甲醇加热器设计说明书修改版2

..甲醇加热器设计说明书一、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。二、方案设计用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1/8700m2.热损失5%。3.初设K=58.21．确定设计方案1.试算并初选换热器规格〔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。因为加热介质是饱和蒸汽,宜于通入壳程,甲苯则通入管内。〔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ф25×2.5的碳钢管,取管内流速取ui=20m/ｓ。〔3确定流体的物性数据,并选择列管换热器的型式定性温度：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。水蒸汽在420K下的有关物性数据如下：密度ρo=2.3585kg/m3定压比热容cpo=1.92kJ/<kg·℃>导热系数λo=0.0260W/<m·℃>粘度μo=0.000148Pa·s潜热=2128.8kJ/kg甲醇在365.5K下的物性数据：密度ρi=1.09kg/m3定压比热容cpi=1.34kJ/<kg·℃>导热系数λi=0.0256W/<m·℃>粘度μi=0.0000164Pa·s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。〔4计算热负荷Q按管内甲苯计算,即Wi=2500kg/hQi=WicpiΔti=2500×1.34×<393-338>=184250kJ/h=51.18kWQi=51.18<1+5％>=53.74KW水蒸汽流量可由热量衡算求得,即其中Qo=Qi×1.05〔5计算平均温差〔6初选换热器规格初设K=58.2故初选固定管板式换热器规格如下：壳径D：400㎜公称面积S：17.3管程数：4管数n：76管长L：3000㎜管子直径：ф25×2.5每管程的流通面积：=0.0060公称压强：2.5MP管间距：t=32mm壳程：1管子排列方法：正三角形排列2.工艺结构尺寸〔1管径和管内流速选用ф25×2.5传热管<碳钢>,取管内流速ui=20m/s〔2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。可得平均传热温差〔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=1.25d0,则t=1.25×25=31.25≈32<mm>

横过管束中心线的管数根得到各程之间可排列10支管,即正六边形可排6层。〔4壳体内径壳体内径为式中：对于三角形排列b=得D=62.5+288=350.5mm圆整可取D＝400mm〔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h＝0.25×400＝100mm,故可取h＝100mm。取折流板间距B＝0.5D,则B＝0.3×400＝200mm,可取B为200。折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=3000/200-1=14<块>折流板圆缺面水平装配。〔6接管壳程流体进出口接管：取接管外水蒸汽流速为u＝1..0m/s,则接管内径为查表取壳程流体进出口接管内径为100mm管程流体进出口接管：取接管内甲醇流速u＝20m/s,则接管内径为查表取管程流体进出口接管内径200mm〔7其他设备拉杆直径为12,拉杆数不少于4个。3．换热器核算〔1热量核算①壳程对流传热系数对圆缺形折流板,可采用以下公式查表得：λ=0.6843W/<㎡℃>=919.882kg/μPas=2128.8kJ/kg壁温为418.7K,包和水蒸气与壁温只差由以上计算得n=10<取整>代入上式整理得：②管内对流传热系数为又因为流体被加热n取0.4.管程流通面积管程流体流速及其雷诺数分别为普兰特准数③传热系数K由已知可得管壁内外侧污垢热阻为1/8700/W管壁热阻④传热面积S该换热器的实际传热面积Sp按照国家标准换热器G400I-2.5-17.3取其实际传热面积=17.3该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。核算壁温=1\*GB3①由于管壁薄,热阻很小,所以计算公式如下：由于冷热流体都是气体热流体的平均温度冷流体的平均温度其中：带入个数据,则②壳体壁温可以近似取为壳程流体的平均温度,即：=3\*GB3③壳体壁温与传热壁温只差该温差较小,且换热器壳程流体压力较低,因此,可以选用固定管板式换热器。〔3换热器内流体的压力降①管程流动阻力∑ΔPi=<ΔP1+ΔP2>FtNsNpNs=1,Np=1,Ft=1.4由Re＝27500〉,传热管相对粗糙度,查莫狄图得λi＝0.035W/m·℃,流速ui＝20.69m/s,ρ＝1.09kg/m3,所以∑△pi＝〔△p1+△p2Ft＝〔1224.83+699.91×1.4×1×1＝2694.64Pa〔符合设计要求管程压力降在允许范围之内。