化工原理课程设计冷凝器的设计

1、广西钦州学院 化工原理课程设计 设计题目：6000t乙醇水分离精馏塔冷凝器的设计 指导教师：郝媛媛 设计者：韦柳敏 学号：1149402102 班级：食品本111班 专 业：食品科学与工程 设计时间：2014年6月15日 Word资料 目录 1. 设计任务书及操作条件2 设计任务2 设计要求2 设计步骤2 设计原则2 2. 设计方案简介3 3 .工艺设计及计算 4 确定设计方案 4 确定定性温度、物性数据并选择列管式换热器形式 4 计算总传热系数 4 工艺结构尺寸6 4换热器的核算9 热量核算 9 传热面积9 换热器流体的流动阻力 10 设计结果一览表11 5. 主要符号说明12 6. 设计的

2、评述 13 1设计任务书及操作条件 设计任务： 1）生产能力：833.33kg/h 2）乙醇从78.23 C降到40 C 3）冷却水进口： 30 C 4）冷却水出口： 40 C 设计要求： 1）设计一个固定管板式换热器 2）设计容要包含 a）热力设计 b）流动设计 c）结构设计 d）强度设计 设计步骤 1）根据换热任务和有关要求确定设计方案 2）初步确定换热器的结构和尺寸 3）核算换热器的传热面积和流体阻力 4）确定换热器的工艺结构 设计原则 1）传热系数较小的一个，应流动空间较大，使传热面两侧的传热系数接近 2）换热器减少热损失 3）管、壳程的决定应做到便于除垢和修理，以保证运行的可靠性 4

3、）应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。从这个角度来讲，顺流式就优于逆流式 5）对于有毒的介质，必使其不泄露，应特别注意其密圭寸性，密圭寸不仅要可靠，而且应要求方便 及简洁 6）应尽量避免采用贵金属，以降低成本 .页脚. 2设计方案简介 根据任务书给定的的冷热流体的温度，来选择设计一个合适的列管式换热器；再依据冷热流体的性质, 判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。从手册中查得冷热流体的物性数据，计算出总传热 系数，再计算出传热面积。根据管径管流速，确定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等等。然后校 正传热温差以及壳程数，确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤计算出壳体径，

4、选择折流板，确 定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的径。分别对换热的流量，管程对流系数，传热系数，传热面 积进行核算，再计算出面积域度，使其在设计围就能完成任务。 页脚. 3工艺设计及计算 确定设计方案 1列管换热器的选择 由于两流体温差小于 50 C且壳方流体不易结垢，因此选择固定管板式换热器。选用$ 25mm x 2.5mm 的碳钢管，管流速取 u = 0.5m/s . 2. 流体流动通道的选择 酒精走壳程，冷却水走管程。冷却水易结垢，走管程易清洗，且冷却水走管程可减少热量损失；酒精 走壳程可利用壳体对外散热，禾U于冷却，同时酒精粘度比较大，当装有折流板时，走管程可在较低的雷诺数 能达

5、到湍流，有利于提高壳程一侧的对流传热系数。 确定定性温度、物性数据并选择列管式换热器形式 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 3040 cl 管程冷却水的定性温度：T35 C 2 壳程乙醇的定性温度为：t 78.23 45 61.62 c 2 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 物性参数 定性温度/ 密度p/ 黏度卩/ 比热容Cp/ 热导率/ c kg/ m3 Pa.s kJ/ (kg. C ) W/ (m. C) 乙醇 61.62 792.7 6 0.595 10 2.30 0.156 冷却水 35 994.0 7.274 10 7 4.174 0.627 计算总传热系数

6、 1.热流量(热量损失 3%): 033 33 Q qmCP1 T1 T83333 2.30 78.23 402.04 104W 3600 热量损失：Q03%Q610.62W 2.平均传热温差 .页脚. tm t1 t2 ln t2 78.23 4040 30 ,78.23 40 In 40 30 21.05 C 3.冷却水用量 Q Q CP2 T2 t1 4.估算总传热系数K 1) 管程传热系数 2.04 104610.62 417440 0.02 0.5 792.7 6 5.95 10 30 1.33 0.47kg / s 106 i0.023Re0.8 di 0.3 CP i 0.023

