化工原理课程设计冷凝器的设计说明

化工原理课程设计

设计题目：6000t乙醇水分离精馏塔冷凝器的设计指导教师：郝媛媛

设计者：韦柳敏

学号： 1149402102 班级：食品本111班

专业：食品科学与工程

设计时间： 2014年6月15日

目录

1.设计任务书及操作条件 (2)

设计任务 (2)

设计要求 (2)

设计步骤 (2)

设计原则 (2)

2.设计方案简介 (3)

3．工艺设计及计算 (4)

确定设计方案 (4)

确定定性温度、物性数据并选择列管式换热器形式 (4)

计算总传热系数 (4)

工艺结构尺寸 (6)

4.换热器的核算 (9)

热量核算 (9)

传热面积 (9)

换热器流体的流动阻力 (9)

设计结果一览表 (10)

5．主要符号说明 (12)

6.设计的评述 (13)

1.设计任务书及操作条件

设计任务：

1)生产能力：833.33kg/h

2)乙醇从78.23℃降到40℃

3)冷却水进口：30℃

4)冷却水出口：40℃

设计要求：

1)设计一个固定管板式换热器

2)设计容要包含

a)热力设计

b)流动设计

c)结构设计

d)强度设计

设计步骤

1)根据换热任务和有关要求确定设计方案

2)初步确定换热器的结构和尺寸

3)核算换热器的传热面积和流体阻力

4)确定换热器的工艺结构

设计原则

1)传热系数较小的一个，应流动空间较大，使传热面两侧的传热系数接近

2)换热器减少热损失

3)管、壳程的决定应做到便于除垢和修理，以保证运行的可靠性

4)应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。从这个角度来讲，顺流式就优于逆流式

5)对于有毒的介质，必使其不泄露，应特别注意其密封性，密封不仅要可靠，而且应要求方便

及简洁

6)应尽量避免采用贵金属，以降低成本

2.设计方案简介

根据任务书给定的的冷热流体的温度，来选择设计一个合适的列管式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。从手册中查得冷热流体的物性数据，计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管流速，确定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等等。然后校正传热温差以及壳程数，确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤计算出壳体径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的径。分别对换热的流量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再计算出面积域度，使其在设计围就能完成任务。

3．工艺设计及计算 确定设计方案

1.列管换热器的选择

由于两流体温差小于50℃且壳方流体不易结垢，因此选择固定管板式换热器。选用φ25mm ×2.5mm 的碳钢管，管流速取u = 0.5m/s .

2.流体流动通道的选择

酒精走壳程，冷却水走管程。冷却水易结垢，走管程易清洗，且冷却水走管程可减少热量损失；酒精走壳程可利用壳体对外散热，利于冷却，同时酒精粘度比较大，当装有折流板时，走管程可在较低的雷诺数能达到湍流，有利于提高壳程一侧的对流传热系数。 确定定性温度、物性数据并选择列管式换热器形式

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

管程冷却水的定性温度:

352

40

30=+=

T ℃ 壳程乙醇的定性温度为：62.612

45

23.78=+=t ℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

计算总传热系数

1.热流量（热量损失3%）:

()()W T T C q Q P m 42111004.24023.7830.23600

33

.833?=-??=

-= 热量损失：610.62W %Q 30== Q

2.平均传热温差 ()()05.21304040

23.78ln 30404023.78ln

2

121=-----=???-?=

?t t t t t m ℃

3.冷却水用量

()()

s kg t T C Q Q w P c /47.03040417462

.6101004.241220=-?-?=--=

4.估算总传热系数K ’

1) 管程传热系数

66

1033.110

95.57

.7925.002.0?=???=

=

i

i

i i ei u d R μρ ()

()

C

m W C d o i i

P i i

i ?=???

?

?????????=???

?

??=-23

.0638

.06

3

.08.0/31.3434156.010595.01030.21033,102

.0156

.0023.0Re 023

.0λμλα

2)

壳程传热系数

假设壳程的传热系数0

α=300）℃m W ?2

/( 3) 污垢热阻

2

00.00017197/R m W

=?℃

20.00034394/i R m W =?℃

4) 管壁的导热系数λ=45）℃m W ?2/(

()

C

m W R d bd d d R d d K O i i i i i ?=+

?+??+??+?=

++++=

--2440

0000'/27.2323001

107197.1025.045025.0025.002.0025.0104394.302

.031.3434025.011

1

αλα 5.热负荷

()()W

t t C w Q P c 4122'1098.130-40174.447.0?=??=-=

6.传热面积

2

4

05.405

.2127.2321098.1'''m t K Q A m =??=??=

考虑15%到25%的安全系数，设计的实际需要面积：

()()2

06.5~65.405.425.1~15.1'25,1~15.1m A A =?=?=取A=5m 2

。

工艺结构尺寸

1.管径和管流速

选用φ25×2.5传热管（碳管），取管流速0.5m/s 。 2.管程数和传热管数

1) 依据传热管径和流速确定单程传热管数 301.35

.002.04

.99447.04

22≈=??=

=

π

π

u

d qV

n i s 根

2) 传热管长度 m nd A L 22.21025

.035

=??==

ππ 3) 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l =3.0m ，则该换 热器管程数为

807.73

22.21≈===

l L N P 管程 传热管总根数： 2483=?=N 根

3.平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 82.3304040

23.782121=--=--=

t t T T R

21.030

23.7830

401121=--=--=

t T t t P

按单壳程，双管程结构，温差校正系数查《化工原理（上册）》第二版图4-20得： 97.0=?t ? 平均传热温差:

42.2005.2197.0=?=?m t ℃ 4.传热管排列和分程方法

采用正三角形排列，取管心距t=1.250d ，则