化工原理课程设计纯苯冷凝器的设计

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5950kg/h的纯苯蒸汽..........22、设备型式：立式列管式冷凝器....................2二、操作条件........................................2三、设计内容........................................21、确定设计方案..................................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........24、计算热负荷...................................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）折流板.................................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1一、设计任务:处理能力：1、常压下5950kg/h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80.1℃，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50KPa。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℃，（冷凝液）出口温度80.1℃冷流体水入口温度20℃，出口温度40℃2、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）ρ=815kg/,μ=3.09×Pa.s,=1.880KJ/kg.k,ƛ=0.1255W/m.K,r=394.2kJ/kg。自来水的定性温度：入口温度：=20℃，出口温度=40℃则水的定性温度为：=（+）/2=（20+40）/2=30℃3m410PC1t2tmt1t2t2根据热量衡算方程：=（-）得=/（-）=1.65×394.2/4.173（40-20）=7.79kg/s（式中=1.65kg/s）两流体在定性温度下的物性参数如下表计算热负荷ƍ==1.65×394.2=651.52kw5、计算平均有效温度差逆流温差=℃温差＞50℃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==15.51mq1r2mq2pc2t1t2mq1mq1r2pc2t1t1mq1r1mq逆m△t43.4940)]-/(80.120)-(80.1[㏑40-80.1-20-1.80）（）（逆mtKQS△49.43×85010×52.65132m流体物性温度℃密度Kg/粘度mPa.s比热容kJ/（kg.℃）导热系数W（m.℃）苯80.18150.3081.8800.1255水30995.50.8014.1730.6173m38、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，内径，外径，材料为碳钢。传热管数量：取30根传热管长度：根据实际情况管子过长采用标准设计，取传热管长米，采用管程4，管子数为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一排管中心距离计算各程相邻管的管心距为36mm位于管束中心线上的管束壳体内径内内径采用多管结构，壳体内径可估算。取管利用率，则壳体内径为192mmmmid=0.015mod=0.019mmms227.79=30995.50.0151.544iqqNAudu15.58.66300.019soSLmNd估1.251.251923.7524tOPdmm24661822tPZmm0.751.199.22cnn4D.5P𝑡√𝑛𝜂=1.05×24×√1200.75=318mm取为350mm按卷制壳体的进级挡，可取D=350mm壳体厚度b取10mmD=350mm,碳钢折流板采用弓形折流板，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.5587.5mm故可以取h9mm取折流挡板间距，则B.5575mm可取B为175mm。折流挡板数目𝑁𝐵传热管长折流板间距−75−（5）接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为1m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为60mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速=2.4m/s，则接管内径为可取管内径为65mm。0.5(0.2)BDDBD1u1441.650.068151mqDmu2u247.790.065995.52.4Dm外径5四、换热器核算（1）换热器面积校核①管程传热膜系数。计算管程流体流通面积管程流体流速及雷诺数普朗特数②壳程传热膜系数。有相变时，蒸汽在垂直管外的对流传热系数为：因长径比:立式应为4～6。故采用立式，故取66000.80.40.023RePriid222600.7850.0150.005()422TiiNSdm37.79/995.51.56/0.0050.0151.56995.5Re290820.80110iums34441.65Re=35917820000.0190.30810emAuduq流通123'0.4320.0077()Reog123'0.423328159.810.12550.0077()3591786600[/()](0.30810)oWm℃o2[/()]Wm℃334.173100.80110Pr5.420.617pC0.80.420.6170.023290825.426925[/()]0.015iWm℃25.70..35LD6③污垢热阻和管壁热阻。查附录9管外侧污垢热阻=1.719710管内测污垢热阻=3.439410已知管壁厚度b=0.002m，碳钢在该条件下的热导率为45W/。④总传热系数K。总传热系数K为⑤传热面积校核。计算传热面积S为换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。⑥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：传热管平均壁温：oR42(/)mW℃iR42(/)mW℃2m℃4421110.0190.0190.00200.01913.4394101.71971069250.0150.015450.0176600988/()ooooiiimoKddbdRiRdddWm℃'3'22651.521013.3499849.430.01941526014.31tmoQSmKtSdLnm1.134.1331.14'ss012012220//1/1/0.40.60.4200.6403211()(2040)30226925[/()]6600[/()]mcmhmchmmcihTtttTTCTTTCWmWm℃℃7℃壳体壁温可近似取壳程流体的平均温度，即T=80℃。壳体壁温和传热管壁温差为℃不需要设置温度补偿装置。（2）换热器内压降的核算①管程阻力Re=29082，传热管粗超度0.01，查参考文献[2]中双对数坐标图得=0.04，=1.56m/s，=995.5kg/m，所以小于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30/692532/660031.021169256600t803149t12()1,1.5,=2itspstppppFNNNFN212ipuld2232ipuReiu3213995.51.560.0496900.0152pPa22995.51.56336342pPa(96903634)11.5239972piPa8流率/（Kg/h）280445950进（出）口温度/℃20(40)80.1(80.1)压力/MPa0.010.01物性定性温度/℃3080.1密度/（Kg/m3）995.5815定压比热容/[kJ/kg·℃]4.1731.881黏度/Pa·s0.8010.308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/mm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11传热面积/m214.31折流板间距/mm175管程数2材质碳钢mmmm2199主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.560.478表面传热系数/[W/(m2·℃)]69256600污垢热阻/（m2·℃/W）3.4394×10-41.7197×10-4阻力/Pa3178213324热流量/kW651.35传热温差/K49.43传热系数/[W/m2·℃]988裕度/%1.10附属结构选型1413121110987654321备注总单材料数量名称图号或标准号件号法兰PN0.6DN80接管?65x2.5GB9119.6本图封头SB934-1本图管箱下管板法兰本图壳体SB934-5定距管φ19×2拉杆本图SB934-6螺母AM12GB41-86上管板法兰本图螺栓M16X70GB5780-8656Q235-A垫片δ=10本图石棉橡胶板2JB1165-81悬挂式支座A型Q235-A415SB907b-41Cr18Ni9Ti折流挡板δ=117传热管φ19×2本图1Cr18Ni9Ti1021Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9TiQ235-A144411224110