氢气净化工序的设计

1、四川理工学院毕业设计任务书设计（论文）题目：_6万吨/年隔膜法制烧碱氢气处理工序装置的设计 系： 材化系专业:学号：_ 学生：接受任务时间教研室主任化学工程与工艺班级：应用化工指导教师：刘毕业设计任务书系主任（签名）（签名）1.毕业设计的主要内容及基本要求a、设计方案简介：包括对给定或选定的工艺流程、主 要设备的型式进行简要的 论述。b主要设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设 备的工艺尺寸计算及结构设计。C、典型辅助设备的选型和计算：包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备 型号规格的选定。d、工艺流程简图：以单线图的形式绘制，标出主要设备和辅助设备的物料流向、 物流

2、量、能流量和主要化工参数测量点。e、主要设备工艺条件图：包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表和接管表。f、编写设计说明书：包括设计任务书、目录、设计方案简介与评述、工艺设计 及计算、主要设备设计、设计结果汇总表、参考资料等内容，并附工艺流程图和 主要设备结构总装图。2 .指定查阅的主要参考文献及说明a、氯碱工艺b化工原理课程设计C、物性手册d、常用化工单元设备的设计e、化学工程手册f、化工工艺设计手册3 .进度安排设计各阶段名称起止日期1文献查阅2008年3月16日（第二周末）前完成2开题报告2008年3月23日（第三周末）前完成；开展初 期教学检查3设计工作2008年3月26日至2007年5月

3、25日（第十二周末）完全结束：开展中期教学检查4提交设计（论文）初稿2008年6月1日（第十三周末）5答辩时间2008年6月16日6月20日（第十五周）n四川理工学院毕业设计目录1总论1.1概述1.1.2氯碱工业在国民经济中的地位1.1.3氢气处理的任务和方法.1.2氢气处理工艺流程确定 工艺计算氢气处理工艺流程 计算依据工艺计算2.3.1电解饱和食盐水 2.3.2盐水氢气热交换器 2.3.3洗涤冷却塔主要设备设计及选型盐水氢气热交换器 3.1.12.12.22.33.13.23.33.43.53.63.1.23.1.33.1.4相关物性数据:3.1.53.1.6水洗涤冷却塔 氢气输送设备 水

4、输送泵. 液封循环水池 氢气缓冲罐.平均密度，比热容，黏度，导热系数 设计计算 总传热系数的校核 核算压强降 换热器附件设计评述. 参考文献. 致谢附图1122333444710101011172124253131323234343535四川理工学院毕业设计1总论11 总论1.1概述1.1.1氢气氢气H2,分子量2.016，在常温下为无色，无味，无臭的可燃气体；密度在 0C； 760mmH时为0.08987g/l，沸点为-252.7 C；结晶温度是-259.1 T ；对空 气之比重是0.0695 ;在水中溶解度很小，标准状态下溶于水中之氢气体积为 0.0215。而在镍、钯和铂内的溶解度很大，1

5、体积能解几百体积氢。氢气是最轻的气体，最常见的用途是充填氢气球和氢气飞艇。其实氢气是 重要的化工原料。如：氢气和氮气在高温、高压、催化剂存在下可直接合成氨 气，目前，全世界生产的氢气约有 2/3用于合成氨工业。在石油工业上许多工 艺过程需用氢气，如加氢裂化，加氢精制、加氢脱硫、催化加氢等。氢气在氯 气中燃烧生成氯化氢，用水吸收得到重要的化工原料盐酸。氢气在氧气中燃烧 的火焰氢氧焰可达3000C高温，可用于熔融和切割金属。氢气和一氧化碳的合 成气，净化后经加压和催化可以合成甲醇。在食品工业上，氢气用于动植物油 脂的硬化，制人造奶油和脆化奶油等。在冶金工业中，利用氢气的还原性提炼 贵重金属。氢气还

6、可以提供防止氧化的还原气氛。氢气除用于合成氯化氢制取 盐酸和聚氯乙烯外，还用于炼钨、生产多晶硅以及有机化合物的加氢等。随着新技术的发展，氢气的应用将更为广泛和重要。氢气是最理想的无污 染燃料，液氢还有希望成为动力火箭的推进剂。1.1.2氯碱工业在国民经济中的地位近年来，氯碱工业的技术进步体现在盐水精制、电解过程、固碱生产、氯 氢处理、自动控制等生产全过程，新技术的应用推动着氯碱工业不断发展。对钢铁有严重腐蚀作用。固碱一般为白色固体。 湿润固碱对生物有侵蚀作用。固碱易溶于水, 但不溶于丙酮。由于它吸水性强，可用作干烧碱是主要的化工原料之一，它广泛用于国民经济个部门，如果用于纺织 印染工业，处理棉

