正戊烷冷凝器的工艺设计

闽江学院课 程 设 计

题目名称 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师

设计一冷凝器冷凝正戊烷蒸汽

应用化学（精细化工）

朱家林 120101202242

张于弛

2014 年 01 月 02 日

前 言

换热器是化工厂中重要的化工设备之一，换热器的类型很多，特点不一，可 根据生产工艺要求进行选择。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、过热器等。 依据传热原理和实现热交换的方法可分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器。

在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。

生产条件

1、处理能力 34万吨/年 2、设备形式 列管式

3、正戊烷冷凝温度为51.7℃ ，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器 4、冷却介质：水 T入= 20℃，T出= 40℃ 5、⊿P<=105Pa

6、每年按330天计，24小时/天连续进行。

7、正戊烷的物性数据：ρ=596kg/m3；μ=1.8×10-4Pa﹒s，cp=2.34kJ/kg﹒℃，

λ=0.13W/m﹒℃，r=347.5kJ/kg

确定物性常数，热负荷、冷却剂用量及平 均温差，确定换热器类型及流体流动空间 ① 估计传热总数，计算传热面积初值计算 ② 选择传热管参数，并计算管程相应参数 ③ 估计冷凝给热系数 ④ 计算管内给热系数 核算冷凝给热系数 ⑤ 总传热系数核算 计算值与假定值⑥ 相差不大 折流板计算 ⑦ 壳侧压降和管侧压降计算， 并与设计压力比较 ⑧ 压降小于 设计压力 裕度系数校验 考虑夏冬季 的温度差异，⑨ 裕度合适 改变冷流体 ⑩ 进口温度 确定换热器基本尺寸 计算值计算值与假定值相差较大 与假定值相差较大 压降大于设计压力 裕度过大或过小

计算换热器其余零件

换热器的设计计算

1.正戊烷液体在定性温度（51.7℃）下的物性数据（查化工原理附录）

??596kg/m3，??1.8?10?4Pa?s，cp?2.34kJ/kg??C，??0.13W/m??C，r?347.5kJ/kg。 循环水的定性温度：

入口温度为t1?20?C，出口温度为t2?40oC 循环水的定性温度为tm??20?40?/2?30?C

两流体的温差Tm?tm?51.7?30?21.7?C?50?C，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 物性 流体 正戊烷 循环水 温度 ℃ 52 30 密度 kg/m3 596 994 粘度 mPa·s 0.18 0.801 比热容 kJ/(kg·℃) 2.34 4.175 导热系数 W/(m·℃) 0.157 0.618 2.估算传热面积 （1）计算热负荷

qm,h?(3.1?108)(330?24?3600)?11.92kgs

QT?qm,h?r?11.92?347.5?4142.20kjs （2）冷却水用量

qm,c=QT/cp,c?t=4142.20/（4.175?20）=49.607kg/s

（3）计算有效平均温度差 正戊烷 51.7?C?51.7?C 冷却水 20?C ?40?C ?t 31.7 ?C 11.7?C

?tm=(?t1??t2)/ln(?t1/?t2)?(31.7?11.7)/ln(31.7/11.7)?20.07℃ （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： K?650W/m2??C （5）估算换热面积

QT3.778?106??317.5m2 S?K?tm650?20.07` 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 u1=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 ns=

V?4?2diu49.607/994?198.7?199(根）

0.785?0.022?0.8 按单程管计算，所需的传热管长度为 L=

S317.5??22.98m?23m ?dons3.14?0.025?176 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=6.0m，则该换热器的管程数为 np=

L23??4 l6 传热管总根数 N=1×4=4(根） （3）平均传热温差校正及壳程数: 平均温差校正系数有 :

R=热流体降低的温度/冷流体升高的温度?0/20?0

P=

40?2020??0.63

51.7?2031.7 单壳程，双管程结构，查得 ??t?0.9

平均传热温差 ?tm???t?tm逆?0.9?20.07?18.063℃ 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

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/es4v.html