甲醇加热器设计说明书 wps 2

1、化工原理课程设计 甲醇加热器的设计 班级：过控114班 姓名：辛霖 学号：2011112083 指导教师：佟白 日期：2013.8.199.1目录1、 简介12、 设计任务书23、 工艺计算 33.1 确定设计方案 33.2 确定物性数据 33.3 计算中涉及到的符号说明 43.4 估算传热面积43.5 工艺结构尺寸64、 换热器计算84.1 传热能力核算84.2 壁温核算94.3 核算压强降105、 设备参数计算 125.1 壳体壁厚125.2 接管法兰135.3 设备法兰135.4 封头设计145.5 支座设计155.6 换热器主要结构尺寸和计算结果表166、 参考文献187、 设计总结1

2、925一、方案简介本设计任务是利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。2、 设计任务书 齐

3、齐哈尔大学 化工原理课程设计任务书专业：过程装备与控制工程班级：过控114班姓名：辛霖设计日期：2013.8.199.1设计题目：甲醇加热器设计用420K的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲醇处理量为2500kg/h,甲醇由338K上升到393K。设计条件： 1.两侧污垢热阻为1/8700 m2/K 2.热损失3%。 3.初设K=58.2W/m 设计要求：1. 设计满足以上条件的换热器，并写出设计说明书2. 根据所选换热器，画出设备装配图 指导教师：佟白 2013年8月19日3、 工艺计算 3.1 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420K，出口温度420K。冷流体

4、进口温度338K，出口温度393K。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，因此初步确定选用固定管板式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于该换热器是具有饱和蒸汽冷凝的换热器，且蒸汽较清洁，它对清洗无要求，故应使用水蒸汽走壳程，以便排除冷凝液。所以甲醇走管程，水蒸汽走壳程。选用252.5的碳钢管，取管内流速取ui=20m/。 3.2 确定物性数据 定性温度：由于甲醇的粘度较小，其定性温度可取流体进口温度的平均值。 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。密度 （kg/m3）定压比热容Cp（kJ/kg） 导热系数 (W

5、/m)粘度 (Pas)潜热 (kJ/kg)水蒸气（420K）2.4151.920.02600.0001482128.8甲醇（365.5K）1.091.340.02220.0000121 3.3 计算中涉及到的符号说明：传热面积A雷诺准数Re折流板距B截面积S定压比热容Cp温度T,t平均传热温差流速U直径D,d,体积V校正系数F，传热系数高度H壁厚总传热系数K密度长度L许用应力质量M导热系数管数/板数N黏度普兰特常熟Pr变量代号热负荷Q热阻R3.4 估算传热面积3.4.1 平均传热温度3.4.2 热流量3.4.3 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程温差校正系数应查有关图表。

6、可得 ：平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，壳程流体流量较大，故取单壳程合适。3.4.4 传热面积设估算传热面积为：（估算性影响，根据前述经验范围，取实际传热面积为估算值的1.15倍）3.4.5 水蒸气的流量3.5 工艺结构尺寸3.5.1 管径和管内流速选用较高级碳钢传热管取管内流速3.5.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数：按单管程计算，所需要的传热管长度为：则换热器的管程的管程数为：3.5.3 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。取管心距t=1.25 d0则 t=1.2525=31.2532(mm)隔板中心到其最近一排管中心距离按

7、计算得：3.5.4 壳体内径 按卷制壳体的进及挡，可取D=400mm3.5.5 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为h0.25400100mm，故可取h100 mm。 取折流板间距B0.3D则B0.3400120mm，可取B为150mm。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=2000/150-1=12块)折流板圆缺面水平装配。 3.5.6 附件本换热器壳体内径为400mm，查表得其拉杆直径，个数大于或等于4个。3.5.7 接管壳程流体进出口接口：取接管内流体流速则接管内径：管程流体进出口接管：取接管内流体流速则接管内径：所以 取壳程流体进出口接管

8、规格为： 取管程流体进出口接管规格为： 4、 换热器核算4.1 传热能力核算4.1.1 壳程流体传热膜系数由于壳程流体中水蒸气存在相变，所以4.1.2 管内传热膜系数管程流体流通面积：管程流体流速：雷诺准数：普兰特准数：由以上公式，可得管内传热膜系数：4.1.3 污垢热阻和管壁热阻：由已知可得管壁内外侧污垢热阻为1/8700 /W管壁热阻碳钢在该条件下：（碳钢在该条件下导热系数约为50)所以：4.1.4 传热面积裕度：实际传热面积：裕度：该换热器能够完成任务4.2 壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁温度按公式： 所以，传热管平均壁温：壳体壁温课近似取为壳程流体的平均温度，即：T=147

