化工原理課程設(shè)計(jì)純苯冷凝器的設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：純苯蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：邵圣娟系別：環(huán)境與安全工程系專業(yè)：安全工程班級(jí)學(xué)號(hào)：姓名：劉新龍目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù):21、 處理能力：常壓下5950kg/h的純苯蒸汽22、設(shè)備型式：立式列管式冷凝器2二、 操作條件2三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容21、確定設(shè)計(jì)方案22、確定流體的流動(dòng)空間23、計(jì)算流體的定性溫度，確定流體的物性參數(shù)24、 計(jì)算熱負(fù)荷35、計(jì)算平均有效溫度差36、選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)k值37、估算傳熱面積38、結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)3（1）換熱管規(guī)格、管子數(shù)、管長(zhǎng)、管殼數(shù)的確定3（2） 傳熱管排列和分程方法4（3） 殼體內(nèi)徑內(nèi)內(nèi)徑4（4） 折流板4四、換熱器核算51、換熱器面積校核5

2、2、換熱器內(nèi)壓降的核算7五、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 一、設(shè)計(jì)任務(wù):處理能力：1、常壓下5950kg/h的純苯蒸汽 2、設(shè)備型式：立式列管式冷凝器二、操作條件1、常壓下苯蒸氣的冷凝溫度為80.1，冷凝液在飽和溫度下排出。2、冷卻介質(zhì)：采用20自來(lái)水。3、允許管程壓降不大于50KPa。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算如下：此為一側(cè)流體恒溫的列管式換熱器的設(shè)計(jì)1、確定設(shè)計(jì)方案兩流體的溫度變化情況熱流體（飽和苯蒸氣）入口溫度 80.1，（冷凝液）出口溫度 80.1 冷流體 水 入口溫度 20，出口溫度 402、確定流體的流動(dòng)空間 冷卻水走管程，苯走殼程，有利于苯的散熱和冷凝。3、計(jì)算流體的定性溫度，

3、確定流體的物性參數(shù) 苯液體在定溫度（80.1攝氏度）下的物性參數(shù)（查化工原理附錄）=815kg/,=3.09Pa.s,=1.880KJ/kg.k ,=0.1255W/m.K, r=394.2kJ/kg。自來(lái)水的定性溫度：入口溫度：=20， 出口溫度 =40則水的定性溫度為：=（+）/2=（20+40）/2=30根據(jù)熱量衡算方程：=（-）得=/（-）=1.65394.2/4.173（40-20）=7.79kg/s（式中=1.65kg/s）兩流體在定性溫度下的物性參數(shù)如下表流體物性溫度密度Kg/粘度mPa.s比熱容kJ/（kg.）導(dǎo)熱系數(shù)W（m.）苯80.18150.3081.8800.1255水

4、30995.50.8014.1730.617計(jì)算熱負(fù)荷 =1.65394.2=651.52kw5、計(jì)算平均有效溫度差逆流溫差=溫差50故選擇固定管板式換熱器需加補(bǔ)償圈6、選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)k值 查化工原理課程及設(shè)計(jì)附錄8，查的K取430850，暫取K=8507、估算傳熱面積 =15.58、結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（1）換熱管規(guī)格、管子數(shù)、管長(zhǎng)、管殼數(shù)的確定選傳熱管，內(nèi)徑，外徑，材料為碳鋼。傳熱管數(shù)量：取30根傳熱管長(zhǎng)度：根據(jù)實(shí)際情況管子過(guò)長(zhǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，取傳熱管長(zhǎng)L=2米，采用管程4，管子數(shù)為304=120 傳熱管排列和分程方法每程內(nèi)按正方形排列。取管心距 隔板中心到離其最近一排管中心距離計(jì)算 各程相鄰管的

5、管心距為36mm位于管束中心線上的管束 殼體內(nèi)徑內(nèi)內(nèi)徑采用多管結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可估算。取管利用率 ，則殼體內(nèi)徑為D=1.05Ptn=1.05241200.75=318mm 取為350mm按卷制殼體的進(jìn)級(jí)擋，可取D=350mm 殼體厚度b取10mm D=350mm,碳鋼折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25350=87.5mm故可以取h=90mm 取折流擋板間距，則B=0.5350=175mm 可取B為175mm。折流擋板數(shù)目NB=傳熱管長(zhǎng)折流板間距-1=-1=11（5）接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為 1m/s，則接管內(nèi)徑為圓整

6、后可取管內(nèi)徑為60mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速 =2.4m/s，則接管內(nèi)徑為可取管內(nèi)徑為65mm。四、換熱器核算（1）換熱器面積校核管程傳熱膜系數(shù)。計(jì)算管程流體流通面積管程流體流速及雷諾數(shù) 普朗特?cái)?shù) 殼程傳熱膜系數(shù)。有相變時(shí)，蒸汽在垂直管外的對(duì)流傳熱系數(shù)為：因25.70.35LD= 長(zhǎng)徑比:立式應(yīng)為46。 故采用立式，故取6600污垢熱阻和管壁熱阻。查附錄9管外側(cè)污垢熱阻=1.管內(nèi)測(cè)污垢熱阻=3.已知管壁厚度b=0.002m，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為45W/?？倐鳠嵯禂?shù)K?？倐鳠嵯禂?shù)K為 傳熱面積校核。計(jì)算傳熱面積S為 換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)

7、。換熱壁溫核算：管壁熱阻很小，可忽略不計(jì)，取兩邊污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫，則可按照下公式計(jì)算管壁溫度：傳熱管平均壁溫：殼體壁溫可近似取殼程流體的平均溫度，即T=80。殼體壁溫和傳熱管壁溫差為不需要設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置。（2）換熱器內(nèi)壓降的核算管程阻力Re=29082，傳熱管粗超度0.01，查參考文獻(xiàn)2中雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得=0.04，=1.56m/s，=995.5kg/m，所以 小于50kPa，符合要求。五、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/（Kg/h）280445950進(jìn)（出）口溫度/20(40)80.1(80.1)壓力/MPa0.010.01物性定性溫度/3080.1密度/（Kg/m3）995.5815定壓比熱容/kJ/kg4.1731.881黏度/Pas0.8010.308熱導(dǎo)率/W/(m)0.6180.125普朗特?cái)?shù)5.424.61設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型式管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm350臺(tái)數(shù)1管徑/mm管心距/mm36管長(zhǎng)/mm2000管子排列正三角形管數(shù)目/根120折流板個(gè)數(shù)/個(gè)11傳熱面積/m214.31折流板間距/mm175管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.56