化工原理甲醇冷卻器設(shè)計.doc

1、設(shè)計題目甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計：系別專業(yè)：學(xué)生姓名 :學(xué)號: 2015 年 06月日13日03062015起迄日期 :年月指導(dǎo)教師 :- 0 -化工原理課程設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計的內(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)計方案設(shè)計任務(wù)及條件（ 1） 處理能力 10600kg/h 甲醇設(shè)備形式 列管式換熱器 （2）操作條件 ）（3CC，壓力為常壓。 50 甲醇：入口溫度 64 ，出口溫度 CC，壓力為 0.3MPa40。 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度 30 ，出口溫度 允許壓降：不大于 105Pa。 每年按 330 天計，每天 24 小時連續(xù)運行。- 1 -化工原理課程設(shè)計任務(wù)書2對課程設(shè)

2、計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：圖表溫度質(zhì)量流量設(shè)計壓力 181.19n設(shè)備名稱 甲醇冷凝冷卻器列形式 管式換熱器 器換熱設(shè)備型號序號 1 2 3出 4 5物料甲醇 G300水-2.5-12.1入口工64 藝參數(shù)30出口 名稱50 單位40 管程 殼程kg/h物料名稱操作壓力10600 循 Pa9562 甲醇 環(huán)水0.3Mpa常壓(MPa) 溫操作度 流量 密流體度常壓 30進0.3 /40 出 64 進kg/h/509562 106003kg/m755.77 9943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(shè)計（天津大學(xué)出版社）2.629熱

3、容 )kJ/(kg 4.08 6壓定比 0.86m/s 流速 7 1.18108373 量 W 傳熱 820.6 差度溫 9 平均4課程設(shè)計工作進度計劃：序號起迄日期工作內(nèi)容設(shè)計實驗內(nèi)容和要求2015.6.32015.6.5 1按設(shè)計任務(wù)和條件計算實驗結(jié)果 2015.6.52015.6.8 2 完成電子稿的設(shè)計 2015.6.82015.6.13 3年 日期：月日 主指導(dǎo)教師2497 總傳K10 W/m 數(shù)熱系 21211積 m 換熱面 254351851W/ （12 m）數(shù)熱傳系20.00034421 0.000172系污垢數(shù) 13 mK/W10.3力阻 14 降 kPa 14.31 數(shù)15

4、程 2碳材使用16 料鋼鋼碳 180徑直 252.517 mmmm6000長 18 度 18 根，管間 19 距 格子管規(guī) 32mm，排列折流 20 檔板規(guī)格 66 塊，間距 90mm，切口水平高度33.3% 21- 2 -課程設(shè)計說明書化工原理課程設(shè)計設(shè)計名稱2015年6月3日化工原理課程設(shè)計說明書目錄12- 3 -22511121、 設(shè)計題目甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計2、 設(shè)計任務(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。5 Pa。 允許壓降：不大于 1

5、0每年按 330 天計，每天 24 小時連續(xù)運作。3、 設(shè)計要求選擇適宜的列管式換熱器并進行核算。- 4 -設(shè)計方案1確定設(shè)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，出口溫度 50冷流體。冷流體進口溫度 30，出口溫度 40。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 25mm2.5mm 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 u= 0.5m/s。 i2

6、、確定物性數(shù)據(jù)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：64 50572 管程循環(huán)水的定性溫度為：3040t 352 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：3=755.77 kg/m 密度 o 定壓比熱容c=2.629kJ/(kg ) op導(dǎo)熱系數(shù) =0.1919W/(m )o 粘度=0.00039 Pas o循環(huán)水在 35下的物性數(shù)據(jù)：3=994kg/m 度密i - 5 -定壓比熱容c=4.08 kJ/(kg )ip=0.626 W/(m 數(shù) ) 導(dǎo)熱系 i =0.000725 Pas 粘度 i 3計算總傳熱系數(shù)（1）熱流量1

7、0600350108373W64 2.629 10Q wc topooo 3600（2）平均傳熱溫差tt(64 40) (50 30)2121.9 tmt64-40lnln150-30 t2（3）冷卻水用量Q108373 3600O w9562.3kg/hi3 （4030t4.08 10）cipi系數(shù) K 4）總傳熱（系數(shù)管程傳熱 pud9940.50.02iii 13710Re0.000725i c pduipi0.8.40iiii0.023（）（）i diii3 0.6264. 08 100.0007254.8.00 0.02 3 1137 （10）0.020.6262（/m2733.2W

8、2733.2W/m( )殼程傳熱系數(shù)2 )；系數(shù)= 800 W/(m 傳假設(shè)殼程的熱o 污垢熱阻為2 /W = 0.000344 m Rsi 2 /WR= 0.000172 mso管壁的導(dǎo)熱系數(shù) =45 W/(m )總傳熱系數(shù) K1Kbddd1oooR Rsoidddoiiim 1=20550.025 000250.020.+0.00 034+0.00017273 3.20.020 0.020450.0225 - 6 -2 )=423W/( m4、計算傳熱面積Q1083732m 11.69 SK t423 21.9 m2 11.69=13.44mS=1.15S=1.1515的面積裕度，考慮寸

9、藝結(jié)構(gòu)尺 5、工 速及管長和1）管徑管內(nèi)流（=0.5m/s u 內(nèi)流速 (碳鋼 )，取管傳選用 ?25mm2.5mm熱管 i管數(shù) ）管程數(shù)和傳熱（ 2 管數(shù) 確定單程傳熱熱依據(jù)傳管內(nèi)徑和流速 9562V=17.02n18 根s3u 0.0200.5ii 44按單程管計算，所需傳熱管長度為 13.44S mL=9.51180.025 nd3.14so按單程管設(shè)2計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。若取傳熱管長L=6m ，換熱器管程數(shù)為2，則S13.44 29根 ns 60.025dL3.14o292=15 為每程管數(shù)根9562Vs 0.57m/ui3.142215dn36

