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第三章 辅助设备 3.1冷凝器的选型

本设计冷凝器选用重力回流直立或管壳式冷凝器

原因：因本设计冷凝器与被冷凝气体走管间，对于蒸馏塔的冷凝器，一般选管壳式冷凝器或空冷器，螺旋板式换热器，以便及时排出冷凝液。冷凝水循环与气体之间方向相反，当逆流式流入冷凝器时，起液膜减少，传热系数增大，利于节省面积，减少材料费用。 取进口（冷却水）温度为t1=20℃(夏季)

冷却水可来自松花江，冷却水出口温度一般不超过40℃，否则易结垢，取出口温度t2=35℃。 泡点回流温度tD’=80.5℃.tD=81.25℃ 被冷凝的气体的平均温度?80.5?81.2520?35?80.88oC，冷凝水的平均温度??27.5oC。在此22前提下，CP?101.16KJ/(kmol?K)?101.16KJ/(79.23kg?K)?1.277KJ/(kg?K)

表3-1 各自对应的相关物性数据 项目 种类 混合气体 冷却后的混合液体 冷凝水 Cp(KJ/(kg˙K)) 1.277 1.880 4.176?103 2.80 813.2 996.3 9.077?10-6 0.306?10-3 0.8453?10-3 0.13 0.125 0.6293 ρ/(kg/m3) μ/Pa˙s λ/W˙m-1K-1 31

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3.1.1计算冷却水流量

Qc3653926.01?103Gc???58332kg/h3CP?(t2?t1)4.176?10?(35?20)

3.1.2冷凝器的计算与选型 冷凝器选择列管式，逆流方式。

'(tD?t1)?(tD?t2)?tm??53.06oC '(t?t)ln[D1](tD?t2)QC?KA?tm

K=550kcal/(m2?h?℃)=2302KJ/(m2?h?℃)

QC3653926.01A???29.91m2K??tm2302?53.06

按双管程计时，初步选定换热器，其具体参数见表3-2： 壳径/mm 公称压力/Mpa 公称传热面积/m2 管程数 壳程数 600 25 44.9m2 2 1 管子尺寸 管长 管子总数 管子排列方式 折流挡板形式 φ25mm?2.5mm 3m 198 正方形斜转45° 圆缺形 32

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3.2冷凝器的核算

3.2.1管程对流传热系数α1

该型号换热器总管数为136根，由于双管程，所以管程的截面积A1为

A1??4?0.022?136?0.760m/s 2这样，管内冷却水的实际流速

u1?58332?0.760m/s996.3?3600?0.0214

CP1?14.176?103?0.8453?10?3P??5.61 r1??0.6293对流传热系数

??1?0.023Re0.8Pr0.4dRe1?du1?1?

?0.02?0.760?996.3?17916?30.8453?10

Pr1?CP1??4.176?103?0.8453?10?3?5.610.6293 d对流传热系数

??1?0.023Re0.8Pr0.4

0.62930.8?17916?5.610.40.02?3446w/(m2?K) ?0.023?3.2.2计算壳程流体对流传热系数?0

0.55130.14?deu0???0?0.36??????0??CP1?0???????0???0???????w0?

取换热列管中心距t=32mm。

流体通过管间的最大截面积，壳程的流通截面积A为

A?hD(1?d00.025)?0.15?0.6?(1?)?0.0197m2t0.032

壳程中蒸汽流速

33

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?u0?V0(R?1)D?MV(2.46?1)?34.02?79.23???46.96m/sAA?V3600?2.8?0.0197 4(t2??de?4?d0d02)4?(0.0322???4??0.025?0.0252)?0.027

1.277?9.077?10?6?10?3Pr0???0.0892?0.132302?639w/(m2?K)3.6639?481?24.7c9 由于流体被冷却，所以取

???????w?0.14Cp??0.95，

于是壳程流体的对流传热系数?0为

?0.5513???d0?0.36?Re0??Pr0???de??w??0.36??0.14

0.13?3911180.55?0.089213?0.95?876w/(m2?K)0.027

3.2.3污垢热阻

管程与壳程污垢热阻分别取Rsi=0.00017/(m2˙K)/w,Rso=0.00034/(m2˙K)/w

K0?11d0d?0di?1di

?0??Rs0?Rsi112525?0.00017?0.00034??203646?20 876 2302?639w/(m2?K)，通过核算，该型号换热器在初选换热器型号时要求传热过程的总系数为3.6在规定的流动条件所能提供的总传热系数为481w/(m2?K)，故所选换热器是合适的。总传热系数的裕度为

639?481?24.7%

639?481w/(m2?K)34

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3.2.4核算传热面积

按核算后所得的总传热系数K0值计算，则完成传热任务所需传热面积A0为

A0?Q3653926.01?1000??39.77m2K0?tm481?53.06?3600

而该型号换热器的实际传热面积A为

A?198?d0l?198?3.14?0.025?3?46.63m2

从传热面积的核算中也可知，所选的换热器是可用的。换热面积的裕度为

46.63?39.27?100%?14.7F.63

3.2.5核算压力降

因为管程和壳程都有压力降的要求，所以要对管程和壳程的压力进行核算。 (1)计算管程压力降 管程压力降计算的通式为

??P?(?P??P)NNiirsp

式中，壳程数Ns=1,管程数Np=2。

Rei?dui?i??0.02?0.760?996.3?17916 ?30.8453?10可知管程流体呈湍流状态。 取管壁粗糙ε=0.1mm,相对粗糙度以

l?u23996.3?0.762?Pi????0.035???1511Pa

d20.022996.3?0.762?863Pa ??Pi?3?2?3?2?di?0.1?0.005，查λ-Re关联图可知摩檫因数λ=0.035。所20?u2于 是

??Pi 74?(1511?86?3)?1?2P4a(2)计算壳程压力降

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