9、壳体壁温和传热管壁温之差为：该温差较小，故不要设温度补偿装置，因此选用固定式换热器。4.3 核算压强降4.3.1 管程压强降由Re=36000,传热管绝对粗糙度则相对粗糙度为：管程流体流速则所以：4.3.2 核算壳程压强降Ns(串联的课程数）=1Fs(结垢校正系数）=1.0流体流经管束的阻力损失：壳体的当量直径：壳程流通面积：壳体流体流速：水蒸气在壳体内流动的雷诺系数：有以上计算可得：流体流过折流板缺口的阻力损失：总阻力损失：计算结果管程和壳程压强降都满足设计要求。5、 设备参数计算5.1 壳体壁厚为了使设备在生产过程中安全可靠，壳体壁厚应不小于最小值。所以，壳体壁厚取10mm.5.2 接管法

10、兰接管处选择平焊法兰，Pg=16.31kg/cm管程进出口接管法兰查表得Dg=70mm壳程进出口接管法兰查表得Dg=250mm公称直径管子法兰螺栓橡胶石棉垫片Dg(mmdh(mmDD1D2bkg数量直径外径内径厚度7076180145122243.454M16122761.52502734053553203215.712M2232027325.3 设备法兰根据设备工艺要求，选用凹凸面对焊法兰。DgdhDD1D2D3D4D6bh4004265805254904474734743890法兰重量kg螺栓垫片凹面凸面数量直径外径内径厚度28.833.216M2747342635.4 封头设计选用椭圆形

11、封头，标记为：Dg40010公称直径mm曲面高度mm直边高度mm内表面积m容积m400100400.2230.01345.5 支座设计耳式支座（B型）支座号允许载荷公称直径高度H底板/mm筋板/mmL1B1S1L2B2110400125100606301607055.6 换热器主要结构尺寸和计算结果表名称壳程管程流速kg/h250089.15温度进/出K338/393420/420物性参数定性温度K365.5420密度kg/m1.092.415热容 Kj/kg1.341.92黏度0.00001210.000148导热系数0.0222-雷诺准数36000254.88设备结构参数型号固定管板式台数

12、1壳体内径400mm壳程数1管径mm252.5管心距32mm管长mm2000管子排列方式三角形管根数101折流挡板数12传热面积15.86折流板距150mm管程数1材料碳钢公称压力1.6MPa计算结果管程壳程流速m/s20.0890.781传热膜系数99.41污垢热阻1/87001/8700阻力损失Pa2155.4499.085热负荷KW52.72平均传热温差49.51传热系数W/m77.59裕度%15.586、 参考文献【1】李然 化工原理（上）. 华中科技大学出版社，2009.6.【2】材料与零部件（上）. 上海科学技术出版社. 1982.7.【3】董其伍 换热器，北京，化学工业出版社，2

13、009.1【4】杨长龙 化工原理课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2010.1【5】袁文 刘岩. 化工制图. 哈尔滨工程大学出版社，2010.3.【6】郑津洋，董其伍，桑芝富. 过程设备设计. 北京，化学工业出版社，2009.1.【7】赵军. 化工设备机械基础. 北京，化学工业出版社. 2000.【8】钢制列管式固定管板换热器结构设计手册【9】谭蔚化工设备基础 天津大学出版社【10】换热器及配管的设计 哈尔滨工业大学出版社【11】化工设备设计基础 天津大学出版社【12】董大勤化工设备机械基础 化学工业出版社1994.11【13】付家新等。化工原理课程设计 化学工业出版社 2010.127、 设

14、计总结本次化工原理课程设计历时两周，由于第一次接触课程设计，起初心里充满了新鲜感和期待，因为自我认为在大学里学到的东西终于可以加以实践了。可是当老师把任务书发到手里是却是一头雾水，完全不知所措。可是在这短短的两周里，从开始的一无所知，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。 我的课程设计题目是甲醇换热器计图。在开始时，我们不知道如何下手，虽然有课程设计书作为参考，但其书上的计算步骤与我们自己的计算步骤有少许差异，在这些差异面前，我们显得有些不知所措，通过查阅化工原理，化工工艺设计手册，化工制图，化工原理课程设计等书籍，以及在网上搜索到的理论和经验数据。我们慢慢地找到了符合自己的实验数据。并逐渐建立了自己的模版和计算过程。通过本次课程设计的