|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/c ｍ2,其饱和温度为５2C ︒，蒸发潜热为83ｋcａl/kg3) 冷却剂：自来软水，进口温度C 251︒=t 出口温度C 40o 2=t （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裕度过大或过小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）。

，，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 251︒=t ,出口温度为C 40o 2=t 循环水的定性温度为()C 5.322/4025 =+=m t两流体的温差C 50C 5.195.3252 <=-=-m m t T ，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２.估算传热面积 (１)计算热负荷1s m =6710⨯／(300⨯24）=8333.3kg/h=２.３1kg/skW 3.8043600/5.3473.83331=⨯==r m Q s (2)冷却水用量2s m =t c p ∆2/Q =8０4．3/4．08⨯(40-25)=1３．１ｋｇ/s （3）计算有效平均温度差逆流温差()()()()[]C 5.184052/2552ln 40522552, =-----=∆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 6502︒⋅=K (5)估算换热面积23`m 8.6618.5650103.804K A =⨯⨯=∆=，逆m p t Q 3．工艺尺寸计算(1)管径和管内流速 选用Φ25×2．５mm 较高级冷拔传热管(碳钢）,取管内流速 u 1=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 s n =538.002.0785.0994/1.13422≈⨯⨯=ud Vi π(根)按单程管计算，所需的传热管长度为 L=m n d A so p1653025.014.366.8≈⨯⨯=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=4.5m ，则该换热器的管程数为p n =44.516≈=l L 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=0Ｐ=55.025522540=--单壳程，双管程结构，查得 0.1=∆t ε平均传热温差 18.518.51.0=⨯=∆=∆∆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 5847.0/2123205.1/=⨯=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183.1721219.119.1≈=⨯==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 ……………………6６.8m 2 管程数p n …………………………4 管数n ………………………………２12 管长L ………………………………4.５m管子直径……………………………mm 5225.Φ⨯ 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=1２０m ｍ。

取折流板间距B=０.3D,则Ｂ=0.3*６００=180m ｍ，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)壳程表面传热系数错误!未定义书签。

3131322o *Re 51.1g -==）（λρμαα 495.0108.2,4Re ,M t s s N n M Ln m ===μ48.2921208.2495.0=⨯=s n21.0)00018.0148.295.43600/3.83334(51.1)14(51.131311*=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=--μαs Ln m1558])157.081.9596/(00018.0)21.0([])/()([31322331312213*0=⨯⨯==λρμααg (2)管内表面传热系数., 有 4.08.0Pr Re 023.0iii d λα=管程流体流通截面积0166.0421202.0785.02=⨯⨯=i S ）（2m管程流体流速 ﻩs m u i /0.791660.0994/1.13==21662)10725.0/(9940.7902.0Re 3=⨯⨯⨯=-i普朗特数725.4626.010725.01008.4Pr 33=⨯⨯⨯=-C).(/3940.2W 725.42084002.0626.0023.0O 24.08.0m i =⨯⨯⨯=α （3)污垢热阻和管壁热阻 错误!未定义书签。

管外侧污垢热阻 W /C 172000.0O 2⋅=m R so 管内侧污垢热阻W /C 21000.0O 2⋅=m R si管壁热阻计算，碳钢在该条件下的热导率为50．２9w/(m ·Ｋ)。

所以w k m R w /00005.050.290025.02⋅==(4） 传热系数错误!未定义书签。

K 依式3-21有C)(/W 6.69015581000172.00225.0025.000005.0020.0025.000021.0020.03940025.01)1(1O 2⋅=++⨯+⨯+⨯=++++=m R d d R d d R d d K oo m o w i o i i i o ）（αα（5)传热面积裕度错误!未定义书签。

：可得所计算传热面积Ap 为 239.6218.56.690103.804m t K QA m p =⨯⨯=∆=该换热器的实际传热面积为c A28.7406.05.4212025.014.3LN m d A o c =-⨯⨯⨯==）（π该换热器的面积裕度为 ﻩ%06.199.629.628.74=-=-=ppc A A A H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00021.02.3940132000172.0155815211+-=+-⇒+-=+-w wsiiwso o w t t R t t R t T ααC 2.39︒=w t ，这与假设相差不大，可以接受。

核算流型 冷凝负荷s kg/m 139.0212025.014.33600/3.8333⋅=⨯⨯==b m M s 1800767000725.0139.044Re <=⨯==μM（符合层流假设）6.压降校核(1)计算管程压降 ()s p t iN N F p ΔpΔp Δ21+=∑（t F 结垢校正系数，p N 管程数，s N 壳程数)取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm ，则005.0/=d e ，而21662Re =i ，于是033.021********.01.0Re 681.023.023.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=i d e λPa 2303279.0994020.05.4033.02221=⨯⨯⨯==∆i i u d L p ρλPa 1.862279.0994323222=⨯⨯=⨯=∆i u p ρ 对mm 5225.φ⨯的管子有1,2,5.1===s p t N N F 且()()Pa 2.9495125.11.862230321=⨯⨯⨯+=∆+∆=∆∑s p t i N N F p p p ＜3０ＫPa故, 管程压降在允许范围之内。

(2）计算壳程压降错误!未定义书签。

按式计算s s i o s N F p p p )(∆+∆=∆ , 1=s N , 1=s F流体流经管束的阻力2)1(2o B TC o o u N N Ff p ρ+=∆F=0．５ 2026.0)32251(6.02.0)1(m t d BD S o o =-⨯⨯=-= 壳程流体流速及其雷诺数分别为： 取s u o /m 10= 1190000008.076.41002.0Re =⨯⨯==气气μρo e o u d335.0119005288.0=⨯=-o f 01.162121.11.15.05.0=⨯==T TC N N22=B N=∆o p 0.5×0.３3５×16.０１×(２2+1）×21076.42⨯=１4679Ｐa流体流过折流板缺口的阻力2)25.3(2oB i u D B N p ρ-=∆ , Ｂ=０.２m , D ＝0.6m 942921076.4)6.02.025.3(142=⨯⨯⨯-⨯=∆i p Ｐa 总阻力 =∆s p 1４679＋9429＝２4108Pa<３0KPa由于该换热器壳程流体的操作压力较高,所以壳程流体的阻力也比较适宜。

结构设计１.冷凝器的安装 （1）采用卧式换热器卧式换热器相对立式换热器，其占地面积虽然大一些,但其传热系数高， 不易积气,易于安装和维修等 。

为了减少液膜在列管上的包角及液膜的厚度,管板在装配时留有１％左右的坡度，或 者将其轴线与设备水平线偏转一定的角度α,其计算公式为: 39.0322252)30sin(=⨯==-t d o α 得：o 739.0arcsin 30=-=α(2)随蒸汽冷凝，流通截面积逐渐缩小，以保持蒸汽的流速。