10、00 994 0.020si44流速管內(nèi)（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)64 50211.4Rt t40 3012t t40 3012P 0.29t64 3011 按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)查溫差校正系數(shù)圖表?？傻?.94t 平均傳熱溫差 t 0.94 11.69 t10.99 m mt （ 4 程列和分方法排）傳熱管 采兩隔列形三按內(nèi)每，列合用采組排法即程均正角排，板側(cè) 距心取。列形方正用排管則， t=1.25 d 0 - 7 -t=1.2525=31.2532mm的管數(shù)過橫管束中心線根 6n1.19 sc（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n18s

11、170.38 mm 1.05D=1.05t 32 0.7180mm 取圓整可 D6）折流檔板（的度為殼體內(nèi)徑弓采用形折流板， 取弓形折流板圓缺高 圓缺高為度 33.3，則切去的 59.94mm 180h33.3 0.5D，則間取折流板距 B 18090mm B0.5傳熱管長 6000 1= 1N 66 塊 B 折流檔板間距 90 流折板數(shù)為裝折流擋板圓缺面水平配。（7）接管殼程流接管體進出口內(nèi)徑為管 為 u3.5m/s，則接接取管內(nèi)甲醇流速 1 10600V4 4m d0.0381 3.53.14u3600755.77 1 為 50mm。后可取內(nèi)徑圓整 管口接程流體進出管為徑 則接管內(nèi)環(huán)水流速

12、u1.2m/s，循取接管內(nèi) 2 95624 4Vm d 0.053 2 1.23.14994 u3600 2 。徑為 60mm取圓整后可內(nèi)器核算 6換熱核算（ 1）熱量 數(shù) 系對流傳熱殼程 恩凱公式折形流板，可采用對圓缺10.140.55）Pr（0.36 Re3ooo dwe 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得- 8 -3.143322224(0.025( 0.032)t d)4o24420.020mde0.025 d3.14o殼程流通截面積 d0.0252o0.0035m） 0.18 （ 1S BD（1 ） 0.09o 0.032t別流甲醇速及其雷諾數(shù)分為殼程10600Vs1.11mu /o0.00

13、35S3600 755.77 oud755.770.860.0200oe33331Reo0.00039 o 數(shù) 普蘭特準(zhǔn)c30.00039 2.629 100po5.3Pro 0.1919o 粘度校正 14.0 1（）w 10.191920.55）33331/ 5.3 1 1851W（m0.36 3o0.020數(shù) 管程對流傳熱系L60 ，10000 時可采用公式當(dāng) Reidi0.40.8ir0.023RePiii di積截面管程流通nn 3.1418 6222cs0.0019md0.020ii 2244為分諾速流及其雷數(shù)別水循管程環(huán)9562Vs u/1.41mi0.00193600S994 i

14、 ud9940.0201.41iii 38663 eRi0.000725 i 普準(zhǔn)特蘭數(shù)- 9 -c3 100.0007254.08 ipi4.73Pri0.626i 0.62620.40.8 ） (m 543532356 4.73 W / 0.023i 0.020 數(shù) K傳熱系 1 K RRbddd1ooososidddoimii 11 0.0250.0250.0250.00250.000172 0.00034418510.0225 0.0200.02045 54352） W（/m697S傳熱面積 108373Q2mS 7.520.6 K t697 m S 傳熱面積該換熱器的實際p2m5.6

15、0(18-6) 0.025 （6 0.06）S dLN 3.14 Top 裕度為 該換熱器的面積SS 14.1-7.5p88% 100% H100%7.5S 。 完成生產(chǎn)任務(wù)該面積裕度合適，換熱器能夠熱傳降 流體的壓力 2（）換熱器內(nèi)程管流動阻力 NN p)F p(p ps21ti =2N=1，N=1.4 其中 F，pst22uuL iiii p p，21i22di0.10.005 度糙熱管相對粗由，查莫狄圖得 Re32356，傳20d以 994 kg/m， ，3所 1.18m/s 速 0.035W/m，流 uii 21.186994 a 0.035PP7266120.02021.18 994

16、a2076 P 3 P22- 10-54 P （7266 2076） 1.4 1 2 1.569 10Pa 10Pa 管程總壓力降 i管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降）FPN（PPsto12其中N 1，F(xiàn) 1.15ts 流體流經(jīng)管束的阻力2u1oo1)P Ffn(N1oBc 220.5F其中0.228 0.2280.47 5 f5 Re 33331o sm/，u 0.86n 9，N 39oBc20.86 755.77Pa236441)0.47 9 (39P 0.512阻力 折流板缺口的流體流過2uB2oo)(3.5P NB22Dm0.3,0.15mD 其中 B22 u0.86 B0.15755.772 2ooa27250P ) 39 N(3.5 ) (3.5P2B20.3D254PaPa5.444 1101023644 殼程總壓力降P （27250 ）1.15o 殼程壓力降也在允許壓力降范圍內(nèi)。經(jīng)上述計算和核算， 可知所選工藝參數(shù)符合條件，即設(shè)計的換熱器能滿足生產(chǎn)要求。設(shè)計結(jié)果- 11-主要符號說明JB/T4715-92-12-甲醇的定性T 度定 性溫水循環(huán)溫度度甲醇密密