7、麻，蚕丝，化学纤维等；用于造纸工业，处理木材等纤维； 用于肥皂工业，进行油脂皂化等；还有作精炼油及金属铅，作干燥剂或作化工 生产的原料及医药工业等方面的用途。烧碱分为液体烧碱和固体烧碱，烧碱的 化学性质很活泼，能与酸强烈反应生成盐和水，并放出大量热，烧碱的腐蚀性 很强，特别在咼浓度和咼温时， 暴露在空气中易吸收水分而潮解， 并产生大量的热，亦能溶于醇类， 燥剂。氢气，在国民经济的所有部门均很需要，除食盐电解联产的烧碱、氯气、应用于化学工业本身外，有轻工、纺织、石油化工、有色金属冶炼和公用事业 等方面均有很大用途，作为基本化工原料的“三酸二碱”中，盐酸烧碱就占了 其中两种，而且氢气还可进一步加工

8、成许多化工产品。所以氯碱工业及相关产 品几乎涉及到国民经济及人民生活的各个领域。1.1.3氢气处理的任务和方法从电解槽出来的氢气，其温度稍低于电解槽槽温，并含有饱和水蒸汽，同时 还带有盐和碱的雾沫.所以在生产过程中应进行冷却和洗涤，冷却后的氢气有氢 气压缩机压缩到一定压力后经氢气分配站送到氢气柜及用氢部门。1.2氢气处理工艺流程确定电解槽阴极出来的90C氢气，含有水蒸汽，盐，碱雾沫，少量氯气等其他 杂质，一般采用间接和直接法除去，达到要求。鉴于本次设计中部充分考虑热 综合利用，故采用直接法工艺，以简化流程和投资。其选择流程为电解来的氢气经过气体缓冲罐后，进入盐水氢气热交换器， 预热盐水，热量回

9、收后，盐水温度上升 10C，去电解槽电解。这样既节约氢气 冷却所需耗用的水量，有减少了盐水提高到进电解槽温度所需的蒸汽消耗。由盐水氢气热交换器出来的氢气（约 50 r）进入洗涤填料塔，经洗涤冷却 至冷却至3or，氢气中大部分固体杂质及蒸汽冷凝水被冷却水带走排入热水池， 而氢气则从塔顶出来进入罗茨鼓风机（氢气压缩机），抽送至用户。公用系统来自工业水，经与氢气换热后进入水池，再用泵抽吸返回公用系 统制冷后，再次循环使用。既节约用水又避免工业上水带入大量钙镁与氢气带 来的碱反应，使生成的氢氧化钙和氢氧化镁沉淀堵塞填料。四川理工学院毕业设计2工艺计算2 工艺计2.1氢气处理工艺流程氢气处理工艺流程图见

10、下，据此进行物料衡算和热量衡算:盐水+除 雾 器湿氢气水洗涤塔罗茨鼓风机4.98%3，抽送至用户。2.21.2.3.计算依据计算基准以1000kg 100%NaOHF氢量做计算基准操作压力一个标准大气压（1 atm=101.33 kpa ）操作温度管道盐水氢气热交换器洗涤冷却器用氢部门8050 °C30图2-1氢气处理工艺流程图预热盐水，热电解来的氢气经过气体缓冲罐后，进入盐水氢气热交换器，量回收后，盐水温度上升10C，去电解槽电解。这样既节约氢气冷却所需耗用 的水量，有减少了盐水提高到进电解槽温度所需的蒸汽消耗。由盐水氢气热交换器出来的氢气（约 50 r ）进入洗涤填料塔，经洗涤冷

11、却 至冷却至30C,氢气中大部分固体杂质及蒸汽冷凝水被冷却水带走排入热水池， 而氢气则从塔顶出来进入罗茨鼓风机（氢气压缩机）氢气纯度大于等于四川理工学院毕业设计2工艺计算5.年操作时间330天=300x24小时=7928小时6 .年产量6万吨烧碱100沪氢7.相关物性数据表2-1不同温度下的物料的物性数据物料项目80 9温度255030 P湿氢气(H 2 )CpKJ/Kg *k14.45614.42714.375一空气Cp KJ/Kg P1.0091.0051.005一水蒸汽AHKJ/Kg2642.32587.42549.3一水饱和蒸汽压KPa47.39712.3404.2474水(液)AHK

