化工原理课程设计

题目：处理量6.52ⅹ104吨/年正戊烷冷凝器的设计。

专业：化学工程与工艺。

姓名。学号： 1341017410

班级化工13本。

指导教师。起止时间： 2015.11.29-2015.12.19

化学与化学工程系。化工教研室。

2024年12月。

设计任务书。

1. 设计题目。

处理量6.52104吨/年正戊烷冷凝器的设计。

2. 操作条件。

（1）正戊烷：冷凝温度为 51.7℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；

（2）冷却介质：地下水，流量7.8 104 kg/h，入口温度25℃；

（3）允许压降：不大于105pa；

（4）每年按330天计，每天24小时连续生产。

3. 设计任务。

(1) 处理能力：6.52 104吨/年正戊烷；

（2）设备型式：立式列管冷凝器；

（3）选择适宜的立式列管冷凝器并进行核算，设计项目：

（a）设计方案简介：对确定的工艺流程及冷凝器型式进行简要论述；

（b）冷凝器的工艺计算：确定冷凝器的传热面积；

c) 冷凝器的主要结构尺寸设计；

（d）主要辅助设备选型；

（e）绘制换热器**配图。

4. 设计说明书的内容。

1) 封面；

（2）目录；

（3）设计题目及原始数据(设计任务书)；

（4）前沿及简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等；

（5）热量衡算及初步估算换热面积；

6）冷凝器的选型及流动空间的选择；

（7）冷凝器的校核计算；

（8）结构及附件设计计算；

9）冷凝器的主要数据一览表；

10）参考文献；

11）后记及其他(谢辞、符号说明、成绩考核表)等。

5. 设计图的要求。

用594mm×420mm(a2)图纸绘制单元设备工艺流程图1张和设计条件图1张(主视图、2个局部放大图)。

6. 参考书目。

1.《化学工程手册》，化学工程师手册编辑委员会主编，机械工业出版社，2024年8月第1版。

2.《化学工程师技术全书》，邝生鲁主编，化学工业出版社，2024年3月第1版。

3.《化学化工物性数据手册（无机卷、有机卷）》(增订版)，刘光启、马连湘、项曙光主编，化学工业出版社，2024年1月第2版。

4.《化工单元过程及设备课程设计》，匡国柱、史启才主编，化学工业出版社，2024年2月第2版。

5.《简明化工制图》，林大钧主编，化学工业出版社，2024年8月第2版。

6.《化工原理上、下》，陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋主编，化学工业出版社，2024年5月第3版。

7.《化工工艺设计手册》，中国石化集团上海工程****主编，化学工业出版社，2024年8月第4版。

8.《化工计算》，张桂军、沈发治、薛雪主编，化学工业出版社，2024年3月第2版。

9.《化工原理课程设计》，柴诚敬、王军、张缨主编，天津科学技术出版社，2024年7月第1版。

10.《化工原理课程设计》，王国胜主编，大连理工大学出版社，2024年8月第3版。

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即在不同温度的流体间传递热能的装置，又称热交换器。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。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的差别。

在工业生产中，为了工业流程的需要，往往需要进行各种不同方式的热量变换，换热器的种类很多。

一、根据换热器接触方式的不同可分为混合式，蓄热式和间壁式。

1）混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。

2）蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，这类换热器主要用于**和利用高温废气的热量。以**冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

3）间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器。

二、根据传热面的形状和结构特点可分为套壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式）

1）管式换热器：通过壁管传热的换热器。又分为蛇管式换热器和套管式换热器两类。

2）板片式换热器：板片式换热器的传热面是由冷压成形或经焊接连接的金属板材构成的。属于这类的热换器有螺旋式换热器、板式换热器和板翅式换热器等。

三、根据换热器使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器，汽化器，深冷器，再沸器，过热器，蒸发器等。

1）冷凝器是一个可以将气态物质凝结成液态的设备，凝结过程中物质放出潜热，使冷凝器的冷凝温度升高，适用于有相变的过程。

2）优质冷却器是换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量。有间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却器和蛇管式冷却器等。

3）加热器指的是在多股电阻丝绞线外缠绕有玻璃纤维增强耐火纤维层，在耐火纤维层外编织有金属丝增强耐火纤维层，。

4）再沸器（也称重沸器），是使液体再一次汽化。再沸器是一个能够交换热量，同时有汽化空间的一种特殊换热器。它的结构与冷凝器差不多，不过冷凝器是用来降温，而再沸器是用来升温汽化。

5）蒸发器是一种间壁式热交换设备。低温低压的液态制冷剂在传热壁的一侧气化吸热，从而使传热壁另一侧的介质被冷却。被冷却的介质通常是水或空气。

本次课程设计的工艺流程：炼油厂精馏塔塔顶冷凝器蒸汽主要是正戊烷，正戊烷蒸汽从精馏塔塔顶出来进入冷凝器的壳程，在冷凝器的管程通入地下水，换热的两种流体在间壁两侧的流向采用逆流的方式进行，正戊烷经冷凝器冷凝后得到的冷凝液进入产品罐中，宣布这个工段的结束。见附录1。

不同的冷凝器，它的结构[1]、特点与使用目的、场合均不相同，具体情况见表 11：

表 11换热器的结构分类。

由本次正戊烷冷凝器课程设计的设计条件及任务书要求，选用便是间壁式中的列管式换热器。

列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。

列管式冷凝器的应用已有很悠久的历史。现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热器设备中，列管式换热器仍处于主导地位。

列管式换热器的主要优点：

传热面积大、传热效果好、操作弹性较大、结构较简单、重量轻。

1.单位体积所具有的换热面积大，结构简单，操作弹性大，传热效果好，用于高温、高压和大型装置的换热。

2.目前是生产中应用最广泛的换热设备，与其他换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面。

3.可逆流操作的换热器种类较多，当需要的传热面积不太大而所要求的压强较高或传热效果较好。

缺点：列管式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面积的金属消耗量方面无法与板式或板翅式等紧凑式换热器相比。

适用于化工、石油、动力、制冷、食品等行业。

按其安装位置的结构来分，主要有以下两种：

1.立式列管式冷凝器

立式冷凝器的主要特点是：

由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般。

2）垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。

3）冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。

4）管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。

缺点：因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。

2、卧式列管式冷凝器。

它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。卧式冷凝器传热系数较高，不易积气，检修和安装方便。

缺点：但占地面积大，为减薄液膜厚度，安装时应有1/100左右坡度，或将管束斜转一个角度。

综上所述，根据设计任务要求，计算热负荷ｑ，计算有效平均温度差，估算换热面积ａ，计算公称直径ｄ，管程数ｎｐ，管数ｎ，管长ｌ，管子直径ｄ，管子排列方式，初选换热器规格，对所选定的换热器进行总传热系数校核，核算压强降，为换热器的选型做准备，计算并选择附属设备。

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