什么是壳管式冷凝器

化工设计中常用冷凝器的设计选用前言在化工工业中，反应器通常是不可避免会产生高温高压的情况，而反应所得的产物又需要被分离出来进行后续的处理。

其中一种常用的分离方法是利用冷凝器来将产物冷却并转化为液态，以便于下一步的处理。

因此，冷凝器在化工工业中扮演着非常重要的角色。

本文将介绍化工设计中常用的冷凝器类型及其选用的相关要点。

常见冷凝器类型管式冷凝器管式冷凝器是一种基本型的冷凝器，它由许多直管组成，这些管通常是水冷却的，被冷却的产物在管内横流或竖流。

其优点是结构简单、制造工艺较为容易，且具有较高的换热系数。

但是管式冷凝器占地面积较大，通常只适用于小规模或中等规模的操作。

壳管式冷凝器壳管式冷凝器是具有更加复杂设计的冷凝器类型，通常由许多金属管和一个外壳组成。

被冷却的产物从金属管中流过，在此之前先由过壳端流过管子壁，而冷却水从外壳流过。

壳管式冷凝器适用于大规模的化工操作，但也存在一些缺点，如成本昂贵、清洗较为麻烦等。

级串式冷凝器级串式冷凝器通常由两个或多个不同类型的冷凝器组合而成，以便于更充分的冷却产物。

比如，在某些情况下，管式冷凝器与壳管式冷凝器的组合将极大地提高产品收率。

级串式冷凝器的主要优点是其调节性可以根据反应特性进行优化。

选用要点操作压力和温度操作压力和温度是选定冷凝器类型的两个重要参考因素，因为它们不仅会影响冷凝器的选择，还会影响到冷却液的流量和性质。

在低压下，管式冷凝器可能表现出更好的效果，而壳管式冷凝器则更适用于高压操作。

对于高温操作，通常需要更加高效的冷却系统。

生产速率生产效率对于化工生产来说，是一个至关重要的因素。

冷凝器的设计和选用将影响产物分离的效率，尤其是在生产批次较大时。

因此，在设计和选用冷凝器时，需要确保能够实现最高效的产物冷却，从而确保生产的效率和质量。

实际运行机制不同的冷凝器类型在操作时有不同的冷却机制，因此在选用冷凝器的时候，需要对其实际运行机制有足够的了解。

如果不同的冷凝器相互组合，也必须确保它们的特殊运行机制可以相互协调。

课程设计说明书设计名称机械设计基础课程设计设计题目制冷系统设计任务书设计时间2015.1.6 ～2015.1.21学院食品工程学院专业能源与动力工程班级1202 班姓名杨鑫指导教师曲航配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器设计设计任务：设计一台配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器设计条件: 设计参数：制冷剂：R134a 额定工况蒸发温度：t 0=5C 冷却水进口温度：t k=400C制冷量：Q0=360kw传热管：每英寸19片的滚轧低肋铜设计要求：1. 对确定的工艺流程进行简要论述；2. 物料衡算，热量衡算；3. 确定管式冷凝器的主要结构尺寸；4. 计算阻力；5. 编写设计说明书一、设计方案的确定及说明。

1. 冷却水的进出口温度。

进口水温度280C，而一般卧式壳管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为4—100C，本设计取60C, 故出口温度为340C.2. 流速的选择查得列管换热器管内水的流速，管程为0.5 ～3m/s ，壳程0.2～1.5m/s[2] ；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为1.5m/s.3. 冷凝器的造型和计算3.1 水冷式卧式冷凝器的类型本次设计是以海水为冷却剂，选择氟利昂高效卧式冷凝器为设计对象。

此冷却系统的原理是将压缩机排出的高温、高压制冷制气等压冷凝成液体，在冷库中蒸发，带走待冷物料的热量，起到冷却物料的效果。

本方案采用R134a 为制冷剂，不燃烧，不爆炸，无色，无味冷凝器型式的选择：本方案采用卧式壳管式冷凝器。

卧式管壳式水冷凝器的优点是：1、结构紧凑，体积比立式壳管式的小；2、传热系数比立式壳管式的大；3、冷却水进、出口温差大，耗水量少；4、为增加其传热面积，R134a 所用的管道采用低肋管；5、室内布置，操作较为方便。

