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文档简介

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:起迄日期: 2015年06月03日2015年06 月13日 指导教师: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(2) 设备形式列管式换热器(3) 操作条件 甲醇:入口温度64-C,出口温度50°C,压力为常压。 冷却介质:循环水,入口温度30BC,出口温度40 °C,压力为。 允许压降:不大于10"5Pa。 -甸 每年按330天计,每天24小时连续运行。化工原理课程设计任务书2. 对课程设计成果的

2、要求(包括图表、实物等硬件要求):图表物料1甲醇水温度。C入口6430出口5040质量流量kg/h106009562设计压力(MPa)常压3. 主要参考文献:柴诚敬主编化工原理(髙等教育出版社)贾绍义 柴诚敬主编 化工原理课程设计(天津大学出版社)4课程设计工作进度计划:序号起迄日期工作内容1设计实验内容和要求2按设计任务和条件计算实验结果3完成电子稿的设计1主指导教师:日期:年月日课程设计说明书设计名称 化工原理课程设计2015 年 6 月 3日化工原理课程设计说明书(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(三)主要参考文献2(四)课程设计工作计划进度2(五)

3、设计计算过程511(六)计算结果列表121、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°C,出口温度50°C,压力为常压。 冷却介质:循环水,入口温度30°C,出口温度40°C,压力为。 允许压降:不大于10' Pa。 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。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°C ,出口温度5(TC冷流体。冷流体进口温度30

4、76;C ,出口温度40°C o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,提髙冷却效果。同时,在此选择逆流。选用025mniX的碳钢管, 管内流速取Ui二So2、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:T=64 + 50=5rc2管程循环水的定性温度为:30+402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匸下的有关物性数据如下:<

5、密度P o= kg/m;i定压比热容cPo= (kg °C )导热系数Ao=(m°C)粘度p o= Pas循环水在35°C下的物性数据:密度定压比热容 导热系数P i=994kg/m35产 kJ/(kg °C) A i= W/(m °C)P i= Pa s粘度3.计算总传热系数(1) 热流量0 = vv cn Ar = 1122 x 2.629 x IO3 x (64 -50) = 108373W 0 po 03600')(2) 平均传热温差21.9°C"二,A/., 64-40In In - A/250-30(3)

6、冷却水用量Q()108373x3600呵 一 CpE - 4.08x103x(40-30) -9562.3kg/h(4)总传热系数攵管程传热系数R =皿e "i0.02x0.5x9940.000725= 13710 二0.023生(如严(沁严4 丛A0.626= 0.023x2x113710叭(空込遊严0.02= (m2 °C) 壳程传热系数假设壳程的传热系数°。= 800 W/ (m2°C );污垢热阻为J =* °C /W亿。=川匸/W管壁的导热系数久二45 W/(m°C ) 总传热系数K盏+時+签现+£0.0250.0

7、25 0.0025x0.025 八“心巾 1+0.00034 x10.000 722733.2x0.0200.02045x0.0225800=423W/(m2 °C)4、计算传热面积5. = = 108373 =H6WKA. 423x21.9 考虑15%的面积裕度,S=XSf = X =5、工艺结构尺寸(1)管径和管内流速及管长选用0 25mm X传热管(碳钢),取管内流速ut- =s(2)管程数和传热管数ns = = 17.02 « 18ftl-Jfw, 3600x994xx0.0202 x05 44按单程管计算,所需传热管长度为r S13.44L=依据传热管内径和流速确

8、定单程传热管数=951dons 3.14x 0.025 x 18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26m,换热器管程数为2,则坷=竺一 =29根ndtyL 3.14x0.025x6每程管数为2二15根VIL =299562° “ /,= 0.57/7? / S-d;n3600 x 994 x - 0.0202 x 15管内流速 44(3) 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数= Tl-T1 = 64-50 = 1 4匚440 30口 =迂型=029Tq 64-30按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表。可得 惩二 0.94平均传热温差tm = Nm=

9、0.94X 11.69 = 10.99°C(4) 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,隔板两侧采 用正方形排列。取管心距t= do,则t= X 25二心 32mm横过管束中心线的管数耳=1.19 庆=19xJ7 = 6 根(5) 壳体内径采用双管程结构,取管板利用率二,则壳体内径为=17O.38/7/7?D=1.05< 冬=1.05x32 x圆整可取D= 180mm(6) 折流档板采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的,则 切去的圆缺髙度为力=% X 180 =取折流板间距B=,则B= X 180= 90 mmN _传热管长 _6000從炉折

