化工原理甲醇冷卻器設計

1、設計題目：甲醇冷凝冷卻器的設計系 別專 業(yè)：學生姓名:學號:起迄日期:2015年06月03日2015年06 月13日指導教師:1 .課程設計的內容和要求(包括原始數(shù)據、技術要求、工作要求等)： 設計方案設計任務與條件(1) 處理能力10600kg/h 甲醇(2) 設備形式列管式換熱器(3) 操作條件 甲醇：入口溫度64 C,出口溫度50 C，壓力為常壓。 冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度 30 C，出口溫度40 C，壓力為0.3MPa 允許壓降：不大于 10A5Pa 。 每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行。2 .對課程設計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：圖表物料甲醇水溫度C入口6430出口5

2、040質量流量kg/h106009562設計壓力（MPa）常壓0.33 .主要參考文獻:柴誠敬主編化工原理（高等教育出版社）賈紹義柴誠敬主編化工原理課程設計（天津大學出版社）4 .課程設計工作進度計劃:序號起迄日期工作內容201563201565設計實驗內容和要求201565201568按設計任務和條件計算實驗結果201568201561完成電子稿的設計i I主指導教師111；日期：1年月日!課程設計說明書設計名稱化工原理課程設計2015 年 6 月 3日化工原理課程設計說明書目錄（一） 課程設計的任務和要求：設計方案 1（二）對課程設計成果的要求：圖表 2（三）主要參考文獻 2（四）課程設計

3、工作計劃進度 2（五）設計計算過程 511（六）計算結果列表 121、設計題目甲醇冷凝冷卻器的設計2、設計任務 與操 作條 件處理 能力 10600kg/h 甲醇 設備形式 列管式換熱器 操作條件 甲醇：入口溫度 64 C,出口溫度50 C,壓力為常壓。 冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度30 C,出口溫度40 C,壓力為0.3MPa 允許壓降：不大于 105 Pa。 每年按 330 天計,每天 24 小時連續(xù)運作。3、設計要求選擇適宜的列管式換熱器并進行核算。設計方案1 確定 設計方案（1 ）選 擇換熱器 的類 型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度64 C,出口溫度50 C冷流體。冷流體進口溫度30

4、 C,出口溫度40 C。從兩流體溫度來看, 換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大, 因此初步確定選用列管式換熱器。（2）流動空間與流速的確定由于循環(huán)冷卻水易結垢, 為便于清洗, 應使冷卻水走管程, 甲 醇 走殼程。另外,這樣的選擇可以使甲 醇通過殼體壁面向空氣中散熱,提 高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用©25mm X2.5mm 的碳鋼管， 管內流速取 ui = 0.5m/s。2、確定物性數(shù)據定性溫度： 可取流體進出口 溫度的平均值。 殼程甲 醇的定性溫度為：管程循環(huán)水的 定性溫度為：根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據。 甲醇在57 C下的有關物性數(shù)據如下：密度p

5、o =755.77 kg/m定壓比熱容導熱系數(shù)Cpo=2.629kJ/(kgb=0.1919W/(mC.Cuo =0.00039 Pa粘度循環(huán)水在35 C下的物性數(shù)據：密度定壓比熱容導熱系數(shù)pi =994kg/m3Cpi=4.08 kJ/(kg入=0.626 W/(mC C粘度計算總傳熱系數(shù)W =0.000725 PaQo(2 )t'm)熱流量丄10600Wo Cpo toP 3600平均傳熱溫差J,_t2(64 40) (50 30)In32.629 1CT 6450108373Wln64-4050-3021.9C冷卻水用量108373 3600(3 )OpWi3cpi ti 4.0

6、8 103 (40 30)(4 )總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)rdiUiPi9562.3kg /h0.02 0.5 9940.00072513710i 0.023(dMPi)0.8 dii0.626 0.80.02311371080.0227332W/(m 2 ©殼程傳熱系數(shù)CPi i)0.4i(4.08 16 0.0007250.40.626假設殼程的傳熱系數(shù)ao = 800 W/(m 2q ； 污垢熱阻為Rsi = 0.000344 m2 QWRs。= 0.000172 m2 QW管壁的導熱系數(shù)入=45 W/(m總傳熱系數(shù)KK 10.025生+ R蟲+處+尺。+ 1 idididm+

7、0.000172+丄800ccccc, 0.025 0.0025 0.025+0.00034 12733.2 0.0200.02045 0.0225=423W/(m2計算傳熱面積Q 1083732S11.69m2K tm 423 21.9考慮15 %的面積裕度，工藝結構尺寸S=1.15 XS'=1.15 X11.69=13.44m)管徑和管內流速與管長選用？25mm X2.5mm 傳熱管(碳鋼)，取管內流速u i =0.5m/s (2 )管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)V9562._.門曲ns=17.02 18根s 23142-diUi 3600 9940.0200

8、.544按單程管計算，所需傳熱管長度為. S13.44c 2d°nsL=9.51m3.14 0.025 18按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。若取傳熱管長L=6m，換熱器管程數(shù)為2，則nsSdoL但4429根3.14 0.025 629每程管數(shù)為2 =15根V Uid：ns管內流速 4t2 t11 t140 3064 300.2995620.57m/ s 3 143600 9940.0202 154(3 )平均傳熱溫差校正與殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)64 50 1.440 30按單殼程、雙管程結構查溫差校正系數(shù)圖表。可得t 0.94平均傳熱溫差tm ttm 0.94 11.