3.2 冷凝器的选型计算3.3 冷凝器的热负荷3.4 冷凝器的传热面积计算+3.5 冷凝器的阻力计算4·管数、管程数和管子的排列4．1 管数及管程数4.2 管子在管板上的排列方式4.3 管心距5·壳体直径及壳体厚度的计算5．1 壳体直径，厚度计算二、设计计算及说明（包括校核）一）设计计算1、冷凝器的热负荷：冷凝器的热负荷是制冷剂的过热蒸汽在冷凝过程中所放出的总热量，可用制冷剂的压－焓图算出。

壳管式冷凝器的设计计算1.冷凝器热负荷：它是指需要冷凝的蒸汽或气体的热量。

冷凝器的设计应根据所需冷凝负荷来确定。

冷凝器的冷凝负荷可以通过以下公式计算：Q=m×(Hv-Hl)其中，Q为冷凝负荷（kW），m为蒸汽或气体的质量流量（kg/h），Hv为蒸汽或气体的饱和蒸发焓（kJ/kg），Hl为液体的饱和液体焓（kJ/kg）。

2.壳程和管程的流体流量：壳管式冷凝器中的流体可以从两个方向流动，一种是从壳程（外壳）流动，另一种是从管程（管束）流动。

其中，壳程的流量可以通过以下公式计算：Gs = Q / (Cph × ΔT_sh)其中，Gs为壳程流体的质量流量（kg/h），Q为冷凝负荷（kW），Cph为壳程流体的定压热容（kJ/(kg·K)），ΔT_sh为壳程流体的进出口温度差（℃）。

管程的流量可以通过以下公式计算：Gt = Q / (Cpt × ΔT_st)其中，Gt为管程流体的质量流量（kg/h），Cpt为管程流体的定压热容（kJ/(kg·K)），ΔT_st为管程流体的进出口温度差（℃）。

3.壳管式冷凝器的传热系数：壳管式冷凝器的传热系数是指单位面积上传递的热量能力。

传热系数的计算可以采用经验公式或理论公式进行估算。

4.壳管式冷凝器的壳程和管程内壁面积：冷凝器的壳程和管程内壁面积是在传热过程中应考虑的重要参数。

壳程内壁面积和管束内壁面积的计算可以通过以下公式进行估算：As=Gs/(Gs×Us)At=Gt/(Gt×Ut)其中，As为壳程内壁面积（m²），Gs为壳程流体的质量流量（kg/h），Us为壳程侧的传热系数（W/(m²·K)）；At为管程内壁面积（m²），Gt为管程流体的质量流量（kg/h），Ut为管程侧的传热系数（W/(m²·K)）。

5.冷凝器的材料选择：冷凝器在工作过程中需要承受较高的压力和温度，因此材料的选择至关重要。

壳管冷凝器设计计算公式壳管冷凝器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等工业领域。

它通过将高温高压的气体冷却成液体，实现能量的转换和回收。

在设计壳管冷凝器时，需要考虑多种因素，包括冷凝器的尺寸、材料、流体性质等。

而其中最关键的一步就是进行设计计算，以确定冷凝器的具体参数。

下面将介绍壳管冷凝器设计计算的一般公式和步骤。

1. 冷凝器的热负荷计算。

冷凝器的热负荷是指冷凝器需要处理的热量，通常以单位时间内传热量的形式表示。

冷凝器的热负荷计算公式为：Q = m (h1 h2)。

其中，Q为冷凝器的热负荷，单位为瓦特（W）；m为冷凝介质的质量流量，单位为千克/秒；h1和h2分别为冷凝介质进口和出口的焓值，单位为焦耳/千克（J/kg）。

2. 冷凝器的传热面积计算。

传热面积是冷凝器设计中的一个重要参数，它直接影响到冷凝器的传热效果。

传热面积的计算公式为：A = Q / (U ΔTlm)。

其中，A为传热面积，单位为平方米（m2）；Q为冷凝器的热负荷；U为传热系数，单位为瓦特/平方米·摄氏度（W/m2·℃）；ΔTlm为对数平均温差，单位为摄氏度（℃）。

3. 冷凝器的管束数计算。

管束数是指冷凝器中管子的数量，它直接关系到冷凝介质在冷凝器中的流动情况。

管束数的计算公式为：N = (m G) / (π d2 ρ)。

其中，N为管束数；m为冷凝介质的质量流量；G为冷凝介质的流速，单位为千克/（秒·平方米）；d为管子的直径，单位为米（m）；ρ为冷凝介质的密度，单位为千克/立方米（kg/m3）。