10、流板数为”折流档板间距 90、折流挡板圆缺面水平装配。(7) 接管壳程流体进出口接管4x10600取接管内甲醇流速为s = s,则接管内径为=0038加3600x755.77x3.14x3.5圆整后可取内径为50mm。管程流体进出口接管d2 =4x9562取接管内循环水流速4= ni/s,则接管内径为=0.053/z? 3600x994x3.14x1.2圆整后可取内径为60mm。6. 换热器核算(1)热量核算壳程对流传热系数对圆缺形折流板,可采用凯恩公式a =0.36/?eo°-55PrJ(-)014 de氏当量直径,由正三角形排列得r-d;) 4x(x 0.0322- x 0.02

11、52) = 0.020m7tdo3.14x0.025壳程流通截面积So=BD(l-i) = 0.09x0.18x(l-) = 0.0035nr壳程甲醇流速及其雷诺数分别为V 比、=10600=l.nm/.S。 3600x755.77x0.0035& _ 几 _ 0.020x0.86x 755.77°° "0.00039= 33331普兰特准数42.629x10. 0.000390.1919粘度校正(上_ W1ZAV0 19191匕、=0.36x-x33331055 x5.33 xl = 1851W/(m2-°C) 0.020管程对流传热系数当血i

12、 >10000,二>6 O时可采用公式d,a. =O.O23/?e.°8Pr044管程流通截面积冬 2 Zkz/k ) = Ud X 0.0202 X = 0.0019m24 I 2 丿 42管程循环水流速及其雷诺数分别为95623600x994x0.0019=1.41m/5V 瓦普兰特准数= 4.08x105000725 = 4.730.6260.020x1.41x9940.000725-=38663 a = 0.023 xx 32356°$ x 4.73°=5435W / (m2 °C)0.020 传热系数KK=1蔬+啧+卷+心+B0.0

13、255435x0.020+0.000344 x牆+鶴磐+。窗2+禽= 697W/(m2.°C) 传热面积s5 = = 108373 =7W697 x 20.6该换热器的实际传热面积£Sp =7Td(>LNT = 3.14x 0.025 x (6 - 0.06) x (18-6) = 5.60m2 该换热器的面积裕度为5-514 1-7 5H =一 x 100% 二-x 100% 二 88%S7.5传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。(2)换热器内流体的压力降管程流动阻力为= 3、+ bpJBN N 卩其中Ft =1.4, Ns =1, Nf=2PM;2r9/?

14、=凡L Piuj a 2E 0 1查莫狄图得由於= 32356,传热管相对粗糙度千=壬=0.005d 20X j = m °C ,流速 ih = s, P = 994 kg/m:,,所以20.035X 亠 x99Z氏=7266 丹1 0.020 2=3x994x1.1822=2076Pa管程总压力降工乂 = (7266 + 2076)xl.4xlx2 = 1.569xlO4P6/< 105Pa管程压力降在允许范围之内。壳程压力降 y,5'+A/p FtNx 其中Ns = 1,刁=1.15流体流经管束的阻力斥=£/九(心+1)竽* 其中F = 0.5 f()=5

15、x Re228 = 5 x 33331"0*228 = 0.47 n. = 9, g = 39, uo= 0.86m/s :.= 0.5X0.47x9x(39+l)x 7"/7;().86_ = 23644Pu流体流过折流板缺口的阻力2 D其中B = 0.15m, D = 0.3m:.AA = Nb(3.5 -)込=39x (3.5 - 2x()J-)x 75>77x().86.二 27250Pa-D 20.32壳程总压力降Z化二(27250 + 23644)x 1.15x1 = 5.444xlO4Pa<O5Pci壳程压力降也在允许压力降范围内。经上述计算和核算

16、,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。设计结果设备名称甲醇冷凝冷却器换热器形式列管式换热器设备型号G300 II工艺参数序号名称单位管程壳程(1物料名称循环水甲醇2操作压力Pae常压3操作温度°C30进/40出64进/50出4流量kg/h9562106005流体密度kg/m39946定压比热容kJ/(kg -°C)7流速m/s8传热量w1083739平均温度差°C10总传热系数W/m2 K49711t换热面积m22112传热系数W/ (m2 °C )5435185113污垢系数m2 K/W1主要符号说明甲醇的定性温度T循环水定性温度t甲醇密度P循环水密度P i甲醇定压比热容C

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