正戊烷立式管壳式冷凝器设计示例（标准系列）

(一)设计任务

(1) 处理能力:2．376 ×104t/a 正戊烷;

(2) 设备形式:立式列管式冷凝器。

(二)操作条件

(1) 正戊烷:冷凝温度51．7℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器;

(2) 冷却介质:井水，流量70000kg/h，入口温度32℃;

(3) 允许压降:不大于105Pa;

(4) 每年按330 天，每天按24h 连续运行。

(三)设计要求

选择适宜的列管式换热器并进行核算。

(四)设计计算

1．确定流体流动空间

冷却水走管程，正戊烷走壳程，有利于正戊烷的散热和冷凝。

2．计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

正戊烷液体在定性温度(51．7℃) 下的物性数据( 可查相关资料) : ρ =596kg/m3，μ =1．8 ×10－4Pa·s，cp =2．34kJ/( kg·℃) ，λ =0．13W/( m·℃) ，r =357．4kJ/kg。井水的定性温度: 入口温度为t1 = 32℃，出口温度为:

两流体的温差Tm-tm =51．7-33．84 =17．86℃＜50℃

故选固定管板式换热器。

两流体在定性温度下的物性数据如表2-13 所示。

表2-13　正戊烷液体和井水在定性温度下的物理性质

3．计算热负荷

计算热负荷的公式如下:

4．计算有效平均温度差

5．选取经验传热系数K 值

根据管程走井水，壳程走正戊烷，总传热系数K =470 ～815W/( m2·℃) ，现暂取K =500W/( m2·℃) 。

6．估算换热面积

估算换热面积的公式如下:

7．初选换热器规格

立式固定管板式换热器的规格如下:

公称直径D:500mm

公称换热面积S:40m2(www.xing528.com)

管程数Np:2

管数n:172

管长L:3．0m

管子直径:φ25 ×2．5mm

管子排列方式:正三角形

换热器的实际换热面积:

8．核算总传热系数Ko

(1) 计算管程对流传热系数αi。

(2) 计算壳程对流传热系数αo。因为立式管壳式换热器，壳程为正戊烷饱和蒸气冷凝为饱和液体后离开换热器，故可按蒸气在垂直管外冷凝的计算公式计算αo。

现假设管外壁温tw =40℃，则冷凝液膜的平均温度为0．5( ts +tw) =0．5 ×( 51．7 +40) =45．85℃，这与其饱和温度很接近，故在平均膜温45．85℃下的物性可沿用饱和温度51．7℃下的数据，在层流下:

(3) 确定污垢热阻。

(4) 总传热系数Ko。

所选换热器的安全系数为［(565-427) /427］×100% =32．3%

表明该换热器的传热面积裕度符合要求。

(5) 核算壁温与冷凝液流型。核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似计算公式计算:

tw =40．4℃，这与假设相差不大，可以接受。

核算流型:

9．计算压强降

(1) 计算管程压降。

∑Δpi = ( Δp1 + Δp2) FtNpNs ( Ft为结垢校正系数，Np为管程数，Ns为壳程数)

取碳钢的管壁粗糙度为0．1mm，则ε/d = 0．005 ，而Rei =20123，于是

对φ25 ×2．5mm 的管子有Ft =1．4，且Np =2，Ns =1

(2) 计算壳程压力降。壳程为恒温恒压蒸汽冷凝，可忽略压降。由此可知，所选换热器是合适的。