②壳程压力降流体流经管束的阻力其中：F=0.5fo=5.0×193.75-0.228=1.5050.45×1.505×10×15×<2.3585×0.6082>/2＝49.21Pa流体流过折流板缺口的阻力△’pI＝NB〔3.5－＝19×〔3.5－×<2.3585×0.6082>/2＝25.09Pa总压降：∑△po＝〔△’p1＋△’p2FsNs＝〔49.21＋25.09×1×1＝74.3Pa〔符合设计要求其中,Fs为壳程压强降的校正系数,对于气体取1；Ns为串联的壳程数,取1。由于换热器壳程壳程流体的操作压力较低,所以计算得的壳程压力降也比较适宜。三、主要构件的设计计算及选型1壳体=1\*GB3①壳体直径根据前面的工艺计算,本次设计采用的换热器壳体内径Di＝400mm。查阅《结构与零部件〔上》P123,表1-1-86的无缝钢管制作筒体时容器的公称直径,本次采用公称直径为DN＝400mm×6mm的壳体,则Do＝400mm,Di＝388mm。=2\*GB3②壳体壁厚由于所设计的换热器为中低压容器,故可取设计压力为=1.6MPa;查表得许用应力=113MPa考虑到使用年限,取腐蚀裕量=1.0mm≈0.66<mm>实际选用板厚名义厚度为δn。δn=δ++式中根据δ在4.5到5.5之间C1＝0.5mm圆整后：δn=5.4+0.5+△≈6<mm>2垫圈的选择介质法兰公称压力介质温度配用压紧面形式选用垫圈名称材料甲醇〔蒸汽1.6200平行耐油橡胶石棉耐油橡胶石棉水蒸气1.6150平行石棉橡胶垫圈中亚石油橡胶板3法兰选择=1\*GB3①接管法兰用板式平焊钢制管法兰各两个接管法兰各数据参数如下公称通径管外径连接尺寸法兰厚度法兰内经法兰外径螺栓孔中心直径K螺栓孔直径螺栓孔数量螺纹200219340295221226222250273405355261228276=2\*GB3②壳体法兰用甲型平焊凹凸形管法兰一个壳体法兰各参数如下公称直径法兰/螺栓规格数量40053049045544544330204封头设计材料：选用椭圆型封头〔封头参数如下：公称直径曲面高度直边高度内表面面积容积400100250.2040.01155支座的设计估计支座和物料的总质量选用A型悬挂式支座,部分参数尺寸如下支座尺寸允许负荷公称直径安装尺寸2.54005466管板设计四、换热器主要结构尺寸和计算结果表尺寸及结果表管程壳程物性流率250053.74温度K进/出338/393420/420定性温度365.5420热容1.344.304密度1.092.3585黏度导热系数0.02560.6843雷诺准数27500370设备结构参数型式固定管板式台数1壳体内径400壳程数1管径管心距32管长3000管子排列正三角排列管数目〔根76折流板个数14管程数4材质碳钢传热面积17.3折流板距200公称压力2.5主要计算结果管程壳程流速20传热系数2128.898.67污垢热阻热负荷53.74kw平均温差49.51k总传热系数75.55裕度20.56%支座承载能力校核〔1换热器的质量统计于下表：序号各零部件数量单件重量/kg重量/kg1壳体〔YB231-70263.17263.172管板246.3992.783壳程接管21.913.824壳程接管法兰2凹3.08/凸4.847.925管程接管22.575.146管程接管法兰2凹4.36/凸5.59.867排气液管20.290.588排气液管法兰22.344.689隔板114.8414.8410封头216.6033.211封头法兰117.8017.8012传热管1004.1641613拉杆2/29.24/8.7818.0214定距管L’127.6815.09L’227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0717管箱法兰117.8017.8018支座213.627.2换热器总重量/kg1018.1〔2传热管和拉杆所占的体积粗略为：V2＝3.14×〔0.025/22×2.914×104=0.149m3壳体体积为：V1＝3.14×〔0.400/22×2.914＝0.463m3忽略隔板体积,水充满整个换热器时的总重为：=1018.1+〔0.463-0.149×996.0＝1330.84kg。小于该鞍式支座的最大载荷14吨。〔3壳体刚度校核已知公式：和换热器的受力可简化为如图：AAAL弯矩图为：L=1.790m,=1018.1kg,g=9.81N/kg。校正为1020kg。取A=0.34L=0.34×1.790≈0.6086<m>,此时==0.025gL=0.025×1020×9.81×1.790=705.94Nm抗弯截面模量：===0.0013=705.94/0.0013=0.543MPa<[]t=133MPa故此壳体适用。五、设计总结经过两个星期的学习,我们这个团队终于完成了化工原理课程设计。从开始接到这个课题到完成,每走一步对我们来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里,我们复习了关于传热方面的知识,同时将以前学习的知识用到了实际的设计之中。期间的感受是完全不同以往的,这时候才感觉的书到用时方恨少,没有学好学透就没资格说读书是无用的。在此特别感谢邢老师的用心指导。数据计算数据的计算是极其繁琐的,好在已经过来了,可知要做好设计非得下一番功夫啊,仔细和耐心也是必须的。AutoCAD绘图AutoCAD制图是一个很好的软甲,设计者的好帮手。虽然