化工原理 甲醇冷却器设计

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 0306 2015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 ）（3 ?CC，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

2、课程设计任务书 2对课程设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 G300-2.5-12.1 水 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Pa 0.3Mpa 9562 甲醇 环水 常压 (MPa) 温操作度 流量 密流体度 常压 30进 kg/h 3kg/m 0.3 /40出 64进/509562 10600 755.77 994 3主要参考文献： 柴诚敬 主编 化工原理（高等教

3、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 热容) kJ/(kg4.08 6 压定比0.86 m/s 流速 7 1.18 108373 量 W 传热8 20.6 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221 11 积 m换热面25435 1851 W/（12 m）数

4、热传系20.00034421 0.000172 系污垢数13 mK/W 10.3 力阻14 降kPa 14.3 1 数15 程 2 碳材使用16 料钢钢 碳180 径直 252.517 mm mm 6000 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 （一）课程设计的任务和要求：设计方案1 （二）对课程设计成果的要求：图表2 - 3 - （三）主要参考文献2 （四）课程设计工作计划进度2 （五）

5、设计计算过程511 （六）计算结果列表12 1、 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10 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

6、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。 i 2、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?50?57 2管程循环水的定性温度为： 3040t35 2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

7、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 i3计算总传热系数 （1）热流量 10600?3?50108373W64 ?2.629?10?Q?wc?t? opooo3600（2）平均传热温差 ?t?t(64?40)?(50?30)21?21.9?t m?t64-40lnln1 50-30?t2（3）冷却水用量 Q108373?3600

8、O?w?9562.3kg/h i3?（40?30t4.08?10）c? ipi 系数K4）总传热（ 系数管程传热pud994?0.50.02iii13710R? e?0.000725i?c?pduipi0.8.40iiii?0.023（）（） i?diii30.6264.?08?100.0007254.8.00?0.02?3?1137?（10） 0.020.6262?（/m2733.2W2733.2W/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/W R= 0.000172 mso 管壁的导热系数=45 W/

9、(m) 总传热系数K 1K? bddd1oooRR soi?dddoiiim1= 20550.025?000250.020.+0.00?034+0.00017 273?3.20.020?0.020450.0225 - 6 - 2) =423W/(m 4、计算传热面积 Q1083732m?11.69?S? K?t423?21.9 m2 11.69=13.44mS=1.15S=1.1515的面积裕度，考虑 寸 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=

10、17.02n?18根 ?s3.14223600?994d?u?0.020?0.5 ii44 按单程管计算，所需传热管长度为13.44S2mL=?9.51? ?180.025?nd3.14? so按单程管设计，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n? s?60.025?dL3.14 o29 2 =15为每程管数根9562Vs?0.57m/u? ?i3.142215?dn3600?994?0.020 si44 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?5021?1.4R? t?t40?3012t?t40?301

11、2P?0.29 ?t64?3011按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表。可得 ?0.94 t?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?6n?1.19 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?170.38?mm?1.05D=1.05t?32?0.7 180mm 取圆整可D 6）折流档板（的度为壳体内径弓采用形折流板，取弓形折

12、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?d?0.0381?3.53.14?u3600755.77? 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 u1.2 m/s，循取接管内2 95624?4Vm?d?0.053?2?1.23.14?994?u3600 2 。径为60mm取圆整后

13、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1?0.140.55 ?）Pr（0.36?Re3 ooo?dwe当量直径，由正三角形排列得 - 8 - ?3.143322224(0.025(?0.032)?t?d)4? o24420.020m?d e?0.025?d3.14o 壳程流通截面积d0.0252o0.0035m?）?0.18?（1S?BD（1?）?0.09 o0.032t 别流甲醇速及其雷诺数分为壳程10600Vs?1.11mu?/ o0.0035S3600?755.77?o?ud755.77?0.860.0200oe33331?Re o?0.0

14、0039 o 数 普兰特准?c30.00039?2.629?100po5.3?Pr o?0.1919o 粘度校正?14.01?（） ?w10.1919 20.55?）?33331/?5.3?1?1851W（m?0.36?3 o0.020 数 管程对流传热系L60?，10000时可采用公式 当Rei di?0.40.8?ir0.023ReP? iiidi 积截面管程流通?nn?3.1418?6?222cs0.0019md0.020? ii2244? 为分诺速流及其雷数别 水循管程环9562Vs?u?/1.41m i0.0019?3600S994?i?ud9940.020?1.41iii38663

15、?eR? i?0.000725 i 普准特兰数 - 9 - ?c3?100.0007254.08?ipi?4.73Pr i?0.626i 0.62620.40.8?）(m?543532356?4.73?W?/?0.023? i0.020 数K传热系1?K bddd1oooRR sosi?dddoimii1? 1?0.0250.0250.0250.00250.000172?0.000344 18510.0225?0.0200.02045?54352）W（/m?697 S传热面积108373Q2m?S?7.5 20.6?K?t697 m S传热面积该换热器的实际p2?m5.60(18-6)?0.0

16、25?（6?0.06）?S?dLN?3.14? Top 裕度为 该换热器的面积SS?14.1-7.5p88%?100%?H?100%? 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，pst22?uuL?iiii?p?p， 21i22di?0.10.005?度糙热管相对粗由，查莫狄图得Re32356，传 20d3 以994 kg/m， ，所1.18m/s速0.035W/m，流uii21.186994?a?0.035PP?7266 120.020 21.18?994a2076?

17、P?3?P 22 - 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?（?P?Psto12 其中N?1，F?1.15ts流体流经管束的阻力 2?u1oo1)?P?Ffn(N 1oBc220.5F?其中?0.228?0.228?0.47?5?f5?Re?33331o sm/，u?0.86n?9，N?39oBc20.86?755.77Pa236441)?0.47?9?(39?P?0.5 12 阻力 折流板缺口的流体流过2?uB2oo)(3.5?P?N B22Dm0.3,?0.15mD?其中B 22?u0.86?B0.15755.772?2ooa27250P?)?39?N(3.5?)?(3.5P? 2B20.3D2?54PaPa5.444?1?101023644?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 密度 循环水o 压甲醇定比 c 热容水定压热容 比循环po 系数 热甲醇导系数 循环水导热o 甲 度