化工原理-甲醇冷却器设计

./设计题目：甲醇冷凝冷却器的设计系别专业：学生: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。允许压降：不大于10^5Pa。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．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：图表物料甲醇水温度℃入口6430出口5040质量流量kg/h106009562设计压力<MPa>常压0.33．主要参考文献：柴诚敬主编化工原理〔高等教育贾绍义柴诚敬主编化工原理课程设计〔大学4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作容1设计实验容和要求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〔三主要参考文献……………2〔四课程设计工作计划进度…………………2〔五设计计算过程……………5~11〔六计算结果列表……………121、设计题目甲醇冷凝冷却器的设计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①甲醇：入口温度64℃,出口温度50℃,压力为常压。②冷却介质：循环水,入口温度30℃,出口温度40℃,压力为0.3MPa。③允许压降：不大于105Pa。④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℃,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φ25mm×2.5mm的碳钢管,管流速取ui=0.5m/s。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：管程循环水的定性温度为：根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。甲醇在57℃下的有关物性数据如下：密度ρo=755.77kg/m3定压比热容cpo=2.629kJ/<kg·℃>导热系数λo=0.1919W/<m·℃>粘度μo=0.00039Pa·s循环水在35℃下的物性数据：密度ρi=994kg/m3定压比热容cpi=4.08kJ/<kg·℃>导热系数λi=0.626W/<m·℃>粘度μi=0.000725Pa·s3．计算总传热系数〔1热流量〔2平均传热温差〔3冷却水用量〔4总传热系数K①管程传热系数2733.2W/<m2·℃>②壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=800W/<m2·℃>；污垢热阻为Rsi=0.000344m2·℃/WRso=0.000172m2·℃/W管壁的导热系数λ=45W/<m·℃>③总传热系数K=423W/<m2·℃>4、计算传热面积考虑15％的面积裕度,S=1.15×S'=1.15×11.69=13.44m25、工艺结构尺寸〔1管径和管流速及管长选用ϕ25mm×2.5mm传热管<碳钢>,取管流速ui=0.5m/s〔2管程数和传热管数依据传热管径和流速确定单程传热管数按单程管计算,所需传热管长度为按单程管设计,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,则每程管数为=15根管流速〔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、双管程结构查温差校正系数图表。可得平均传热温差〔4传热管排列和分程方法采用组合排列法,即每程均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,则t=1.25×25=31.25≈32mm

横过管束中心线的管数〔5壳体径采用双管程结构,取管板利用率η=0.7,则壳体径为圆整可取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径的33.3％,则切去的圆缺高度为h＝33.3％×180＝59.94mm取折流板间距B＝0.5D,则B＝0.5×180＝90mm折流板数为折流挡板圆缺面水平装配。〔7接管①壳程流体进出口接管取接管甲醇流速为u1＝3.5m/s,则接管径为圆整后可取径为50mm。②管程流体进出口接管取接管循环水流速u2＝1.2m/s,则接管径为圆整后可取径为60mm。6．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,可采用凯恩公式当量直径,由正三角形排列得壳程流通截面积壳程甲醇流速及其雷诺数分别为普兰特准数粘度校正②管程对流传热系数当Rei>10000,时可采用公式管程流通截面积管程循环水流速及其雷诺数分别为普兰特准数③传热系数K④传热面积S该换热器的实际传热面积Sp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。〔2换热器流体的压力降①管程流动阻力由Re＝32356,传热管相对粗糙度,查莫狄图得λi＝0.035W/m·℃,流速ui＝1.18m/s,ρ＝994kg/m3,所以管程压力降在允许围之。②壳程压力降流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力壳程压力降也在允许压力降围。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G300Ⅱ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Pa0.3Mpa常压3操作温度℃30进/40出64进/50出4流量kg/h9562106005流体密度kg/m3994755.776定压比热容kJ/<kg·℃>4.082.6297流速m/s1.180.868传热量W1083739平均温度差℃20.610总传热系数W/m2·K49711换热面积m22112传热系数W/〔m2·℃5435185113污垢系数m2·K/W0.000344210.00017214阻力降kPa10.314.315程数2116使用材料碳钢碳钢17直径mmφ25×2.518018长度mm600019管子规格18根,管间距32mm,△排列20折流档板规格66块,间距90mm,切口水平高度33.3%21说明：参照标准JB/T4715-92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ρo循环水密度ρi甲醇定压比热容cpo循环水定压比热容cpi甲醇导热系数λo循环水导热系数λi甲醇粘度μo循环水粘度μi甲醇流量wo循环水流量wi热负荷Qo平均传热温差总