12、J/Kg一209.30125.69104.7952.3工艺计算2.3.1电解饱和食盐水电解槽中的电化学和化学反应阳极反应：2CI "-2eT CI240H 一4eT O2 + 2H2O6CIO "+ 3H2O -6eT 2CIO+4CI "+ 6H 十 + 孰阴极反应:2H2O+ 2eT H2+2OH "2.3.2盐水氢气热交换器1 .计算依据(1) 湿氢气从电解槽阴极出来，温度稍低于电解槽温度，大致为90 9 , 在管道中输送至本工段时，由于管道的热损失，温度大致为80°C。(2)设盐水温度20乜T 30乜湿氢气温度80 T 50（3）假定出

13、口压力为100.34 Kpa忽略H2在水中的溶解。2.物料衡算（1）设换热器中湿氢气冷凝水量为W L ,由道尔顿分压定律列出方程：12.340100.34-12.340205-W118252x0.98解得：W=172.80 Kg则出塔气体组成氢气：水汽：不凝气体：来计算）（2）物料衡算表a.以1000kg100%Na0H产氢作为计算标准12.5 kmol1.79 kmol0.255 kmol(25kg)(205-172.80=32.20kg)(7.39kg)(不凝气体以空气的物性数据表2-2盐水氢气热交换器物料衡算表名称进盐水氢气热交换（kg）出盐水氢气热交换器（kg）氢气2525水汽2053

14、2.20不凝气体7. 397. 39水0172.80总计237. 39237. 39b.总物料衡算以年产量6万吨烧碱100%产氢作为计算基准表2-3盐水氢气热交换器总物料衡算表名称进盐水氢气热交换（kg）出盐水氢气热交换器（kg）氢气15000001500000水汽123000001932000不凝气体443400443400水01036800总计14243400142434003.热量衡算(1) 入换热器湿氢气带入热量：氢气：Q1 =mCP AT =25 >14.456 80=28912 kJ不凝气体：Q2 =mCp加=7.39 X.009 80=597 KJ水蒸气： Q3 =m AH

15、 =205 >2642.3=541672 KJ(2) 出换热器湿氢气带出热量:氢气:Q5= mCpAT =25 X 14.427X 50=18034 KJ空气:Q6=mCp At =7.39X 1.005X 50=371 KJ水蒸气:Q7=mH =32.20 送587.4=83314 KJ冷凝水:=mAH =172.80 209.30=36167 KJ(3)盐水带出热量:设盐水量为W2 kg,温度20C，出塔温度为30C,(此盐水温度以春季盐水温度作为计算基准) 查氯碱工艺学得：20 r3.42Cp ( KJ/Kg K)30 r3.45进口盐水：Q4=W2 >3.42 20=68.

16、4W4出口盐水：Q9=W2 >3.45 30=103.5%(4)忽略热损失:Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q928912+597+541672+68.4W2 =18034+371+83314+36167+103.盹 W2=12344.58 kg即：进入系统水量为：12344.58 kg ,出系统冷却水量为：12344.58 kg冷却水带入热量：Q4=W2 >3.42 20=68.4W4=68.4 为2344.58=844369 kJ冷却水带出热量：Q9=W2 >3.45 30=103.5W2=103.5 12344.58=12

17、77364 kJ(5)热量衡算表表2-4盐水氢气热交换器热量衡算表物料输入输出数量kg热量kJ数量kg热量kJ氢气25286122518034不凝气体7.395977.39371水蒸气20554167232.2083314盐水12344.5884436912344.581277364冷凝水00172.836167合计12581.97141525012581.9714152502.3.3洗涤冷却塔1. 计算依据(1) 电解氢气从盐水氢气换热器中出来，达到系统要求温度，进入本工段 氢气温度为50C，经本工段洗涤冷却温度从 50r降至30C。25 T 30(2) 设盐水温度50 T 30 心湿氢气温

