化工原理课程设计纯苯冷凝器的设计.docx

化工原理课程设计纯苯冷凝器的设计-CAL-FENGHAL-(YICAI)-CompanyOne1太原工业学院化工原理课程设计设计题目：纯苯蒸汽冷凝器的设计指导老师：邵圣娟系别：环境与安全工程系专业：安全工程班级学号:162062239姓名：刘新龙目录一、设计任务：21、处理能力：常压下5950kgh的纯苯蒸汽22、设备型式：立式列管式冷凝器2二、操作条件2*、I+-t2.21'确JE设计方案22、确定流体的流动空间23、计算流体的定性温度，确定流体的物性参数24I十关、f可.35、计算平均有效温度差36、选取经验传热系数k值37、估算传热面积.38、结构尺寸设计3(1)换热管规格、管子数、管长、管壳数的确定3(2)传热管排列和分程方法4(3)壳体内径内内径4(4)四、换热器核算51、换热器面积校核52、换热器内压降的核算7五、换热器主要结构尺寸和计算结果一、设计任务：处理能力：1、常压下5950kgh的纯苯蒸汽2、设备型式：立式列管式冷凝器二、操作条件1、常压下苯蒸气的冷凝温度为80.TC,冷凝液在饱和温度下排出。2、冷却介质：采用20自来水。3、允许管程压降不大于50KPao三、设计内容本设计的工艺计算如下：此为一侧流体恒温的列管式换热器的设计1、确定设计方案两流体的温度变化情况热流体（饱和苯蒸气）入口温度80.1。匚（冷凝液）出口温度80.1C冷流体水入口温度20。C,出口温度40C2、确定流体的流动空间冷却水走管程，苯走壳程，有利于苯的散热和冷凝。3、计算流体的定性温度，确定流体的物性参数苯液体在定温度（80.1摄氏度）下的物性参数（查化工原理附录）P=815kgmP=3.09X104Pa.s,O=1.880KJkg.kA=OJ255Wm.K,r=394.2kJkgo自来水的定性温度：入口温度：=20,出口温度r2=40oC则水的定性温度为"m=（r,÷2）/2=（20+40）2=30oC根据热量衡算方程：人=%2J?（57）得4''2=%皿/勺2（2"）=1.65X394.2/4.173（40-20）=7.79kgs（式中<7m=1.65kgs）两流体在定性温度下的物性参数如下表流体物性温度密度KgZm3粘度mPa.s比热容kJ/(kg.)导热系数W（mC）苯80.181503081.8800.1255水3()995.50.8014.1730.617讣算负荷9=A<7hh=1.65X394.2=651.52kw5、计算平均有效温度差逆流温差At尬逆=49.43由0.1-20)-(80.1-4ln(80.1-20)/(80.1-40)温差50C故选择固定管板式换热器需加补偿圈6、选取经验传热系数k值查化工原理课程及设计附录8,查的K取430-850,暂取K=8507、估算传热面积=15.5zn2651.52X103850x49.438、结构尺寸设计(1)换热管规格、管子数.管长、管壳数的确定选传热管(9/加几内径d=0015m,外径do=0019m,材料为碳钢。传热管数量：779=30995.5x-x0.0152xl.54取30根传热管长度：L=Hj=仝=&66mNdtt30xx0.019根据实际情况管子过长采用标准设计，取传热管长L=2米，采用管程4,管子数为30X4=120传热管排列和分程方法每程内按正方形排列。取管心距隔板中心到离其最近寿暗靶伽翻潇°二23.75a24加P24Z=-+6=+6=1Smm各程相邻管的管心距为36mm22位于管束中心线上的管束壳体内径内内径"c=l19丽=922采用多管结构，壳体内径可估算。取管利用率则壳体内径为D=1.05PlJ1.05X24X向CIC日口汨”八"=0.75=318mm取为35Omm70.75按卷制壳体的进级挡,可取D=350mm壳体悖度b取IommD二35Omm,碳钢折流板外锤采用弓形折流板，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=0.25X350=87.5mm故可以取h=90mm取折流挡板间距B=0.5D(0.2D<B<贝0B=0.5X350=175mm可取B为175mm。折流挡板数目“传热管长42000”“折流板间距一=(5)接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为Im/S,则挟管内径为两一R-5圆整后可取管内径娜聊4=|.=0.06,n管程流体进出口接管：耳脱客内就楔磁乞4ms,则接管内径为/4x7.79丐_可取管内径为65mm。=V995,5xx2,4=0065nz四、换热器核算换热器面积校核管程传热膜系数。