正戊烷冷凝器的设计目录第一章前言 (1)第二章概述 (2)2.1列管式换热器的概述 (2)2.2列管式换热器的结构组成 (2)第三章正戊烷立式列管式换热器的设计和计算 (3)3.1设计方案的论述 (3)3.1.1列管式换热器形式的选择 (3)3.1.2流体流动通道的选择 (4)3.1.3换热器的安装方式 (4)3.1.4流体流速的选择 (4)3.2工艺计算和设备结构的设计计算 (6)3.2.1计算冷、热载体的定性温度 (6)3.2.2计算热负荷 (6)3.2.3选取经验传热系数K值 (6)3.2.4初选换热器的规格 (7)3.2.5核算总传热系数KO (8)3.2.6计算压降 (10)第四章换热器材料和主要参数 (11)4.1换热器材料选用 (11)第五章设计总结 (12)5.1本设计的优点及存在问题 (12)5.2设计过程中的体会 (12)附录................................................................................................. 错误!未定义书签。
参考文献. (14)第一章前言课程设计是本课程的一个重要组成部分，它是学生理论联系实际，巩固和综合运用所学知识的学习过程，是培养学生掌握典型的化工设备的设计程序和计算方法，查阅各种技术资料，编写技术文件及进一步提高绘图能力的一种教学方法；也是培养学生深入掌握和灵活运用所学知识，特别是较全面地运用该课程知识的一次锻炼；同时又培养学生的独立工作能力和分析问题的一个重要的教学环节。
根据化工原理课程设计要求，同时注意理论，联系实际，根据生产工艺要求设计一台多程列管式换热器，包括设计方安论述、工艺计算和主要结构尺寸的计算或选择。
换热器是进行热量传递的通用工艺设备，它在炼油、轻化工及其一般化工业中广泛应用着，例如冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等。
随着化学工业的迅速发展，各种换热器发展很快，新型结构不断出现，以满足各工业部门的需要。
列管式换热器是目前生产上应用最广泛的一种传热设备，由于不断的改进，其结构也教完善。
换热器的设计即是通过传热过程计算确定经济合理的传热面积以及换热器的结构尺寸，以完成生产工艺中所要求的传热任务。
换热器的选用也是根据生产任务，计算所需的传热面积，选择合适的换热器。
由于参与换热流体特性的不同，换热设备结构特点的差异，因此为了适应生产工艺的实际需要，设计或选用换热器时需要考虑多方面的因素，进行一系列的选择，并通过比较才能设计或选用出经济上合理和技术上可行的换热器。
第二章概述2.1换热器的概述换热器是进行热量传递的通用工艺设备，它在炼油、轻化工及其他一般化学工业中广泛应用着，例如冷却、加热、蒸发和废热回收等。
随着化学工业的迅速发展，各种换热器发展很快，新型结构不断出现，以满足各工业部门的需要。
列管式换热器是目前生产上应用最广泛的一种传热设备，由于不断的改进，其结构也较完善。
在本书中讲述的换热器也是列管式的黑液加热器，其它类型在此书不作概述。
2.2列管式换热器的结构组成列管式换热器主要由管束、管极、折流极、壳体和封头（或称壳盖）等部分组成。
管束由许多平列的管子组成并紧紧地固定在管极上，而管极和外壳连接在一起。
在管外安装的许多折流极是为了增加流体在管外空间的流速，并是流体能多次错流流国管束以改善给热情况，而折流极的安装固定则通过拉杆和定距管束实现。
在换热器的外壳和封头装有流体的出入口，封头与管极之间构成流体的分配室（亦称管箱），有时在壳体和封头还装有检查孔，为安装测量仪表用的接口管以及排液孔和排气孔。
此外，还有封头与壳体的连接附件法兰，承托设备重量并固定的位置的支座等。
进行换热时，一种流体由封头的连接管处进入，在管内流动，从另一端封头的出口管流出，称为管程；另一种流体由壳体的接管进入，在壳与管间流动，从壳体上的另一接管处流动，称为壳程。
在列管换热器中，管束的表面积就是传热面积，即当列管式换热器在进行热交换时，一种流体由管程接管处进入换热器内，另一种流体从壳程接管进入管束和筒体之间的空隙内流动，依靠两种流体的温度差，通过管壁进行换热。
当传热面积较大，管子数目较多时，为了提高管内流体的流速，增大管内一侧流体的对流传热系数，常将全部管子平均分成若干组，流体每次只流经一组管子，然后折回进入另一组管子，如是依次往返流过各组管子，最后由出口处流出，成为多管程结构。
第三章正戊烷立式列管式换热器的设计和计算3.1 设计方案的论述3.1.1列管式换热器形式的选择列管式换热器易于制造,生产成本较低,选用的材料范围广,换热表面清洗性较方便适应性强,处理能力大,高温高压场合下也能应用.现在,列管式换热器种类很多,目前广泛使用的按其温差补偿结构来分,主要有以下几种:（一）固定管板式换热器如图1---a所示,这种换热器是列管换热器中构造最简单,使用较普通的一种.它是借胀接,焊接法成胀接—焊接法等,将管束的两端固定在壳体两端的固定板上构成的.由于管板是与外壳固定在一起的,所以称之为固定管板式列管换热器.这类换热器的结构比较简单/紧凑,重量轻,造价便宜,在相同的壳程情况下,可较其它型式的列管换热器多排一些传热管子,但管外不能机械清洗.为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50 以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
图1-b为具有温差补偿圈的固定管极换热器依靠膨胀节的弹性变形可以减少温差应力，但这种装置只能用在壳壁与管壁温差低与和壳程流体压强不高的情况。
