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1、-化工原理换热器设计丁二烯蒸汽冷凝器的设计年级：2021级:逄江华*:2021094068班级：化学工程与工艺班前言一、换热器的种类固定管板式换热器管板式换热器浮头式换热器填料涵式换热器换热器套管式换热器蛇形式换热器二、换热器的特点1.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，它具有构造简单，稳固耐用，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。管壳式换热器根据构造特点分为以下几种：固定管板式换热器固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器构造简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。带有膨胀节
2、的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。浮头式换热器浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但构造复杂，造价高。填料涵式换热器填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，构造简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。2.蛇管式换热器蛇管式换热器是管式换热器中构造最简单，操作最方便的一种换热设备，通常按照换热方
3、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，其优点是构造简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管、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。三、换热器的开展趋势70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的开展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更
4、小，当然，对换热技术的开展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向开展。同时，对其一方面要求本钱适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的开展以CFD(putational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的开展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同构造形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷
5、、空分及制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。设计任务一设计题目：丁二烯蒸汽冷凝器的设计二) 设计任务及操作条件 1：处理能力 7510kg/h饱和丁二烯蒸汽， 2：设备形式立式列管冷凝器 3：操作条件（1） 饱和丁二烯蒸汽：温度40，冷凝潜热为373kJ/kg，冷凝液于饱和温度离开冷凝器（2） 冷却介质：水入口温度15，出口温度35，流量：自己计算（3） 允许压强降：不大于150kpa（4） 饱和丁二烯定性温度下的物性数据：自查（5） 每年按330天计，每天24h连续运行(三设计容：1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算，及校核3、主要设备工艺尺寸设计1立式列管冷凝器构造尺寸确实
6、定2传热面积、两侧流体压降校核3接收尺寸确实定4、设计结果汇总5、换热器装备图及工艺流程图手工绘图要求2号或3号；假设计算机绘图要求3号或4号6、设计评述设计与选型的具体步骤一估算传热面积，初选换热器型号1.查取冷热流体在该定性温度下的物性。2.根据换热任务，计算传热量。3.确定流体在换热器中的流动途径。4.计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数。5.根据两流体的温度差和设计要求，确定换热器的型号6.根据换热流体的性质及设计经历，选取总传热系数值K选7.根据总传热系数方程，初步计算传热面积S，并确定换热器的根本尺寸或按系列标准选设备规格。二计算管壳程压力降1.壳程
7、压力降.2.管程压力降。三核算总传热系数1壳程对流传热系数2.管程对流传热系数3.污垢热阻4.总传热系数K5.K值与K选比较，假设K/K选=1.151025，则初选换热器适宜，否则另选K选，重新计算，步骤同上。1、估算传热面积，初选换热器型号1.1根本物性数据的查取:因为是用水冷凝1,3-丁二烯，所以其温度不变，其定性温度为40此温度下的丁二烯的物性参数：冷却水的定性温度：T= =25此温度下的水的物性参数：=0.0008937=4.179 =0.6075W2、计算冷凝量、热负荷、水耗量、普兰特准数、平均传热温差平均传热温差由R、P值，查图5-11a=1.0，因为0.8，选用单壳程可行。3、确
8、定管径和初选管速从腐蚀性、传热面积和价格三方面综合考虑后，选用=0.02m。综合考虑管Re,管程压降方面的因素，水的流速选为0.6。4、估算总传热系数K有机物蒸汽-水系统冷凝操作的传热系数K值围为壳程传热系数：假设壳程的传热系数污垢热阻管壁的导热系数5、计算传热面积传热面积6、确定换热器工艺构造尺寸6.1单程管数为：6.2 单程管长为：6.3选定换热器管长，则管程数为取程，则总管数为：6.4初选换热器根据，选用G700-2-16-158.4列管换热器，其实际传热面积为158.4，有关参数如下：公称直径公称压力传热面积管程数管数管长 2管子规格管心距管子排列方式正三角形6.5管程压降的计算其中，
9、为选定换热器的实际操作流速，由下式计算由于，根据传热管相对粗糙度0.0075，查莫狄图得，又取管程结垢校正系数，故得管程压降为因此，压降满足要求.6.6计算管给热系数故6.7 计算冷凝给热系数一般情况下，水平管的冷凝给热系数大于垂直管的冷凝给热系数，所以列管换热器选用水平安装方式。对于n根水平管束，可用下式计算冷凝给热系数6.8 计算K值6.9 计算传热面积及平安系数实际换热器的传热面积为158.4，故平安系数为有适宜的传热面积裕度，该换热器能够完成生产任务。6.10 计算管束与壳体温差根据对流传热速率可得故而管束的平均温度为则壳体与管束的温差为以上各项计算结果说明，所选型号的换热器合用。6.
10、11. 计算接收壳程流体进出接收：饱和丁二烯蒸汽的密度,取丁二烯流速为，则丁二烯入口接收径为：取标准管径为，取标准管取接收丁二烯流速为，则接收径为取标准管径为，取标准管管程流体进出接收：取接收循环水流速，则接收径为取标准管径为，取标准管6.12计算折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%，则切去的圆缺高度为取折流板间距 B=0.3D,则折流板数折流板圆缺面水平装配。7、换热器的主要构造尺寸和计算结果表1冷热流体物性数据表物料名称操作压操作温度污垢系数导热系数比热流体密度粘度冷却水0.115/350.000580.60754.179996.80.0008937丁二烯0.1400
11、.0001760.2482.05950.000275表2管程、壳程计算数据表名称流量流速传热量总传热系数对流传热系数阻力降程数使用材料管程33587.90.17778.1408.21054.1635.22无缝钢管壳程751032801无缝钢管表3 工艺设备尺寸表换热器型式换热面积/管子规格管数管长管间距排列方式折流板型式间距切口高度壳体径固定管板式158.4342200032三角形上下30025%70011参考文献1贾绍义柴诚敬主编 .化工原理课程设计M. *：*大学，2002年2王志魁主编 .化工原理第三版M. ：化学工业，2007年3集团工程组织编写董其伍垚等编M .石油化工设备设计选用手册换热器：化学工业，2021年4化工学院全国图算学培训中心组织编写光启马连湘杰主编.化学化工物性数据手册 (有机卷) ：化学工业 2002年换热器装备图. z.
