|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52C ︒，蒸发潜热为83kcal/kg 3) 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 裕度压降热力学计算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 5.322/4025ο=+=m t两流体的温差C 50C 5.195.3252οο<=-=-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/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,ο=-----=∆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： （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 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 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=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 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（4） 传热系数K 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c A 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 C 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 i N N F p Δp Δp 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 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 iN N F p pp <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s u o /m 10==∆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(2o B i uD B N p ρ-=∆ , B=0.2m , D=0.6m942921076.4)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：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。

（3）冷凝器的组合方式：单台。

（4）冷凝器内部安装折流板在对流传热的换热器中，为了加强壳层流动的速度和湍流程度，以提高传热效率，再在壳层内可安置折流板，折流板还起支撑的作用。

（5）通入蒸汽前要用一排气管排出里面的空气和不凝气，但传热冷凝过程中必须关闭。

2.管子的设计（1）采用光滑管光滑管结构简单，制造容易。

缺点是它强化传热的性能不足。

为了提高换热器的传热系数，可采用结构形式多样化的管子，如异性管，翅片管，螺纹管等。

（2）选用mmΦ 的管子。

25.52（3）管长我国生产的无缝钢管长度一般为6m，故系列中换热管的长度分为1.5，2,3,4.5,6 米几种，本设计中采用4.5米长的管子。

（4）管子的排列形式管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。

a.正三角形错列b.正方形直列c.正方形错列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。

而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。

以上排列方式中最常用的是正三角形错列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。

本设计中采用正三角形错列的排列方式，而在隔板两侧采用正方形直列。

（5）管数标准管数为212根。

3.管心距的设计：mm=t32采用胀接法固定时，管心距过小会造成胀接在挤压作用下发生变形，失去管子与管板之间的连接力。

故采用焊接法。

根据经验公式：隔板中心到离其最近一排管中心距离S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相邻管的管心距为=244㎜。

S4.管板的设计（1）管板的作用：固定作为传热面的管束，并作为换热器两端的间壁，将管程流体分隔开来。

（2）管板上的管孔数：即为壳体中的传热系数（包括圆缺形板区安置的）。

（3）管板上的孔间距不宜过大，避免布管疏松，不利传热；也不宜过小，避免焊接时引起较大的应力，影响焊接质量，另外也不利于清扫壳程管束。

（4）管板与壳体连接采用不可拆式，即直接焊在壳体上，稍微延伸，兼作法兰，便于对胀口进行检查和维修以及清洗管子。

（5）管板直径与厚度管板与壳体直径应保持一致。

管板厚度与材料强度，介质压力，温度和压差，温差以及管子和外壳的固定方式和受力因素有关。

对于管子与管板胀接时，为保证胀接的可靠性，管板的最小厚度为0.75o d 。

管子与管板焊接时，由于焊接可以达到甚至超过管子本身的强度，只要管子强度足够，管子厚度可不受限制，而由焊接工艺及焊接变形等要求来确定。

本设计中选用由于管子与管板采用 mm C d o 75.2242575.075.0T =+⨯=+=，但焊接式，故取mm 22T =。

（6）采用多管程，故管板中间要留有隔板的位置。

（7）管子在管班上的固定方法，必须保证管子和管板连接牢固，不会在连接处产生泄漏。

连接方式一般有三种：胀接法，焊接法，胀焊并用法；一般采用的事胀接法和焊接法。

由于焊接法在高温高压下仍能使用，保持连接的紧密性，管孔加工要求低节约空的加工工时，同时焊接工艺比胀接工艺简单等优点，故本设计中采用焊接法。

根据标准规定，管子外径为25mm 时，管板孔的直径为25.8mm,允许偏差mm 2.0±；相邻孔中心距32mm ，管孔中心距偏差：相邻孔间mm 3.0±，任意孔间mm 1.0±；支撑板孔直径25.6mm,允许偏差mm 4.0±。

管子露出管板的长度2l ，采用1.5mm 。

5.折流板设计（1）采用圆缺形性折流板。

（2）圆缺形折流板在卧式换热器中的排列分为圆缺上下方向和圆缺左右方向两种。