一般壳程压强超过0.6 时，由于补偿圈过厚难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
（二）浮头式换热器换热器的一块管极用法兰与外壳相连接，另一块管极不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管极上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
如图1- c 所示，这种换热器的优点为管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不收壳体约束，因而当两种换热介质的温差较大时，不会因管束也壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，造价高。
对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其他特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力与温度，本次课程设计的是黑液由62 加热到83 ；采用蒸汽加热，温差等于47 ，再根据上述（一）、（二）的两种类型换热器，所以选固定极管式换热器，因为其结构比较简单、紧凑、重量轻、造价低廉等优点。
3.1.2流体流动通道的选择由于用固定管极式换热器，它要求不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便清洗管子；腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管子同时受腐蚀；饱和水蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝水；被冷却的流体宜走壳程，以便与散热。
所以，黑液走管程通道，饱和水蒸汽走壳程通道，这是最合理的选择方式。
3.1.3换热器的安装方式换热器的安装方式有立式、卧式两种。
1．立式立式的安装方式有其自身的优缺点。
其优点是占地面积小，不用支承极，结构简单，造价便宜，清洗方便。
其缺点是重心不稳，冷凝时，传热效果差。
2．卧式卧式的安装方式也有其优缺点。
重心稳，维修方便，冷凝时，传热效果好，但其占地面积大，需要支承极。
根据本设计的要求，再综合立式、卧式的优缺点，认为立式安装方式最为适合本设计的要求。
3.1.4流体流速的选择提高流体在换热器中的流速，可增大对流传热系数；减少污垢在管壁上沉积的可能性，即减少污垢热阻；使传热系数k 值提高，从而减少换热器的传热面积。
但是，流速增加，又会使流体阻力增大，动力消耗增多。
所以，适宜的流速要通过经济核算才能定出。
在选择流速时，还需考虑结构上的要求。
例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数；管子太长不易清洗，且一般管子的长度都有一定的标准；单程变为多程又会使平均温度差下降。
此外，当提高流速能使对整个传热有决定性影响的增大时，才能提高k 值，否则对传热将无多大改善，这些都是选择流速时应予以考虑的。
表3－1列出了常用的流速。
表1－1 流体在管路中常用流速范围流体性质及情况常用流速的范围m/s 一般液体（水及μ低于水液体） 1.5～3.0粘性液体0.5～1.0饱和水蒸气20～30冷凝水0.3～0.53.2工艺计算和设备结构的设计计算3.2.1计算冷、热载体的定性温度入口温度为C 201︒=t ，出口温度为12212t c m rm t p s s +=(3-1)式中768kg/s 8.0h 3156.57kg/24330/10105.2341==⨯⨯⨯=s m (3-2)C 99.2820183.4300004.35757.31562︒=+⨯⨯=t (3-3)水的定性温度为()C 5.242/99.2820=+=m t (3-4) 两流体的温差C 50C 2.275.247.51<=-=-m m t T ，故选固定管板式换热器 (3-5)正戊烷 51.7 596 0.18 2.34 0.13 地下水28.99995.70.80074.1740.61763.2.2计算热负荷1、计算热负荷Q,按正戊烷计算：kW 37.3134.3578768.01=⨯==r m Q s (3-6)Wc=s Kg h Kg /33.8/30000= (3-7)2、有效平均温差：Δt1=51.7-18=33.7℃ Δt2=51.7-42=9.7℃ 逆流温差()()()()[]C 76.2699.287.51/20-51.7ln 99.287.51207.51, =----=∆逆m t (3-8)3.2.3选取经验传热系数K 值在设计计算中,往往参照工艺条件相仿,设备类似而又比较成熟的经验数据作为设计的依据,表3-2列出了列管换热器中k 的经验值,供使用参考.表2-2列管换热器中k 的经验值冷流体 热流体 传热系数 水 水 850～1700 水 气体 17～280 水轻有机溶剂470～810粘性胶体 水蒸汽冷凝 280～850 水 水蒸汽冷凝 1420～4250 气体 水蒸汽冷凝 30～300 糖液 水蒸汽冷凝 580～1400 有机溶剂有机溶剂115～340根据管道走水，壳程走正戊烷，根据经验值总传热系数K=470～815W/（m2.℃），取K0=550W/(m2.℃) 传热面积计算：S'=2334.217.265501037.313Q m t K m =⨯⨯=∆ (3-9)考虑20%的面积裕度，则 S=1.20S=1.2⨯21.34=25.62m3.2.4初选换热器的规格1、管径及管内流速：选用Ф25×2.5的传热钢管，取管内流速0.6m/s 。