化工原理甲醇冷卻器設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)系 別專 業(yè)：學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):起迄日期:2015年06月03日2015年06 月13日指導(dǎo)教師:1 .課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等)： 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)任務(wù)與條件(1) 處理能力10600kg/h 甲醇(2) 設(shè)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(zhì)：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(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。2 .對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求包括圖表、實(shí)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(zhì)量流量kg/h106009562設(shè)計(jì)壓力（MPa）常壓0.33 .主要參考文獻(xiàn):柴誠(chéng)敬主編化工原理（高等教育出版社）賈紹義柴誠(chéng)敬主編化工原理課程設(shè)計(jì)（天津大學(xué)出版社）4 .課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃:序號(hào)起迄日期工作內(nèi)容201563201565設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求201565201568按設(shè)計(jì)任務(wù)和條件計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果201568201561完成電子稿的設(shè)計(jì)i I主指導(dǎo)教師111；日期：1年月日!課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)名稱化工原理課程設(shè)計(jì)2015 年 6 月 3日化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄（一） 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)方案 1（二）對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求：圖表 2（三）主要參考文獻(xiàn) 2（四）課程設(shè)計(jì)

3、工作計(jì)劃進(jìn)度 2（五）設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 511（六）計(jì)算結(jié)果列表 121、設(shè)計(jì)題目甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計(jì)2、設(shè)計(jì)任務(wù) 與操 作條 件處理 能力 10600kg/h 甲醇 設(shè)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(zhì)：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(jì),每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)作。3、設(shè)計(jì)要求選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。設(shè)計(jì)方案1 確定 設(shè)計(jì)方案（1 ）選 擇換熱器 的類 型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度64 C,出口溫度50 C冷流體。冷流體進(jìn)口溫度30

4、 C,出口溫度40 C。從兩流體溫度來(lái)看, 換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會(huì)很大, 因此初步確定選用列管式換熱器。（2）流動(dòng)空間與流速的確定由于循環(huán)冷卻水易結(jié)垢, 為便于清洗, 應(yīng)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(guò)殼體壁面向空氣中散熱,提 高冷卻效果。同時(shí)，在此選擇逆流。選用©25mm X2.5mm 的碳鋼管， 管內(nèi)流速取 ui = 0.5m/s。2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度： 可取流體進(jìn)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(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)。 甲醇在57 C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度p

5、o =755.77 kg/m定壓比熱容導(dǎo)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(jù)：密度定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù)pi =994kg/m3Cpi=4.08 kJ/(kg入=0.626 W/(mC C粘度計(jì)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(shè)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(dǎo)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(jì)算傳熱面積Q 1083732S11.69m2K tm 423 21.9考慮15 %的面積裕度，工藝結(jié)構(gòu)尺寸S=1.15 XS'=1.15 X11.69=13.44m)管徑和管內(nèi)流速與管長(zhǎng)選用？25mm X2.5mm 傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u i =0.5m/s (2 )管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)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(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為. S13.44c 2d°nsL=9.51m3.14 0.025 18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)。若取傳熱管長(zhǎng)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(nèi)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(jié)構(gòu)查溫差校正系數(shù)圖表?？傻胻 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(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正 方形排列。取管心距t=1.25 d 0,貝yt=1.25X25=31.2532mm橫過(guò)管束中心線的管數(shù)nc 1.19 ns 1.19、.18 6根(5 )殼體內(nèi)徑采用雙管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7 ,則殼體內(nèi)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(nèi)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(zhǎng)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(jìn)出口接管取接管內(nèi)甲醇流速為U1 = 3.5m/s,則接管內(nèi)徑為4 10600d I4V1 ； u13600 755.77 3.14 3.50.038m圓整后可取內(nèi)徑為50mm管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速U2 = 1.2 m/s，則接管內(nèi)徑為U2d24V4 95620.053m3600 994 3.14 1.2圓整后可取內(nèi)徑為60mm6 .換熱器核算（1 ）熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式Pro（ ）0.14o 0.36Reo0.55dew當(dāng)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(zhǔn)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(duì)流傳熱系數(shù)1851W/(m2 C)當(dāng)Rei >10000，時(shí)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(zhǔn)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(chǎn)任務(wù)。(2)換熱器內(nèi)流體的壓力降管程流動(dòng)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(duì)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(guò)折流板缺口的阻力管程壓力降在允許范圍之內(nèi)殼程壓力降Po ( P其中Ns 1，F(xiàn)tP2)FtNs1.15流體流經(jīng)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(nèi)。經(jīng)上述計(jì)算和核算，可知所選工藝參數(shù)符合條件，即設(shè)計(jì)的換熱 器能滿足生產(chǎn)要求。設(shè)計(jì)結(jié)果主要符號(hào)說(shuō)明設(shè)備名稱甲醇冷凝冷卻器換熱器形式列管式換熱器設(shè)備型號(hào)G300 n -2.5-12.1工藝參數(shù)序號(hào)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(jìn)/40出64進(jìn)/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(zhǎng)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(shuō)明：-參照標(biāo)5準(zhǔn)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(dǎo)熱系數(shù)Ao循環(huán)水導(dǎo)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(fù)荷Q o平均傳熱溫差tm總傳熱系數(shù)K管程雷諾數(shù)R