化工原理甲醇冷却器设计.doc

1、设计题目甲醇冷凝冷却器的设计：系别专业：学生姓名 :学号: 2015 年 06月日13日03062015起迄日期 :年月指导教师 :- 0 -化工原理课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：设计方案设计任务及条件（ 1） 处理能力 10600kg/h 甲醇设备形式 列管式换热器 （2）操作条件 ）（3CC，压力为常压。 50 甲醇：入口温度 64 ，出口温度 CC，压力为 0.3MPa40。 冷却介质：循环水，入口温度 30 ，出口温度 允许压降：不大于 105Pa。 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行。- 1 -化工原理课程设计任务书2对课程设

2、计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：图表温度质量流量设计压力 181.19n设备名称 甲醇冷凝冷却器列形式 管式换热器 器换热设备型号序号 1 2 3出 4 5物料甲醇 G300水-2.5-12.1入口工64 艺参数30出口 名称50 单位40 管程 壳程kg/h物料名称操作压力10600 循 Pa9562 甲醇 环水0.3Mpa常压(MPa) 温操作度 流量 密流体度常压 30进0.3 /40 出 64 进kg/h/509562 106003kg/m755.77 9943主要参考文献：柴诚敬主编 化工原理（高等教育出版社）贾绍义 柴诚敬 主编 化工原理课程设计（天津大学出版社）2.629热

3、容 )kJ/(kg 4.08 6压定比 0.86m/s 流速 7 1.18108373 量 W 传热 820.6 差度温 9 平均4课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容设计实验内容和要求2015.6.32015.6.5 1按设计任务和条件计算实验结果 2015.6.52015.6.8 2 完成电子稿的设计 2015.6.82015.6.13 3年 日期：月日 主指导教师2497 总传K10 W/m 数热系 21211积 m 换热面 254351851W/ （12 m）数热传系20.00034421 0.000172系污垢数 13 mK/W10.3力阻 14 降 kPa 14.31 数15

4、程 2碳材使用16 料钢钢碳 180径直 252.517 mmmm6000长 18 度 18 根，管间 19 距 格子管规 32mm，排列折流 20 档板规格 66 块，间距 90mm，切口水平高度33.3% 21- 2 -课程设计说明书化工原理课程设计设计名称2015年6月3日化工原理课程设计说明书目录12- 3 -22511121、 设计题目甲醇冷凝冷却器的设计2、 设计任务及操作条件处理能力10600kg/h 甲醇。设备形式列管式换热器操作条件甲醇：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 0.3MPa。5 Pa。 允许压降：不大于 1

5、0每年按 330 天计，每天 24 小时连续运作。3、 设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。- 4 -设计方案1确定设计方案（ 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。冷流体进口温度 30，出口温度 40。从两流体温度来看， 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。（ 2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水易结垢，为便于清洗，应使冷却水走管程，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 25mm2.5mm 的碳钢管，管内流速取 u= 0.5m/s。 i2

6、、确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程甲醇的定性温度为：64 50572 管程循环水的定性温度为：3040t 352 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下的有关物性数据如下：3=755.77 kg/m 密度 o 定压比热容c=2.629kJ/(kg ) op导热系数 =0.1919W/(m )o 粘度=0.00039 Pas o循环水在 35下的物性数据：3=994kg/m 度密i - 5 -定压比热容c=4.08 kJ/(kg )ip=0.626 W/(m 数 ) 导热系 i =0.000725 Pas 粘度 i 3计算总传热系数（1）热流量1

7、0600350108373W64 2.629 10Q wc topooo 3600（2）平均传热温差tt(64 40) (50 30)2121.9 tmt64-40lnln150-30 t2（3）冷却水用量Q108373 3600O w9562.3kg/hi3 （4030t4.08 10）cipi系数 K 4）总传热（系数管程传热 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( )壳程传热系数2 )；系数= 800 W/(m 传假设壳程的热o 污垢热阻为2 /W = 0.000344 m Rsi 2 /WR= 0.000172 mso管壁的导热系数 =45 W/(m )总传热系数 K1Kbddd1oooR Rsoidddoiiim 1=20550.025 000250.020.+0.00 034+0.00017273 3.20.020 0.020450.0225 - 6 -2 )=423W/( m4、计算传热面积Q1083732m 11.69 SK t423 21.9 m2 11.69=13.44mS=1.15S=1.1515的面积裕度，考虑寸