4. 冷凝器的压降计算。

在设计冷凝器时，需要考虑冷凝介质在冷凝器中的压降情况，以确保冷凝介质能够顺利地流动。

冷凝器的压降计算公式为：ΔP = f (L / d) (G2 / 2) ρ。

其中，ΔP为冷凝器的压降，单位为帕斯卡（Pa）；f为摩擦因子；L为管子的长度，单位为米（m）；d为管子的直径；G为冷凝介质的流速；ρ为冷凝介质的密度。

年处理9000吨甲苯管壳式冷凝器设计
（原创版）
目录
1.项目背景和目标
2.甲苯管壳式冷凝器的工作原理
3.设计过程和挑战
4.设计成果和应用
正文
1.项目背景和目标
在化工行业中，冷凝器是一种重要的设备，用于将气体冷却并转化为液体。

在本项目中，我们的目标是设计一款能够处理 9000 吨甲苯的管壳式冷凝器。

甲苯是一种常见的有机溶剂，广泛应用于涂料、胶粘剂、树脂等行业。

因此，设计一款高效、可靠的冷凝器具有重要的实际意义。

2.甲苯管壳式冷凝器的工作原理
管壳式冷凝器是一种常见的冷凝器类型，主要由壳体、管束、冷却介质和冷却管等组成。

在冷凝器中，甲苯蒸气从壳体进入管束，在管内冷却介质的作用下，逐渐冷却并凝结为液体。

冷却介质通常是水，它在冷却管中流动，吸收甲苯蒸气的热量，保证冷凝器的正常运行。

3.设计过程和挑战
在设计过程中，我们首先需要确定冷凝器的尺寸和结构，以满足处理9000 吨甲苯的需求。

这涉及到大量的热力学计算和工程实践经验。

在设计过程中，我们遇到了很多挑战，例如如何保证冷凝器的传热效率、如何选择合适的冷却介质以及如何确保设备的安全稳定运行等。

4.设计成果和应用
经过多方面的研究和试验，我们最终成功设计出一款能够处理 9000 吨甲苯的管壳式冷凝器。

该冷凝器具有较高的传热效率和稳定性，能够满足生产需要。

目前，该冷凝器已经应用于某化工厂的甲苯回收系统中，取得了良好的经济效益和环保效果。

总之，本项目旨在设计一款能够处理 9000 吨甲苯的管壳式冷凝器。

在设计过程中，我们克服了诸多挑战，最终成功实现了目标。

壳管式冷凝器原理
壳管式冷凝器是一种常用于冷凝制冷循环系统中的设备。

冷凝是通过从冷却剂中提取
热量来将其冷却成液体的过程。

在制冷循环系统中，冷却剂被压缩成高压气体，然后通过
冷凝器流过，将热量散发到周围环境中，从而冷却成液体。

壳管式冷凝器是一种有效的冷
凝器设备，其冷却原理如下：
壳管式冷凝器由壳体和管束两部分组成。

壳体通常是圆筒形结构，有进出口连接，管
束则是由多根细管组成的。

在此结构中，冷却剂从进口进入壳体，然后通过细管流过，在
冷却剂和细管之间产生传热，从而实现将冷却剂冷却成液体的过程。

壳管式冷凝器的工作原理基于两种类型的传热：对流传热和传导传热。

对流传热是指
在热传递的时候通过流体的热对流使传热，而传导传热则是通过直接热传递的方式进行的。

在壳管式冷凝器中，传热主要是通过对流传热来实现的。

当冷却剂进入壳体中时，它涌入管束中的细管中。

细管中的高-pressure 冷却剂会导
致其温度升高，然后通过壳体和管束之间的热交换器散去热量。

热交换器的主要作用是提
供较大的表面积，以增加热量散发的速度和效率。

随着冷却剂在细管中的逐渐冷却，它会
逐渐被转变成液体，并在最终离开壳体时变成液体。

这样的壳管式冷凝器可以被用于任何需要降温的设备中。

无论是家用冰箱、空调系统
还是工业用制冷设备，壳管式冷凝器都被广泛应用。

此外，壳管式冷凝器还具有高效率、
低能耗、不易造成环境污染等优点，是目前广泛使用的一种制冷技术。