制藥化工原理課程設(shè)計(jì)

1、制藥化工原理課程設(shè)計(jì)一.設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件某生產(chǎn)過(guò)程的流程如圖所示，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)及進(jìn)料物流患熱 后，用循環(huán)冷卻水將其從110進(jìn)一步冷卻至60之后，進(jìn)入吸收塔吸 收其中的可溶組分。已知混和氣體的流量為227301 kg/h,壓力為6. 9MPa , 循環(huán)冷卻水的壓力為0.4MPa ,循環(huán)水的入口溫度為29,出口溫度為 39，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。反應(yīng)分離器跳然91吸收物性特征：混和氣體在35下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）:密度定壓比熱容 0 =3. 297kJ/kg熱導(dǎo)率0=0.0279w/m粘度循環(huán)水在34下的物性數(shù)據(jù)：密度3 =994. 3 kg/m3定壓

2、比熱容3 =4. 174kj/kg熱導(dǎo)率0 =0. 624w/m1 / 13制藥化工原理課程設(shè)計(jì)粘度匚三三n二.確定設(shè)計(jì)方案1 .選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度noc出口溫度60；冷流 體進(jìn)口溫度29,出口溫度為39C,該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季 操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度 和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。2 .管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。 但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度， 使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣 體走殼程

3、。三.確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體 進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為T(mén)=日=85 管程流體的定性溫度為小日根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對(duì)混合 氣體來(lái)說(shuō)，最可靠的無(wú)形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查 取混合無(wú)辜組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng)的加和方法求出混和氣 體的物性數(shù)據(jù)?；旌蜌怏w在35下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）:2/13制藥化工原理課程設(shè)計(jì)密度定壓比熱容熱導(dǎo)率 粘度0 =3. 297kj/kg 0=0. 0279w/m=1.5X10 Pas循環(huán)水在34密度下的物性數(shù)據(jù):定壓比熱容 熱導(dǎo)率

4、粘度3=994. 3 kg/m33 =4. 174kj/kg0=0. 624w/mU =0. 742X10 Pas四.估算傳熱面積1.熱流量Qi=目 3=227301X3. 297X (110-60)=3. 75X10?kj/h =10416. 66kw2.平均傳熱溫差先按照純逆流計(jì)算，得3 .傳熱面積由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè)K=320W/(m2 k)（參照表5-4,pl42）則估算的傳熱而積為Ap二（算出真的K后需重新計(jì)算）4.冷卻水用量8/13五.工藝結(jié)構(gòu)尺寸1 .管徑和管內(nèi)流速 一般LOT. 5m/s (p406參照附錄20)。選用中25X2. 5較高級(jí)冷拔傳熱管

5、(碳鋼)可以根據(jù)實(shí)際情況選用不同型號(hào)的 管,取管內(nèi)流速u(mài)l. 3m/s (實(shí)際應(yīng)先根據(jù)估算的需交換的熱量算出冷卻水流 量，再根據(jù)選取的管徑計(jì)算出管內(nèi)流速，再根據(jù)管內(nèi)流速計(jì)算出總傳熱系數(shù)， 進(jìn)一步計(jì)算出傳熱面積，最后核對(duì)管速)。2 .管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)Ns=x |按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)= I x I按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7m,則該換熱器的管程數(shù)為Np二 回實(shí)際上要管長(zhǎng)在合理范圍，并非一定要用雙管程傳熱管總根數(shù)Nt=612 X 2=12243 .平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均溫差

6、校正系數(shù)按式(5-97)和式(5-98)有R 二 I x IP 二I X I按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查附錄22 (p409)得平均傳熱溫差L=-=F （公式5-95 pl45）由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程 合適。4 .傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。見(jiàn)圖5-13 （pl30）o取管心距t=L25d?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況調(diào)整,則25X25=31. 2532mm隔板中心到離其最.近一排管中心距離按下列公式計(jì)算S=t/2+6=32/2+6=22 mm （6為隔板厚度）.各程（由于采用的是雙管程）相鄰管的管心距為

7、44 mm0管數(shù)的分成方法，每程各有傳熱管612根，其前后關(guān)于隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3T4選取。5 .殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式D=l. 05t（3-19）估算。取管板利用率n=0.75 ,則殼體內(nèi)徑為按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=1400mm解釋?zhuān)簹そ孛娣e乘以修正系數(shù)1.05.6 .折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為H=0. 25 X 1400=350m，故可 取制藥化工原理課程設(shè)計(jì)h=350mm取折流板間距 B=0. 3D,則 B=0. 3X1400=420mm,可取 B 為 450nlm。折流板數(shù)目Nb=I|折流板圓缺面水平裝