9、69 10.99C(4 )傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正 方形排列。取管心距t=1.25 d 0,貝yt=1.25X25=31.2532mm橫過管束中心線的管數(shù)nc 1.19 ns 1.19、.18 6根(5 )殼體內徑采用雙管程結構，取管板利用率n=0.7 ,則殼體內徑為D=1.05t、ns 1.05 32 、1：170.38mm圓整可取D = 180mm(6 )折流檔板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的33.3 %, 則切去的圓缺高度為h = 33.3 % X180 = 59.94mm取折流板間距B = 0.5D，則B = 0.5

10、 X180 = 90mm仁型0 166塊90傳熱管長折流板數(shù)為Nb折流檔板間距折流擋板圓缺面水平裝配（7 ）接管殼程流體進出口接管取接管內甲醇流速為U1 = 3.5m/s,則接管內徑為4 10600d I4V1 ； u13600 755.77 3.14 3.50.038m圓整后可取內徑為50mm管程流體進出口接管取接管內循環(huán)水流速U2 = 1.2 m/s，則接管內徑為U2d24V4 95620.053m3600 994 3.14 1.2圓整后可取內徑為60mm6 .換熱器核算（1 ）熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式Pro（ ）0.14o 0.36Reo0.55dew當量直

11、徑，由正三角形排列得4 匡 0.0322 314 0.0252)243.14 0.0254（申t2才旳de L殼程流通截面積So BD（1 ；）0.090.020m0.02520.18 (1) 0.0035m0.032殼程甲醇流速與其雷諾數(shù)分別為V10600uo1.11m/sSo 3600 755.77 0.0035I deuo 00.020 0.86 755.77 小“一Reo e o 033331o普蘭特準數(shù)0.00039ProCpo 0彳629 103 °.°00395.30.1919粘度校正0.1919n 55oo 0.36333310.55 5.3* * 3 10

12、.020管程對流傳熱系數(shù)1851W/(m2 C)當Rei >10000，時可采用公式i 0.023管程流通截面積i-di2 ni 4 i 2空0.0202空4220.0019m管程循環(huán)水流速與其雷諾數(shù)分別為V9562ui1.41m/sS 3600 994 0.0019diui i 0.020 1.41 994Re 亠J 38663i普蘭特準數(shù)0.0007254.08 103 °.000725 4.730.626i 0.023薦 3235&8 4 S *冷 5435W/(m2 C)傳熱系數(shù)K1Ko1舉 + O.。025 O.。25 + 0.000172 +0.02045

13、0.022511851仏 + RsP + 如 + RSo+ idididmSpd°LNT 3.14 0.025 (6 0.06 (18-6) 5.60m2該換熱器的面積裕度為Sp S14 1-7 5H p 100%100% 88%S7.5傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。(2)換熱器內流體的壓力降管程流動阻力Pi ( P1 其中 Ft =1.4 ,P2)FtNsNpLP1di由 Re = 32356Ns=1, N p=22 iUi，P222iUi2流速 u i = 1.18m/sP10.035，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得入=0.035W/mC,p=994 kg/m3，所以

14、9941.18 27266 Pa260.0201.18 222076 Pa管程總壓力降P(72662076) 1.4 1 21.569 104Pa 105PaR Ffo nc(NB其中Ffo 50.5Re1)nc 9,N B 39, uo 0.86m / sP755.770.8620.5 0.47 9 (391)23644 Pa20.2285 333310.2280.47流體流過折流板缺口的阻力管程壓力降在允許范圍之內殼程壓力降Po ( P其中Ns 1，F(xiàn)tP2)FtNs1.15流體流經管束的阻力p'Nb(3.52B)2ouo2其中 B 0.15m, D 0.3mP2Nb(3.52B)

15、ouOD 239 (3.52 0.150.3 )755.77 0.862227250Pa殼程總壓力降(27250 23644 1.15 1455.444 10 Pa<10 Pa殼程壓力降也在允許壓力降范圍內。經上述計算和核算，可知所選工藝參數(shù)符合條件，即設計的換熱 器能滿足生產要求。設計結果主要符號說明設備名稱甲醇冷凝冷卻器換熱器形式列管式換熱器設備型號G300 n -2.5-12.1工藝參數(shù)序號名稱單位管程殼程1物料名稱循環(huán)水甲醇2操作壓力Pa0.3Mpa常壓3操作溫度C30進/40出64進/50出4流量kg/h9562106005流體密度kg/m 3994755.776定壓比熱容kJ

16、/(kg q4.082.6297流速m/s1.180.868傳熱量W1083739平均溫度差q20.610總傳熱系數(shù)W/m 2 K49711換熱面積m 22112傳熱系數(shù)W/ ( m2 q5435185113污垢系數(shù)m2 K/W0.000344210.00017214阻力降kPa10.314.315程數(shù)2116使用材料碳鋼碳鋼17直徑mm©25 X 2.518018長度mm600019管子規(guī)格18根，管間距32mm , 排列20折流檔板規(guī)格66塊，間距90mm ，切口水平高度33.3%21說明：-參照標5準JB/T4715-92甲醇的定性溫度T循環(huán)水定性溫度t甲醇密度po循環(huán)水密度Pi甲醇定壓比熱容Cp o循環(huán)水定壓比熱容Cpi甲醇導熱系數(shù)Ao循環(huán)水導熱系數(shù)A甲醇粘度u循環(huán)水粘度U甲醇流量Wo循環(huán)水流量Wi熱負荷Q o平均傳熱溫差tm總傳熱系數(shù)K管程雷諾數(shù)R