18、度98.2474 kPa(3) 假定出口压力为氢气纯度98% 忽略H2在水中的溶解2. 物料衡算(1)洗涤冷却塔湿氢气出口温度为 30C，则冷凝水量为W2, 同理，由道尔顿分压定律列出方程：32.20-W484.247425= 98.2474 - 4.24742X0.98解得：W2=21.83 kg则出塔气体组成：氢气：不凝气体：水蒸汽：冷凝水：12.5 kmol (25kg)0.255 kmol (7.39kg)(32.20-22.83=10.37kg)(21.83kg)0.576 kmol1.213 kmol9(2)出塔气体中氢的含量:12.512.5 +0.576 +0.255也76%干

19、气体中氢的百分数：12 5X100% =98%12.5 +0.255(3) 物料衡算表a.以1000kg100%Na0H产氢作为计算标准表2-5洗涤冷却塔物料衡算表名称进洗涤冷却塔（kg）出洗涤冷却塔（kg）氢气2525不凝气体7. 397. 39水蒸汽32.2010.37冷凝水021.83合计64.5964.59b.总物料衡算以年产量6万吨烧碱100%产氢作为计算标准表2-6洗涤冷却塔总物料衡算表名称进洗涤冷却塔（kg）出洗涤冷却塔（kg）氢气1500000015000000不凝气体443400443400水蒸汽1980000622200冷凝水01309800合计17423400173754

20、003. 热量衡算（1）湿氢气进口热量：忽略管道热损失，与上一工段出口热量相同 故氢气：Q10 = Q5=18034 kJ不凝气体:Q11=Q6 =371 kJ水蒸气：Qi2 = Q7 =83314 kJ（2）湿氢气出口热量氢气:Q14= mCp AT=25X 14.375X 30=10781 KJ空气:Q15 = mCp 8 =7.39 X 1.005X 30=223 KJ水蒸气:Qi6 = m 也H =10.37 送549.3=26436 KJ(3)冷却水带出热量设进入系统冷却水量为 W3 kg,温度25 r，出塔温度30C,则出塔水量W3+W2=W3+21.83 kg入塔水带入热量:Q1

21、3= miH =1O4.795W3出塔水带出热量:Q17= mAH =125.69( W,+21.83)(4)忽略热损失则艺 Q进=艺 Q出Qio +Qll + Qi2 + Qi3 = Qi4 + Qi5 +Qi6 + Ql718O34+371+83314+1O4.795W3 =10781+223+26436+125.69( W3+21.83)解得：W3 =2944.96 kg故入塔冷却水量2944.96 kg ,出塔冷却水量为：2944.96+21.83=2966.79 kg入塔冷却水带入热量:Q13=1O4.795W3 =2944.96 >104.795=308617 kJ出塔冷却水

22、带出热量:Q17 =125.69 ( Wj+21.83) =2966.79=372896 kJ表2-7洗涤冷却塔热量衡算表物料名称输入输出数量kg热量kJ数量kg热量kJ氢气25180342510781不凝气体7.393717.39223水蒸气32.2O8331410.3726436冷凝水0021.832744冷却水2944.963086172944.96371052合计3009.554103363009.55410336(5)热量衡算表四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选型3 主要设备设计及选型3.1盐水氢气热交换器22113.1.1相关物性数据:热流体定性温度: 冷流体定性温度:80 +

23、 50 tm =2=65 920 2 30tm=-0=25=C2表3-1定性温度下相关物性数据物料名称3密度kg/ m比热容kJ/kg k黏度Pas导热系数w/(m C)氢气0.069814.389.66 >10 '0.0206空气1.04451.0752.032 100.02931水蒸气0.16111.895112 >100.0218盐水11863.2921.90 100.5883.1.2平均密度，比热容，黏度，导热系数(1)进口总摩尔量：n 进=n + n 空气 + n 水汽=12.5+0.255+11.37kmol=24.125kmol(2) 出口总摩尔量:n 出=n

24、 + n 空气 + n 水汽=12.5+0.255+1.79kmol=14.545kmol12.5 cec yH 2（入）=0.51824.1250.255 CC" y空气（入）=0.010（入）24.12511.37 C y水汽（入广花"47212.5 CC" yH2（出）= 4/二。85914.5450.255 c“c y 空气（出）=0.018（出）14.5451 79y 水汽 （出 产总=0.12314.545(3) 平均摩尔质量_yH2（进）+ yh2（出）_ 0.518 +0.859 _c cc yH2 =0.68四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选