8、配，見(jiàn)圖3-15。7 .其他附件拉桿數(shù)量及直徑按表3-9選取，木換熱器殼體內(nèi)徑為1400mm,故其拉桿直徑為12拉桿數(shù)量不得少于10o殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板，如圖3-17所示。8 .接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為5=10m/s,則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為300mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速5=2.5m/s,則接管內(nèi)徑為圓整后去管內(nèi)徑為360mm六.換熱器核算1 .熱流量核算Nu=f （Re,Pr,Gr） 5-38 （具體見(jiàn) pl26）（1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計(jì)算，見(jiàn)P131有折流板式5-54無(wú)折流板式5-529/13制藥化工原理課程設(shè)計(jì)當(dāng)量直徑正三角形排列

9、公式5-56日二H正方形排列公式5-55日二殼程流體流過(guò)管間最大截面積,依式 5-57 (pl31)得11/13(l-d/t)總截而中空隙的比例殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特?cái)?shù)粘度校正(2)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 按式5-42至式5-51 (pl27)計(jì)算低粘度流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流有管程流體流通截而積m,（1224/2為雙管層）管程流體流速普朗特?cái)?shù)（3）污垢熱阻和管壁熱阻按附錄24查壁而污垢熱阻（p412）,可取 管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 X 管壁熱阻按式3-34計(jì)算,依表3-14,碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/ （m K）。所以 I I（4）傳熱系數(shù)目依式5-86有（5）傳熱面積裕

10、度 依式3-35可得所計(jì)算傳熱面積Ac為該換熱器的實(shí)際傳熱而積為Ap該換熱器的面積裕度為制藥化工原理課程設(shè)計(jì)傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。(如果傳熱面積不夠， 應(yīng)該從重新計(jì)算!)2 .壁溫計(jì)算因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可按?-42計(jì)算。由于 該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？?靠，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15,出口溫度為39c計(jì)算傳熱管壁溫。另外, 由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁 溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì) 算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)

11、污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管 壁溫。于是，按式4-42有式中液體的平均溫度日和氣體的平均溫度分別計(jì)算為a 0.4X39+0. 6X15=24. 6回(110+60)/2=85I I 5887w/m2 kI 1 925. 5w/m2 k傳熱管平均壁溫I x C殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即850殼體壁溫和傳熱 管壁溫之差為1 J o該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。制藥化工原理課程設(shè)計(jì)3 .換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程流體阻力S殼程數(shù),日 管程數(shù)，F(xiàn)尸1.5 管程結(jié)垢校正系數(shù)（正三角形排列），艮=1.4 （正方形排列）； 同由R

12、+35002,傳熱管相對(duì)粗糙度0.01,查圖1-29 （P29）得 曰 ，流速u(mài)=l. 306m/s,J ，所以,換熱管直管內(nèi)阻力換熱接著拐彎處阻力管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力=按式計(jì)軟口 zggz I =5= 山 5= 1*1流體流經(jīng)管束的阻力LKJ14 / 13制藥化工原理課程設(shè)計(jì)|x| o 5Q0 119X38I XI -7516叩門(mén)、:、卜上二*班，山I 1出I國(guó)I-I i/il r t r/iL jz i r/iL( f h j ii l /（3）換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表:參數(shù)殼程流率898560227301進(jìn)/出口溫度/29/39110/60壓力/MPa0.

13、46.9物性定性溫度/3485密度/ (kg/m3)994. 390定壓比熱容/kj/ (kg- k)4. 1743. 297粘度/ (Pa-s)0. 742 X 因1.5X a熱導(dǎo)率（W/mk）0. 6240. 0279普朗特?cái)?shù)4.961. 773設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm1400臺(tái)數(shù)1管徑/mm25X2. 5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm7000管子排列管數(shù)目/根1224折流板數(shù)/個(gè)14傳熱面積/nf673折流板間距/mm450管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果殼程流速/ (m/s)1. 3064.9表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/ (肝k)5887925. 5污垢熱阻/ (mk/W)0. 00060. 0004阻力/ MPa0. 043250. 119熱流量/KW10417傳熱溫差/K48. 3傳熱系數(shù)/W/ (m2-K)400裕度/%24. 9%七.參考文獻(xiàn)：1 .劉積文主編，石油化工設(shè)備及制