甲醇冷凝器設(shè)計計算

1、1.1 確定物性數(shù)據(jù)熱流體進口溫度：337.85K,出口溫度：337.85K冷流體進口溫度：300.15K,出口溫度：317.15K定性溫度:可取流體進口溫度的平均值。殼程甲醇蒸氣的定性溫度為=337.85K，=337.85K，= 337.85K管程冷卻水的定性溫度為=300.15K，=317.15 ， t=(300.15+317.15)/2=308.15K根據(jù)定性溫度，分別查取相關(guān)文獻1，【2】殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)甲醇蒸氣在337.15K下的物性數(shù)據(jù):密度 =1.19 定壓比熱容 =1.620熱導(dǎo)率 =0.013粘度 =0.011汽化潛熱 =1100冷卻水在308.15K下的有關(guān)物性

2、數(shù)據(jù):密度 =994.06 定壓比熱容 =4.165熱導(dǎo)率 =0.623粘度 =0.72451.2 估算傳熱面積1.2.1熱流量甲醇質(zhì)量流量：=1.2×3600×1.19=5140.8=1.428甲醇熱負荷：=5140.8×1100=5.655×=1570.81.2.2平均傳熱溫差=其中=，= ，=337.85K1.2.3冷卻水用量=5.655×/4.165×（317.15-300.15）=79867.2 =22.21.2.4傳熱面積初值估算查文獻1取總傳熱系數(shù)K=800估算傳熱面積:=1570.8×/（800×2

3、8.36）=69.2351.3 核算總傳熱系數(shù)K1.3.1管徑和管內(nèi)流速 選用19mm×2mm的碳鋼管，取管內(nèi)=0.57,其內(nèi)徑，外徑1.3.2計算管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)=221.83221（根）按單管程計算，所需傳熱管長度為=5.25m根據(jù)傳統(tǒng)換熱器管長可取6米單程換熱器，則傳熱管總根數(shù)=221（根）1.3.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù) R=0P=0.45查文獻4，按單殼程溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表?？傻?1平均傳熱溫差=1×28.36=28.361.3.4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。取管心距

4、t=1.25d0，則 t=1.25×19=23.7525(mm)查文獻8，對于單管程換熱器，橫過管束中心線的管數(shù)根管束的分程方法：采用單管程共有傳熱管221根，1.3.5殼體內(nèi)徑本設(shè)計采用單管程結(jié)構(gòu)正三角形排列，查文獻6，殼體內(nèi)徑可用下式計算：D=t（）+，管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)徑的距離則殼體內(nèi)徑為：D=428.5mm圓整后取殼體直徑為D=500mm1.3.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高為=0.25×500=125mm兩相鄰折流擋板的距離（板間距）為：h=0.8×500=400mm，故可取h=400mm,

5、折流板數(shù)目：=-1=14（塊）折流板圓缺面水平裝配。1.3.7污垢熱阻和管壁熱阻管程冷卻水的污垢熱阻 =0.00034殼程純凈甲醇氣體的污垢熱阻 =0管壁熱阻= ，其中b為傳熱管壁厚，m ；為管壁熱導(dǎo)率，碳鋼在308.15K下的熱導(dǎo)率為51.10，所以=0.0000391.3.8管程給熱系數(shù)管內(nèi)流通面積 =××221=0.0390管內(nèi)流速 =0.5726管內(nèi)雷諾系數(shù) =11784.65（湍流）管內(nèi)普朗特數(shù) =4.844對流傳熱系數(shù)=32451.3.9殼程給熱系數(shù) 查文獻4，殼程對流傳熱系數(shù) 式中，為比汽化熱，為冷凝液的密度，為冷凝液的熱導(dǎo)率,為冷凝液的黏度,為飽和溫度與外壁

6、溫度之差，n為水平管束在垂直列上的管子數(shù)，該換熱器為單管程單殼程共221跟管子，管子按照三角形排列，則有n10定性溫度取膜溫，即 現(xiàn)假設(shè)管外壁溫，則,在該定性溫度下：， =28051.3.10壁溫核算熱流體在管內(nèi)流動，=337.15K，則單根水平管的傳熱量，根據(jù)壁溫公式有式中，為管外壁溫，為管內(nèi)壁溫，為管程冷卻水污垢熱阻， 為殼程純凈甲醇氣體的污垢熱阻，b為管厚度，為單根換熱管的內(nèi)表面積，為單根換熱管外表面積，為單根換熱管平均表面積，為碳鋼熱導(dǎo)率。，求得 =330.07K，這與假設(shè)相差不大，可以接受。1.3.11計算總傳熱系數(shù)K式中 為管子內(nèi)徑，為管子外徑，為管子平均直徑，為管程傳熱系數(shù)，為殼程傳熱系數(shù)。為管程污垢熱阻，殼程污垢熱阻，為碳鋼熱導(dǎo)率將已知數(shù)據(jù)代入上式，得=818.831.3.12計算傳熱面積裕度傳熱面積實際傳熱面積=3.14×0.019×6×221=79.109該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。1.4 核算壓力降1.4.1管程壓降查文獻9，式中，為結(jié)垢校正系數(shù)；殼程數(shù)；為管程數(shù)；為直管阻力壓強降，;為回彎管壓強降，；查文獻3，取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm,則，而，于是對正三角形排列=1.4，且=1，=1，則1.4.2殼程壓降殼體流通面積 =0.