25、型y空气 =y空气(进空气(出)=0.010乜018 =0.014 y水汽 = y 水汽(进宀水汽(出)=O.472 ®23 =0.2975(4) 平均密度Pm =送 yjPj =0.6885 0.0698+0.014 10445+0.1611 02975=0.1106 kg/m3(5) 比热容Cpm = SyiCPi =0.6885 >14.38+0.014 1075+0.2975 1895=10.47944 kJ/kg k(6)黏度1卩二片yiMi2 严m =Z yiM i 21 1 19.66 咒 10上 X 0.6885 咒 22 +2.032 咒 10 »

26、咒 0.014X 292 +112咒 10,咒0.2975咒 1821 1 10.6885X22 +0.014x292+0.2975x18'=65.2991x10，Pas(7) 导热系数1.2 ZiViM i3% =Z yi M i31 10.0206 咒 0.6885 咒 23 +0.02931 咒 0.014咒 293 +0.0218咒 0.2975咒 181 1 10.6885X23 +0.014X293 +0.2975咒183=0.021375 w/(m* C) 3.1.3设计计算(1) 计算依据：由氯碱工业理化常数手册3中查知，盐水氢气换热器的总传热系数范围在 200 500

27、 kcal/(m2?h?C)，即 233 582 w/(m2?C )(2) 类型选择：查换热器设计【5】a,目前换热器有三种规格：固定管板式，浮头式，U形管其中，固定管板式，金属耗量低，造价低，适用与冷热流体温差低于60C，壳体内压强不高，可利用膨胀节进行温差 补偿。本工段选用固定管板式b,流体路径本工段是盐水预热器，使能量回收，盐水在进入本工段时已经精制，不易 产生污垢，而且热流体中饱和水蒸气有相变，为便于及时排除冷凝水故选湿氢气一管程精盐水一壳程(3) 热负荷Q=WhC Pm (T1-T2)因为存在相变Q=WhCPm (Ti-T2)+Whr=245.13x 10.49744% (80-50

28、)/3600+1551.46咒(2587.4-209.34)/3600 =1046.40 kw(4) 假设 k=480 w/(m2?C)则估算的传热面积为(3-1)S=Q/K A tm其中，Q换热器热负荷，W2K总传热系数，W/(m ?°C )A tm对数平均温差，C .*=1.6750-20由于1.67 V 2所以tm'tt2 = 530=40C2 2-T2 _80 -50R=t2 730 -20 =3P7=4=0.167Tt180200.80.70.506300401口.40.60 寸 0”$ g 1.0P单壳程图3-2对数平均温度差校正系数值温度差校正系数R XR-1,

29、1- P In1-PR.2/P- 1-R+Jr2 +1 Inf2/P-1 -R-VR2 +1=0.966由于 牡t=0.966> 0.8 ,可见单管程单壳程适合。所以 平均温度差也tm = t Atm =0.966X 40=38.65C则由式(3-1)有S0 =1046400/(480 3X65)=56.434 rf考虑15%的面积裕度，则所需传热面积为：S=1.15 S3=1.15X 56.434 =64.85 rf查化工原理附录可知传热面积符合要求。(5) 选用25 X 2.5伽，3m长的钢管，19所需管数N=洛(3-2)其中，A0传热面积，do 换热管外径，ml 换热管长度,M64

30、.85N =3.14 咒 0.025x3=245 根(6)管子的排列方式及管子与管板的连接方式的选定管子的排列方式，采用正三角形排列，因为对于相同壳径，管径和管间距 的换热器，正三角形排列大约可多 15%的传热面积。因此，此设计选用正三角 形排列。由于其在一定的管板面积上可配置较多的管子，而且管外表面传热系 数较大；管子与管板的连接，采用焊接法(7)计算外壳内直径Di管子中心距t=1.25 do =1.25 X 25=32mm横过管束中心线的管数nc=l.l JN =1.245=17.22取整按壳体直径标准系列尺寸圆整。 因为D=600mm=3000 =5D 600在46的范围内，管长径合适n

