。 两流体在定性温度下的物性数据见下表流体温度/密度/(kg/)黏度比热容热导正戊烷51.75960.182.340.157自来水339950.75234.1740.62652.3估算传热面积2.3.1计算热负荷 2.32冷却水用量 =304.7575/（4.174（36-30）=12.170kg/2.3.3计算有效平均温度差 正戊烷 51.751.7 冷却水 30 36 21.7 15.7 2所以 = 2.3.4选取经验传热系数K值 根据管程走冷却水，壳程走正戊烷，总传热系数K现暂取：总传热系数K值可取470至815，可暂取 2.3.5估算换热面积2.4工艺尺寸计算2.4.1管径和管内流速 选用252.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 u1=1.0m/s。2.4.2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=3.0m，则该换热器的管程数为=传热管总根数 N=394=156(根）2.4.3平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数: 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。2.4.4壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按下式估算。 2.4.5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25%，则切去的圆缺高度为h=0.25500=125mm。取折流板间距B=0.3D，则B=0.3500=150mm折流板数 N=传热管长/折流板间距-1=3000/150-1=19（块）折流板圆缺水平面安装2.4.6拉杆直径拉杆直径为=12mm ,壳程入口应设置防冲挡板2.4.7壳程流通截面积和壳程流体流速壳程流通截面积壳程流体流速2.4.8 接管a 壳程接管 进口接管 取接管内蒸汽流速为10m/s,则接管内径mm出口接管 取结管内的液体流速为1.5m/s，则接管内径 b 管程水进出口接管 取接管内水流速为1m/s,则接管内径 2.5初选换热器规格立式固定板式换热器的规格如下：公称直径D：500mm 管长L：3.0m公称换热面积A：28.099 管子直径：25mm 2.5mm管程数： 4 管子排列方式：正三角形管数：156换热器的实际换热面 2.6.面积核算2.6.1壳程表面传热系数现假设管外壁温tw=32 则冷凝液膜的平均温度为，在此温度下的物性沿饱和温度51.7摄氏度下的数据 故2.6.2管内表面传热系数. 管程流体流通截面积管程流体流速 普朗特数 2.6.3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，碳素钢在该条件下的热导率为w/(mK)。2.6.4 传热系数 所选用换热器的安全系数为(516.43-458.9)/458.9=12.54%表明该换热器的传热面积裕度符合要求。2.6.5传热面积裕度 可得所计算传热面积Ap为2.7.核算壁温 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基本一致，可以接受。 2.8.压降校核2.81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 故, 管程压降在允许范围之内。2.8.2计算壳程压降 按式计算 , , .15流体流经管束的阻力管子为正三角形排列 F=0.5 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 取 当 0.50.69114(19+1)=228.351Pa流体流过折流板缺口的阻力 , B=0.150m , D=0.500m总阻力 由此可知，所设计换热器合适。3.换热器主要工艺结构参数和计算结果一览表参数管程壳程流率kg/h438123156.57温度（进/出)/30/3651.7/51.7 物性参数定性温度/3351.7密度/(kg/m3)995596比热容/kJ/kg/）4.1742.34黏度/mPas0.75230.18热导率/W/(m)0.6260.157普朗特数6.6624 设备结构参数型式固定管板式台数1壳体内径/mm500壳程数1管子规格25mm2.5mm管心距/mm32管长/mm3000管子排列正三角形管子数目/根156折流板数/块19传热面积/m235.5134折流板距/mm150管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)10.089传热膜系数/W/(m2)530934798.59污垢热阻/(m2/W)0.0001720.000172热负荷/Kw304.76传热温差/18.7传热系数/W/(m2)516.43裕度/%12.544