正戊烷冷凝器的设计

0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1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....................................................822.6.1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K............................................92.6.5传热面积裕度...........................................92.7.核算壁温....................................................92.8.压降校核...................................................102.8．1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.........................................................1331、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：2.5×104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。42、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2．2．1.正戊烷液体在定性温度（51.7℃）下的物性数据ρ=596kg/3m，sa108.14-P，C=2.34KJ/(kgP℃），0.13/mW℃（），。kJ/kg5.347r2.2．2.自来水的定性温度入口温度1t=30℃，设出口温度为36℃，每年工作时间为330天，每天工作24h。Ms1=2.5×107/330×24=3156.57kg/h=0.877kg/s12122ssPmrttmCms2=12.17kg/s自来水的定性温度为C332/3630mt两流体的温差C50C7.18337.51mmtT，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/3m)黏度/mPas比热容//(KJkg℃）热导//(Wm℃）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skgqhm877.0)360024330()105.2(7,5skjrqQhmT7575.3045.347877.0,2.3．2冷却水用量cmq,=tccp,T/Q=304.7575/（4.174（36-30））=12.170kg/2.3.3计算有效平均温度差正戊烷51.7C51.7C冷却水30C36Ct21.7C15.7C382.17.15/7.21)/(21tt℃≤2所以mt=7.182/)7.157.21(2/)(21ttC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CW/m5802K2.3.5估算换热面积23`m099.2818.7580107575.304KSmTtQ2.4工艺尺寸计算2.4.1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3996.380.102.0785.0995/12.17422udVisn(根）按单程管计算，所需的传热管长度为6mndSLso178.939025.014.328.099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pn=43.09.178lL传热管总根数N=39×4=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=06/0/冷流体升高的温度热流体降低的温度P=276.07.216307.513036单壳程，双管程结构，查得95.0t平均传热温差16.8318.70.9逆mtmtt℃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。mmNtDT5004698.01563205.105.1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=0.25×500=125mm。取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×500=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72.4.6拉杆直径拉杆直径为Φ=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2010641.1)032.0025.01(500.0150.0)1(0tdBDS壳程流体流速smu/089.010641.15963600/3156.5720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mmuVD1501014.376.4877.0441mm出口接管取结管内的液体流速为1.5m/s，则接管内径mmuVD405.114.3596877.0442b管程水进出口接管取接管内水流速为1m/s,则接管内径mmuVd125995114.317.1244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：28.0992m管子直径：φ25mm2.5mm管程数PN：4管子排列方式：正三角形管数TN：156换热器的实际换热面200m5134.35)1.00.3(025.014.3156)1.0(LdnAC.m/9.4587.185134.35107575.30402300WtAQK82.6.面积核算2.6.1壳程表面传热系数现假设管外壁温tw=32℃7.51st℃则冷凝液膜的平均温度为85.412327.51℃，在此温度下的物性沿饱和温度51.7摄氏度下的数据072.015614.3025.0877.00s