31、c=18 根(8) 折流板直径Dc、数量机器有关尺寸确定选取折流板与壳体见的间隙为 3.5mm 折流板的直径Dc=600-2X 3.5=593 mm切去弓形咼度h=0.25D=0.25X 600=150 mm折流板数量其中NbL-1h o(3-4)Nb折流板数量，块;ho折流板间距，mm；L 管子长度，mm；折流板间距h'o=300mm,那么3000 -100-1=8.67B 300取整得N B =9 块实际折流板间距为300=290mm9+1(9) 拉杆的直径和数量与定距管的选定选用12 mm钢拉杆，数量6条。定距管采用与换热器相同的管子，即 25mmX 2.5 mm 钢管。(10)

32、 温度补偿圈的选用80 +5020+30由于-=65-25=40 C < 50 C2 2所以不用考虑设置温度补偿圈(11) 换热器参数表3-2换热器结构基本参数外壳直径：Dj =600 mm换热面积:64.85 rf换热管数量：245根管长：3m管子规格：25X 2.5伽管中心距：t=32mm管子排列方式：正三角形管程数：1壳程数：1折流板数量：Nb=9块折流板间距：1h o =290mm拉杆数量：6条拉杆直径： 12 mm定距管：与换热管相同规格通过管板中心的管子数：nc=18 根（12）换热器重要构件尺寸与接管尺寸的确定换热器的重要构件有封头，筒体法兰，管板，筒体，折流板，支座等 。

33、接管有：流体进出口接管，排气管，排液管等。 筒体（壳体）壁厚的确定(3-5)6 =PD + C2cr® -P选取设计压力P=0.6M pa,壳体材料为Q235 ,查得其相应的许用应力0.6x5006=113Mpa；焊缝系数申=0.65,腐蚀裕度C=3+0.5=3.5mm,所以6 =+ 3.5 = 5.6 mm2x113x0.65-0.6根据钢板厚度标准，取厚度为 6mm钢板，即6（壳）=6mm 封头，筒体法兰，管板均有标准可选用，具体结构尺寸查看本工段换热器附 件表。 流体进出口直径的计算(3-6)其中,d 接管直径，m；3Vs质量流量，kg/m ；u流速，m/s;湿氢气进出口接管d

34、i，取ui=25 m/s,那么d 二 f 4X245.131V 3.1 2 3600=0.058经圆整后取57 mm X 3.5mm热扎无缝钢管（GB8163-87），实际湿氢气进 出口管内流速为U1=4曲.132 =25.78 m/s3.13600.058盐水进出口接管d2，取u2=1.5 m/s，那么d24"2344.85=0.05 m3.143600".5天1186四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选型经圆整后取50mmX 3.5mm热扎无缝钢管(GB8163-87),实际湿氢气进出口 流速为：4x12344.58U223.14x1186x3600x0.05=1.5

35、59m/s3.1.4总传热系数的校核仃1+ R so+a。孔Rsi空+2_di Sdi(3-7)(1)管程传热系数的计算混合气体的传热系数用西德尔和塔特关联式其中,- 2«i(气)=1.8(?) Re勺 Pr3 (子diL H入一一导热系数， W/(m2C ),(3-8)di管子内径，m；卩一一流体黏度，Pa- SRe雷诺准数，无因次,Pr普兰特准数，无因次。L管子长度，m；a.管程流体流通截面积A J di 2 山4 Np(3-9)=3.14/4X O.O22X 245/1其中，d i管子内径，m ;Np壳程数；N 管子数量，根;b.管程流体流速Ui=Vs/A(3-10)四川理工学

36、院毕业设计3主要设备设计及选型=3.47 m/s其中，Vs流体在壳体的体积流量,C.雷诺数m3/h。Rei_ 晋(3-11)_ 0.02x0.2548咒 3.470.000653_ 27.08(层流)其中，Ui 流体在壳程的流速，m/s，Pm 流体平均密度，kg/m3,流体平均粘度，pa S。d.普兰特数(3-12)245.130.07693x3600x0.25481910.47944 咒 1000 X 0.00006530.021375_ 320.4其中,Cpm流体平均比热，kJ/（kgC）；流体平均导热系数，w/（m* C ）本工段条件下，管径较小，流体黏度较大，自然对流影响可忽略1因为是

37、气体，粘度校正（一）0-14 ",则由式（3-8），得: %Ad13X 320.417,0.023X(3叫气宀叭,）Re3 Pr3（L）3（1.86" 0.021375 F 27.080.02=7.032水蒸气相变传热系数(3-13)其中,饱和水蒸气的汽化热，KJ/Kg;3P 冷凝液的密度，kg/mA 冷凝液的导热系数，w/(m E)；卩冷凝液的黏度，PasAt 水蒸气的饱和温度和壁面温度之差，E管子长度，m由化工原理【4】查得在80E下饱和水蒸气的汽化热为2343.3 KJ/Kg。 取壁面温度为25 E，则1定性温度=丄(80+25) =52.5 E2由附录查得在52.5

