化工原理课程设计-标准系列管壳式立式冷凝器的设计

word文档 可自由复制编辑 化工原理课程设计 标准系列管壳式立式冷凝器的设计

姓名： 学号： 专业：应用化学 班级 设计时间： word文档 可自由复制编辑

目录 一、设计题目 二、设计条件 三、设计内容 3.1概述 3.2 换热 3.3 换热设备设计步骤 四、设计说明 4.1选择换热器的类型 4.2流动空间的确定 五、传热过程工艺计算 5.1计算液体的定性温度，确定流体的物性数据 5.1.1正戊烷流体在定性温度（51.7℃）下的物性数据 5.1.2水的定性温度 5.2估算传热面积 5.2.1换热器热负荷计算 5.2.2平均传热温差 5.2.3估算传热面积 5.2.4初选换热器规格 word文档 可自由复制编辑

5.2.5立式固定管板式换热器的规格 5.2.6计算面积裕度H及该换热器所要求的总传热系数K0 5.2.7折流板 5.2.8换热器核算 5.3核算壁温与冷凝液流型 5.3.1核算壁温 5.3.2核算流型 5.4计算接口直径 5.4.1计算壳程接口直径 5.5计算管程接口直径 5.6计算压强降 5.6.1计算管程压降 5.6.2计算壳程压降 六、其他 七、计算结果 八、化工课程设计心得 九、参考文献

一． 设计题目 word文档 可自由复制编辑

标准系列管壳式立式冷凝器的设计 二．设计条件 生产能力：正戊烷23760t/a，冷凝水流量70000Kg/h 操作压力：常压

正戊烷的冷凝温度51.7℃，冷凝水入口温度32℃ 每年按330天计，每天24小时连续生产 要求冷凝器允许压降100000Pa 三、设计内容 3.1概述 换热器在石油、化工生产中应用非常广泛。在炼油厂中，原油常减压蒸馏装置中换热器的投资占总投资的20%；在化工厂中，换热器约占总投资的11%以上。由于在工业生产中所用换热器的目的和要求不同，所以换热器的种类也多种多样。列管式换热器在石油化工生产中应用最为广泛，而且技术上比较成熟。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。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。35％～40％。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。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。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、深冷器、过热器等。 换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。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（板翅式、管翅式等） 3.2 换热器的分类 1）混合式换热器：冷、热流体直接接触和混合进行换热。这类换热器结构简单，价格便宜，常做成塔状。 2）热式换热器：冷、热流体交替通过格子砖或填料等蓄热体以实现换热，这类换热器由于少量流体相互掺和，易造成流体间的“污染”。 word文档 可自由复制编辑

3）壁式换热器：冷、热流体通过将它们隔开的固体壁面进行传热，这是工业上应用最为广泛的一类换热器。 传热器的结构分类 类 型 特 点

间 壁 式 管 壳 式 列管式 固定管板式 刚性结构 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 填料函式 外填料函 管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反

应器中

套管式 能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器

螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝

板面式

板式 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热

螺旋板式 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能

平板式 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净 板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触

蓄热式 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合

管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。 本设计以列管式换热器为例，阐述对换热设备进行工艺计算及结构设计的步

骤。列管式换热器的种类很多，目前应用广泛的，按照有无热补偿或补偿方式的不同，主要分为四种： word文档 可自由复制编辑

(1)固定管板式换热器 这类换热器如图1-1,特点是制作简单、便宜。最大的缺点是管外侧清洗困难。因而多用于壳侧流体清洁，不易结垢或污垢容易化学处理的场合。当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者热膨胀不同，产生很大的温差应力，以至于管子的管子扭弯或使管子从管板上松落，甚至毁坏整个换热器，因此，一般管壁与壳壁温度相差50℃以上时，换热器应有温度差补偿装置。一般这种装置只能用在壳壁与管壁温差低于60℃~70℃和壳程流体压强不高的情况。壳程压强超过6×105Pa时，由于补偿圏过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就应考虑其他结构。

(2)U形管换热器 这类换热器如图1-2仅有一个管板，并用隔板将封头隔成两空，中部呈U形，可以自由伸缩，故壳体与管子间温差很大时，也可以使用。缺点是管内的清洗较困难，管板上排列管子少。

(3)浮头式换热器 这种换热器如图1-3,其两端的管板有一端可以沿管长方向在壳体内自由伸缩，管束的膨胀不受壳体的约束，从而当温差较大时解决了热补偿问题，整个管束也可以由壳体中拆卸下对检修和管内管外的清洗方便。其缺点是结构较复杂，金属消耗量多，造价也因而较高。 word文档 可自由复制编辑

(4)填料函式换热器 填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。

而其中固定管板式换热器由于结构简单，造价低，因此应用最普遍.选择列管换热器的根据：传热面积、温差大小、结垢后清洗情况、加工是否方便等情况综合考虑。 管板式换热器的优点 (1) 换热效率高,热损失小在最好的工况条件下, 换热系数可以达到6000W/ m2K, 在一般的工况条件下, 换热系数也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管壳式换热器的3～5倍。设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 3～1/ 4。 (2) 占地面积小重量轻除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。换热所用板片的厚度仅为0. 6～0. 8mm。同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。 word文档 可自由复制编辑

(3) 污垢系数低流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。 (4) 检修、清洗方便换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。 (5) 产品适用面广设备最高耐温可达180℃,耐压2.0MPa,特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。 当然板式换热器也存在一定的缺点, 比如工作压力和工作温度不是很高, 限制了其在较为复杂工况中的使用。同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质 2.蛇管式换热器

蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单，操作最方便的一种换热设备，通常按照换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。 3.套管式换热器 套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管，其内管用U型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管内、外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流动，有利于传热。此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热。 4.列管式换热器的结构 （1）换热管布置和排列间距 常用换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、ф25×2.5 mm(碳钢10)。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。

（A） （B）（C） （D） （E）