7、 01561,33 106 0.8 0.02 2.30 360.3 103 0.595 10 6 0.156 3434.31W/ m2 ?o C 2) 壳程传热系数 假设壳程的传热系数 a 0 =300 W/(m2 C) 3) 污垢热阻 2 2 0.00017197m C/W R 0.00034394m C /W 4)管壁的导热系数入=45 W/(m2 C) do idi d bdo di di R。 0.025 3434.31 0.02 3.4394 10 0.025 0.02 0.025 0.025 45 0.025 1.7197 10 1 300 2 O 232.27W/ m ? C 5

8、. 热负荷 QWcCp2 t2 t1 0.47 4.17440-301.98 104W 6. 传热面积 Q K tm 1.98 104 232.27 21.05 2 4.05m 考虑15%到25%的安全系数，设计的实际需要面积: A 1.15 1,25 A 1.15 1.254.054.65 5.06m2 取 A=5m 2。 工艺结构尺寸 1管径和管流速 选用0 25 X 2.5传热管（碳管），取管流速0.5m/s 。 2管程数和传热管数 1) 依据传热管径和流速确定单程传热管数 qV ns di2u 4 0.47994.0 4 .22 3.013 根 0.5 2) 传热管长度 3) L A

9、_ nd 按单管程设计, 3 0.025 传热管过长, 21.22m 宜采用多管程结构。现取传热管长 l =3.0m，则该换 热器管程数为 Np 7 传热管总根数： 21 22 7.078管程 3 N 3 824 根 0.97 3. 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 R T1 t1 T2 t2 78.23 40 3.82 40 30 t1 t2 40 30 P 0.21 T1 t1 78.23 30 按单壳程，双管程结构，温差校正系数查化工原理（上册）第二版图4-20得: 平均传热温差 tm 0.9721.0520.42 C 4. 传热管排列和分程方法 采用正三角形排列，取管心距

10、t=1.25 do，则 t 1.25 25 31.25 32mm 隔板中心到离其最近一排管中心距离为 t S 6 22mm 2 各程相邻管的管心距：44mm 横过管束中心线管数: nc 1.19 N 1.19 245.85 根。 5. 壳体径 1)采用多管程结构，取管板利用率n =0.7,则壳体径为 D 1.05t i 24 佃 32 屆 196mm 圆整可取D=219mm 6. 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25% ,则切去的圆缺高度为 h 0.25 219 54.75mm,可 h 取为 60mm。 取折流板间距 B = 0.3D，贝U B 0.3 21965.7mm

11、,可取 B 为 70mm 7. 计算壳程流通面积及流速 1) 流通面积 nc 1.19 一 N 1.19、245.83 6 0.219 6 0.0250.0453.015 10 3m2 2)冷却水流速 U0 qm2 36000Ac Cp1qm1 T1 T2 3600 cAcCp2 t2 t1 2.30 833.3378.23 40 3600 994.0 3.105 10 34.17440 30 0.16m/ s 3) 壳程流体进出口接管：取接管乙醇流速为u 0.16m/ s，则接管径为 D1 4 833.333600 792,7 38.21mm 0.16 4) 当量直径 40322 4 .25

12、2 Re Re。 d。 0.027 0.16 994 7.274 10 7 d0u0 c 0.025 0.16 994 7.274 10 7 R热阻，怦/W ; S 传热面积，m2； T热流体温度，C; qm 质量流速，kg /h; 有限差值； 粘度，Pa s; 校正系数。 Pr普郎特系数 K总传热系数，W/m2 C N管数 Q 传热速率，W ; Re 雷诺准数； t 冷流体温度，C； u流速，m/s; 对流传热系数，W/(怦C ); 导热系数，W/(m C ); 密度，kg /m 3; Sp 实际传热面积，m2 n板数，块 qv体积流量m 3/h 6设计的评述 通过翻阅文献资料、上网搜索以及组员间反复讨论与计算，这个换热器的设计终于顺利完成。 本次设计中，在确定了各自的任务后，大家都能够积极投入其中，一起查找有关资料，学会了如何的 分工与协作，更懂得了团队意识的重要性。虽然过程中遇到了一些困难，但是大家都没有退缩，都努力的 寻找解决问题的方法。通过这次课程设计，知道了如何根据工艺过程的条件查找相关重要的资料资料，根 据资料确定主要工艺流程，主要设备，及计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计书 上的参考例题了解到工艺