38、 E下水的物性为卩=0.509x103 Pa*sA =0.6507 w/(m * E)P= 986.8 kg/m3水蒸气在垂直圆管内冷凝的传热系数r>2. 31w(相)二"檢證)432310.529% 10心(80-52.5),2343.3X 103 X 986.89.8 0.65073、4 1.1(=5893.71管程总传热系数ww =( yH2 + y空气)8(气)+ y水汽 a i (相)=(0.6885+0.014)=1168.55"4.48+0.2975x5893.71(2)壳程传热系数叫的计算用克恩法计算(3-14)C / 人、D 0.5 1/3 /4、0

39、.14a 0 = 0.36 ()Re Pr (7)dk° ew其中，入导热系数，W/(m2 E )，m，de公称直径，Re雷诺准数，无因次,四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选型Pr普兰特准数，无因次。a.当量直径:丄2兀de= 4(三o2)兀do(3-15)4(翌 X0.03222一晋皿52)3.14x0.025=0.02038 m其中，t管间距，m，do换热管外径，mb.壳程流通截面积A = hDCI-y=OE O"1-监o.01905/。024)=0.0197 rf其中，h折流板间距，m, D壳体公称直径，m, c.壳程流体流速uo = Vs/A12344.5836

40、00X1186X0.0197=0.147 m/sd.雷诺数Reo=deUo P0.0197X0.147X11861.90X10=1805e.普兰特数卄cp3.292X1000X1.90X10=10.6370.58821四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选型25因为液体被加热，所以粘度校正心0.14".05,则由式(3-14)得:(3)污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：Rso= 1.7197X 10"4管内侧污垢热阻：r 'c-4附录13查得，Rsi=2.1269X 10+ Rso+obdo, Rsjdo . do'W dmdi+%di= 1=4748.34

41、10- 0.025 +0.0201168.55 咒 0.020+1.7197-4X 10 +0.0025 咒 0.02550.08X0.0225+2.1269 X0.025=17.736104则K=563.83W/(m2?C)由前面的计算可知，选用的换热器的总传热系数为480定的流动条件下，计算出的 K值为563.83 W/(m2?C )W/(m2?C)，在规=563.83 =1.175 在 1.151.25 之间K 选480故：所选换热器适用3.1.5核算压强降(1) 管程压强降E A Pi=( A P1 + A P2)FtNpNs(3-16)其中，A P1，A P2分别为直径及回弯管中因摩

42、擦阻力引起的压强降，paFt结垢校正因数，无因次，取 1.4，a o= 0.36 (土)Re0.55Pr1/3de=0.36(牆皿10.637%05=1369.95 W/(m2C )m2 C /Wm2 C /W碳刚在该条件下的导热系数为50.08W/ (m2 C)，即z.w=50.08 W/ (m2 C)(4)总传热系数Np管程数，Ns串连的壳程数。a.管程流体流通截面积A兀2 NA d i 4 Np23.14/4X 0.02 X 245/10.07693 rfb.管程流体流速Ui=Vs/Ai245.130.07693x3600x0.2548=3.47m/sc.雷诺数0.02X0.2548 咒

43、 3.470.000653=27.07(层流)因为是层流,所以入=里=旦=2.65 Re 27.07所以3 0.2548X3.47=2.65 X一 X-0.02=609Pa因为没有弯管，即AP2 =0则由式（3-16）得:S 也P =609咒 1.4 =853.6 Pa（2）.壳程压强降：(3-17)Z 卯。=（也P' MP2'）FsNs其中， P1 流体横过管束的压降，pa P2流体流过折流板缺口的压强降，pa壳程压强降的结垢正因数，无因次，取Ns串连壳程数。(3-18)心叮=FfoNc(NB +1)号其中，F管子排列方式对压强降的校正因数fo壳程流体的摩擦系数，当 Re&g