讣算a=0.023Re08Pr04管程流体流通面积a4=o.785xO.O15x=0.005()管程流体流速及雷诺数7.79/995.5=1.56/77/50.005幽双救桀工=290820.801x10"普朗特数=5.42D_CpP_4.173x1®'x0.801x1()7一oTn壳程传热膜系数。仃617有相变时，蒸汽在垂箸龄口的对帝静郴畀X5.42。/=6925"/(/.©因A4：UQRe=-=见=÷-/=359178>2000LILiYIuX0.019X0.308XIO'15-R4=0.0077(A-JoOa<,=0.0077x(小丁士逆().4刎亍x359,78<<.4=66ooVV(r),(0.308x10-3)2长径比:立式应为46。±±5.7D0.35故采用立式，故取6600W/(m2)污垢热阻和管壁热阻。查附录9管外侧污垢热阻心二1.7197X107(/oCW)管内测污垢热阻2=3.4394x10,.CW)已知管壁厚度b=0002m,碳钢在该条件下的热导率为45W/M弋。总传热系数K。总传热系数K为K=!於+RiJ且+R+_£切即_1=p09+3.4394X状磐+°0020x0上+1.7197X10-+工6925x0.0150.01545x0.0176600=988IVr-oC)传热面积校核。计算传热面积S为5.=651.52x10-=33wK£998x49.43S=nd(Ln=x0.019x4x152x60=14.31/?2换热器的面积裕度为4=-=LiS13.34传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。换热壁温核算：管壁热阻很小，可忽略不计，取两边污垢热阻为零计算传热管壁温，则可按照下公式计算管壁温度：TiMcic+t、JaH,n1/y+1/勺r,=0.47;+0.67;=0.4x20+0.6x40=32oC7;n=(7;+7;)=1(20+40)=3Oa=6925W(m2)%,=&u=6600W/(flC)传热管平均壁温：30/6925+32/6600_u11-31.U2C69256600壳体壁温可近似取壳程流体的平均温度,即T=80。CO壳体壁温和传热管壁温差为A,=80-31=49不需要设置温度补偿装置。(2)换热器内压降的核算管程阻力工皿=g+Ap2)FNM他=1,£=1.5,竹二2p2Re二29082,传热管粗超度0.01,查参考文献2中A-Re双对数坐标图得2=0.04»Mf=1.56ms,/?=995.5kg/m3,所以=0.04XX叽，小匹=9690p,0.0152995.5x1.56?=3x=3634P。严二(9690+3634)xlxl.5x2=39972P。小于50kPa,符合要求。五、换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/(Kg/h)280445950进(出)口温度/。C20(40)80.1(80.1)压力/MPa0.010.01物性定性温度°c3080.1密度/(Kgm3)995.5815定压比热容/kJkg4.1731.881黏度/Pas0.8010.308热导率/W(m)0.6180.125普朗特数5.424.61设备结构参数型式管板式壳程数1壳体内径mm350台数1管径mm019mmx2nm管心距mm36管长mm2000管子排列正三角形管数目/根120折流板个数/个Il传热面积/m?14.31折流板间距mm175管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(ms)1.560.478表面传热系数/W(m2oC)69256600污垢热阻/(m2-/W)3.4394X1Ou1.7197XlO4阻力/Pa3178213324热流量ZkW651.35传热温差/K49.43传热系数/Wm2-988裕度/%1.10附属结构选型15本图传热管09X21021C8Ni9Ti14SB907b4折流挡板6=117ICr18Ni9Ti13JB1165-81悬挂式支座A型4Q235-A12本图垫片6=102石棉橡胶板11GB5780-86媒栓M16X7056Q235-A10本图上管板法兰1lCr18Ni9Ti9GB41-86堞母AM124Q235-A8SB934-6拉杆41C8Ni9Ti7本图定距管Vp19x241Cr18Ni9Ti6SB934-5壳体11Cr18Ni9Ti5本图下管板法兰11C8Ni9Ti4本图管箱2lCr18Ni9Ti3SB934-1封头21C8Ni9Ti2本图接管？65x2.541Cr18Ni9Ti1GB9119.6法兰PN0.6DN8011Cr18Ni9Ti件号图号或标准号名称数虽材料单总备注