9、艺结构尺 5、工 速及管长和1）管径管内流（=0.5m/s u 内流速 (碳钢 )，取管传选用 ?25mm2.5mm热管 i管数 ）管程数和传热（ 2 管数 确定单程传热热依据传管内径和流速 9562V=17.02n18 根s3u 0.0200.5ii 44按单程管计算，所需传热管长度为 13.44S mL=9.51180.025 nd3.14so按单程管设2计，传热管过长，宜采用多管程结构。若取传热管长L=6m ，换热器管程数为2，则S13.44 29根 ns 60.025dL3.14o292=15 为每程管数根9562Vs 0.57m/ui3.142215dn36

10、00 994 0.020si44流速管内（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数64 50211.4Rt t40 3012t t40 3012P 0.29t64 3011 按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表。可得0.94t 平均传热温差 t 0.94 11.69 t10.99 m mt （ 4 程列和分方法排）传热管 采两隔列形三按内每，列合用采组排法即程均正角排，板侧 距心取。列形方正用排管则， t=1.25 d 0 - 7 -t=1.2525=31.2532mm的管数过横管束中心线根 6n1.19 sc（5）壳体内径采用双管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为n18s

11、170.38 mm 1.05D=1.05t 32 0.7180mm 取圆整可 D6）折流档板（的度为壳体内径弓采用形折流板， 取弓形折流板圆缺高 圆缺高为度 33.3，则切去的 59.94mm 180h33.3 0.5D，则间取折流板距 B 18090mm B0.5传热管长 6000 1= 1N 66 块 B 折流档板间距 90 流折板数为装折流挡板圆缺面水平配。（7）接管壳程流接管体进出口内径为管 为 u3.5m/s，则接接取管内甲醇流速 1 10600V4 4m d0.0381 3.53.14u3600755.77 1 为 50mm。后可取内径圆整 管口接程流体进出管为径 则接管内环水流速

12、u1.2m/s，循取接管内 2 95624 4Vm d 0.053 2 1.23.14994 u3600 2 。径为 60mm取圆整后可内器核算 6换热核算（ 1）热量 数 系对流传热壳程 恩凯公式折形流板，可采用对圆缺10.140.55）Pr（0.36 Re3ooo dwe 当量直径，由正三角形排列得- 8 -3.143322224(0.025( 0.032)t d)4o24420.020mde0.025 d3.14o壳程流通截面积 d0.0252o0.0035m） 0.18 （ 1S BD（1 ） 0.09o 0.032t别流甲醇速及其雷诺数分为壳程10600Vs1.11mu /o0.00

13、35S3600 755.77 oud755.770.860.0200oe33331Reo0.00039 o 数 普兰特准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数 管程对流传热系L60 ，10000 时可采用公式当 Reidi0.40.8ir0.023RePiii di积截面管程流通nn 3.1418 6222cs0.0019md0.020ii 2244为分诺速流及其雷数别水循管程环9562Vs u/1.41mi0.00193600S994 i

14、 ud9940.0201.41iii 38663 eRi0.000725 i 普准特兰数- 9 -c3 100.0007254.08 ipi4.73Pri0.626i 0.62620.40.8 ） (m 543532356 4.73 W / 0.023i 0.020 数 K传热系 1 K RRbddd1ooososidddoimii 11 0.0250.0250.0250.00250.000172 0.00034418510.0225 0.0200.02045 54352） W（/m697S传热面积 108373Q2mS 7.520.6 K t697 m S 传热面积该换热器的实际p2m5.6

15、0(18-6) 0.025 （6 0.06）S dLN 3.14 Top 裕度为 该换热器的面积SS 14.1-7.5p88% 100% H100%7.5S 。 完成生产任务该面积裕度合适，换热器能够热传降 流体的压力 2（）换热器内程管流动阻力 NN p)F p(p ps21ti =2N=1，N=1.4 其中 F，pst22uuL iiii p p，21i22di0.10.005 度糙热管相对粗由，查莫狄图得 Re32356，传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 管程总压力降 i管程压力降在允许范围之内。壳程压力降）FPN（PPsto12其中N 1，F 1.15ts 流体流经管束的阻力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 折流板缺口的流体流过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 壳程总压力降P （27250 ）1.15o 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，即设计的换热器能满足生产要求。设计结果- 11-主要符号说明JB/T4715-92-12-甲醇的定性T 度定 性温水循环温度度甲醇密密