44、t;500, f=5.0Re"0.228Nc横过管束中心线的管子数Nb折流挡板数管子为三角形排列，F=0.5, Nb=9,Nc=i.i7N=i.i 7245=18,a.壳程流通截面积二 hDd-d；)=OE o"1-0S0.01905/0.024) =0.0197 rfb.壳程流体流速u。= Vs/A12344.583600X1186X0.0197=0.147m/sC.雷诺数Reo=0.01970.147咒11861.90X10=1807> 500所以f。=5.0 咒 1 8 0_72 2 8=0.18由式（3-18）,得：21186X0.147 人 R =0.5X0

45、.18X18X(9 +1)咒=207Pa'2h Pu2四川理工学院毕业设计3主要设备设计及选型=9X(3.5-皆21186x0.147)X39=346Pa所以EA Po= (346+609)X 1.15=1098.25Pa壳程和管程的压力降几乎都能满足要求。3.1.6换热器附件选用Dg800的标准作为设计参考(1)管板表3-3管板公称直径DDCbD3=6Dzbcd螺栓孔数80093089079079380085032102332(1)壳程接管法兰表3-4接管法兰垫片螺栓外径内厚度Db重量kg数量直径X长径石墨度312144.6512M16X 553122733.225027337033

46、5ffD DDgD h(3) 管程接管法兰表3-5接管法兰垫片螺栓外径内厚度Db重量k数量 直径X长径石墨度178101.988M16X 551781333.2125133235200ffDDDgD h表3-6椭圆封头Dg曲面咼度直边咼度内表面积怦容积M厚度伽800200400.7920.08718障诔器.« 悴® 口、3.2水洗涤冷却塔1.填料塔填料塔也是一种应用颇为广泛的气液传质 设备。它的结构示意图如图所示，塔体为圆筒 形.简内充填一定高度的填料。液体自塔顶经分 布器均匀喷洒于塔截面上。沿填料表面下流，与 自塔底上升的气而呈逆流连续接触，进行传热传 质的作用。与板式塔

47、相比，其结构简单，阻力小，填料 易于用耐腐蚀材料制造。特别适用于处理量小或有 腐蚀性的物料，或要求压力降小的传质系统。填料塔在操作上与板式塔相比，其特点是气 液接触是连续进行的；气液接触面积是由填料提 供的，这些特点决定了填料塔所特有的结构及操 性能。弐怵出口«瘁再分布聽填料较悴雷口«fe气粹进口图3-3填料塔总体结构塑料填料质轻，具有良好的韧性，耐冲击，不易破碎。它的通量大、压降 低，而且耐腐蚀性能较好。填料塔流程的操作平稳，弹性较大，特别是本工段 刚开车时氢气的气流量小，它几乎同满负荷操作一样能达到对水分的要求指标。综上优点，本工段选取塑料鲍尔环25 X 25X 1.2

48、（乱堆），材质为聚丙烯（PP） 壳体材料为聚氯乙烯玻璃钢（PVC+FRP）,湿填料因子 285 M-1。（1）湿氢气进口质量流量:湿氢气出口质量流量:冷却水进口质量流量:25X60000 dccccci 匸=189.203kg/h792825X60000 “WH 2（出） =189.203kg/h79282944.96X60000Wk （进）=22287.79kg/hWH 2（进）79282. 进出口数据:冷却水出 口质量流量：W水（出）=（2944.921.83） 60000 =22453.06kg/h7928(2)进口湿氢气总摩尔流量:7928Nh2（进）-"S+O.255&qu

49、ot;79）60000 =110.08kmol/hV1 =22.4 X 110.08X273出 口 湿 氢 气 总 摩（12.5 +0.255 +0.76）60000Nh2（出）=102.28kmol/h体积273 +50 101.33 cc“ 3 X=2946.19m /h100.34尔 流 量7928体积湿氢气平均体积273+30V2=22.4X 102.28Xx273一 2946.19 +2622.62, 3“V1 = 2784.41 m /h鳥4：=2622.62 m3/h冷却水平均体积V2 =222453.06 + 22287.79 =22.43m3/h2x996.953. 塔径D(1)泛点气速50 P湿氢气的密度:Pv =0.17 kg/m3清水的密度:P| =996.95 kg/m3怡訴 L=0.038叫（生）0.5 = 204472（空）0.5 =0.59W Pl448.54 996.95由埃克特通用关联图中的乱堆填料泛点线查出，横坐标为0.595时的纵坐标熟知为0.038。即：OBLas=黑V£-&*<Ji0010,曲OOOti0.0040.0020