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: 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)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)及條件（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，出口溫度50，壓力為常壓。 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度40，壓力為0.3MPa。 允許壓降：不大于105Pa。 每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求包括圖表、實(shí)物等

2、硬件要求：圖表物料甲醇水溫度 入口6430出口5040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12015.6.3201設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求2201201按設(shè)計(jì)任務(wù)和條件計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果32015.6.82015.6.13完成電子稿的設(shè)計(jì)主指導(dǎo)教師日期： 年 月 日課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(shū) 目 錄 （一）課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)方案1 （二

3、）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)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)及操作條件 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，出口溫度50，壓力為常壓。 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度40，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，出口溫度50冷流

4、體。冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40。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)空間及流速的確定 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×2.5mm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下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 o=755.7

5、7 kg/m3定壓比熱容 cpo=2.629kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù) o=0.1919W/(m·)粘度 o=0.00039 Pa·s循環(huán)水在35下的物性數(shù)據(jù)： 密度 i=994kg/m3定壓比熱容 cpi=4.08 kJ/(kg·)導(dǎo)熱系數(shù) i=0.626 W/(m·)粘度 i=0.000725 Pa·s3計(jì)算總傳熱系數(shù) （1）熱流量 （2）平均傳熱溫差 （3）冷卻水用量 （4）總傳熱系數(shù)K 管程傳熱系數(shù) 2733.2W/(m2·)殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)o = 800 W/(m2·)； 污垢熱阻為Rsi

6、= 0.000344 m2·/W Rso = 0.000172 m2·/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45 W/(m·)總傳熱系數(shù)K =423W/(m2·)4、計(jì)算傳熱面積 考慮15的面積裕度，S=1.15×S'=1.15×11.69=13.44m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) 選用25mm×2.5mm傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速ui =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) 按單程管計(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為按單程管設(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

7、數(shù)為2，則 每程管數(shù)為=15根管內(nèi)流速 （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) 按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)查溫差校正系數(shù)圖表?？傻?平均傳熱溫差（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 d0，則 t=1.25×25=31.2532mm橫過(guò)管束中心線的管數(shù)（5）殼體內(nèi)徑 采用雙管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.7，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取D180mm （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h33.3×18059.94mm 取折流板間距B0.5D，則B

8、0.5×18090mm 折流板數(shù)為 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 u13.5m/s，則接管內(nèi)徑為 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 u21.2 m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取內(nèi)徑為60mm。6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 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積 殼程甲醇流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 當(dāng)Rei >10000，時(shí)可采用公式管程流通截面積管程循環(huán)水流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器

9、的實(shí)際傳熱面積Sp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)。 （2）換熱器內(nèi)流體的壓力降 管程流動(dòng)阻力 由Re32356，傳熱管相對(duì)粗糙度，查莫狄圖得i0.035W/m·，流速ui1.18m/s，994 kg/m3，所以 管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 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

10、溫度30進(jìn)/40出64進(jìn)/50出4流量kg/h9562106005流體密度kg/m3994755.776定壓比熱容kJ/(kg·)4.082.6297流速m/s1.180.868傳熱量W1083739平均溫度差20.610總傳熱系數(shù)W/m2·K49711換熱面積m22112傳熱系數(shù)W/（m2·）5435185113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mm25×2.518018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)準(zhǔn)JB/T4715-92主要符號(hào)說(shuō)明甲醇的定性溫度T循環(huán)水定性溫度t甲醇密度o循環(huán)水密度i甲醇定壓比熱容cpo循環(huán)水定壓比熱容cpi甲醇導(dǎo)熱系數(shù)o循環(huán)水導(dǎo)熱系數(shù)i甲醇粘度o循環(huán)水粘度i甲醇流量wo循環(huán)水流量wi熱負(fù)荷Qo平均傳熱溫差總