化工原理课程设计--甲醇冷凝冷却器的设计.doc

化工原理课程设计题 目 甲醇冷凝冷却器的设计 学院名称 化学化工学院 指导教师 职 称 副教授 2013年 12 月 27 日1、课程设计任务书1.1、设计题目甲醇冷凝冷却器的设计1.2、设计任务及操作条件（1）处理能力 13700kg/h 甲醇。（2）设备形式 列管式换热器。（3）操作条件 甲醇：入口温度：64 ，出口温度50 ，压力为常压。 冷却介质：循环水，入口温度30 ，出口温度40 ，压力为0.3 MPa。 允许压降：不大于105 Pa。 每年按330天计，每天24小时连续运行。1.3、设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。【摘要】化工单元操作课程设计是综合运用化工原理课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，并在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。本设计任务是利用循环水给甲醇降温。利用热传递过程中对流传热原则，对换热器进行选型和核算，以供生产需要。此次课程设计的主要内容是通过对甲醇和循环水的分析，以及对换热器进行换热量和压降的核算，然后在我国已制定的管壳式换热器系列标准中选择最佳换热器并用CAD制图等一系列过程。其中换热器的选择、热量核算是一个反复试算的过程，一般需要反复试算23次。所以，换热器的选择计算实际上带有试差的性质。确定设计方案应遵循的主要原则为：满足工艺和操作的要求，经济效益好，确保生产安全。【关键词】换热器，选型，核算，制图11、方案设计 1.1、确定设计方案 1.1.1、选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度64，出口温度50。 冷流体进口温度30，出口温度40。 从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。 1.1.2、流动空间及流速的确定 由于甲醇的粘度比水的大，因此冷却水走管程，甲醇走壳程。另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用252.5 的碳钢管。 1.2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程甲醇的定性温度为：管程流体的定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。甲醇在57下的物性数据如下： 密度 定压比热容 导热系数 粘度 冷却水在35下的物性数据如下： 密度 定压比热容 导热系数 粘度 2、计算总传热系数 2.1、热负荷 2.2、冷却水用量 2.3、平均传热温差由 按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表可知则平均传热温差2.4、初选换热器规格根据两流体情况，假设K=500W/()据此，由换热器系列标准6中选定G273-2.5-14.8型换热器，有关参数如下：公称直径/mm273管子尺寸/mm252.5公称压力/MPa2.5管长/m6换热面积/14.8管子总数32管程数2管子排列方法正三角形中心排管数7管程流通面积/0.005管子材质碳钢导热系数/W/()453、换热器核算 3.1、热量核算 3.1.1、壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程甲醇流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 因壳程中甲醇被冷却，所以粘度校正 则 3.1.2、管程对流传热系数 管程流通截面积,由标准可知管程循环水流速及其雷诺数分别为 普兰特准数则 3.1.3、传热系数K由管子的材质为碳钢，则其管壁导热系数3.1.4、传热面积S该换热器的实际传热面积 该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成换热任务。3.2、换热器内流体的压力降 3.2.1、管程压力降 由Rei18941，传热管相对粗糙度，查莫狄图得i0.035W/m，流速ui0.69m/s，994 kg/m3，所以 所以管程总压力降管程压力降在允许范围之内。3.2.2、壳程压力降流体流经管束的阻力 ，壳程流通面积流速与雷诺准数所以 流体流过折流板缺口的阻力 其中 B=0.3m，D=0.273m则 总压降壳程压力降也在允许压力降范围内。 经上述计算和核算，可知所选工艺参数符合条件，即选取的换热器能满足换热和压降要求。4、设备基本参数与图例4.1、换热器基本参数设备名称冷却器形式固定管板式换热器换热面积14.8m2工艺参数序号名称单位壳程管程1物料名称-甲醇循环冷却水2设计压力MPa（G）0.20.43设计温度80804操作压力MPa（G）常压0.35操作温度64进/50出30进/40出6流量kg/h13700.012358.97密度kg/m3755.779948比热容kJ/(kg)2.6294.089热负荷106kJ/h0.5010平均温差20.611传热系数W/(m2)539.712程数-1213材质-碳钢碳钢14直径mm273252.515长度mm600016压降kPa0.8868.9617管子规格32根，管间距32mm，排列18折流挡板规格19块，间距300mm，切口高度35%19说明：参照标准固定管板式换热器型式与基本参数JB/T4715-924.2、换热器图例序号尺寸/mmA6000B150C150D4500E273参考文献1 夏清,贾绍义.化工原理上册M.2版.天津：天津大学出版社,2012,1.2 贾绍义,柴诚敬.化工单元操作课程设计M.天津：天津大学出版社,2011,9.3 林大钧,于传浩,杨静.化工制图M.北京：高等教育出版社,2007,8.4 秦叔经,叶文邦.换热器M.北京：化学工业出版社,2002,12.5 董其伍,张垚.换热器M.北京：化学工业出版社,2008,12.6 邝生鲁.化学工程师技术全书（上册）M.北京：化学工业出版社,2002,1.7 刘巍.冷换设备工艺计算手册M.北京：中国石化出版社,2003.8 戴遒元.化工概论M.北京：化学工业出版社,2006.9 王静康.化学工程手册M.北京：化学工业出版社,1996.10 陈树功.化学工程手册M.北京：化学工业出版社,1986.11 陈敏恒.化工原理（上册）M.北京：化学工