2022年化工原理甲醇冷却器设计.pdf

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1、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.课程设计的内容与要求 (包括原始数据、技术要求、工作要求等): 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计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

2、 64C, 出口温度 50C, 压力为常压。冷却介质 : 循环水 , 入口温度 30C, 出口温度 40C, 压力为 0、3MPa 。允许压降 : 不大于 105Pa。每年按 330 天计, 每天 24小时连续运行。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计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64 30 出口50 40 质量流量 kg/h 10600 9562

3、 设计压力 (MPa) 常压0、3 3.主要参考文献 : 柴诚敬 主编 化工原理 ( 高等教育出版社 ) 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 2015、6、32015、6、5 设计实验内容与要求2 2015、6、52015、6、8 按设计任务与条件计算实验结果3 2015、6、82015、6、13 完成电子稿的设计精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - -

4、- 化工原理甲醇冷却器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)课程设计的任务与要求: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 511 (六)计算结果列表 12 1、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,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

5、0、3MPa。允许压降 :不大于 105 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,出 口温 度 50 冷流 体 。冷 流体进 口 温 度 30,出 口温 度 40 。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却

6、器设计从 两 流 体 温 度 来 瞧 ,换 热 器 的 管 壁 温 度 与 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25mm 2、5mm的 碳钢 管 ,管 内 流速 取 ui = 0 、 5m/s。2、 确 定物 性 数 据定 性 温度:可取

7、 流 体 进出 口 温 度的 平 均 值。壳 程 甲醇 的定 性 温度 为 : 64 50572管 程 循环 水的 定 性温 度 为: 3524030t根 据 定性 温度 ,分 别 查取 壳 程 与管 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o=755 、 77 kg/m3定 压 比热 容cpo=2、 629kJ/(kg ) 导 热 系数o=0、 1919W/(m ) 粘 度o=0、 00039 Pa s 循 环 水在 35 下 的 物性数 据 : 密 度i=994kg/m3定 压 比热 容cpi=4、08 kJ/(kg ) 导 热 系

8、数i=0、626 W/(m ) 粘 度i=0、 000725 Pa s 3.计 算 总 传 热系 数(1) 热 流 量3oopoo106002.629 1064 50108373W3600Qw ct(2) 平 均 传 热温 差1212(6440)(50 30)t21.964-40lnln50-30mtttt(3) 冷 却 水 用量i3pii10837336009562.3kg /ct4.08 104030OQwh（）(4) 总 传 热 系数 K精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 1

9、5 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计 管 程传 热 系 数iiieid u p0.02 0.5 994137100.000725R4 . 0iipi8 .0iiiiiiicpudd023. 0）（）（30.80.40.6264.08 100.0007250.0231137100.020.626（）（m/2 .2733 W2733 、 2W/ ( m2 ) 壳 程传 热 系 数假 设壳 程 的传热 系 数 o = 800 W/(m2 ); 污 垢热 阻 为Rsi = 0 、 000344 m2 /W Rso = 0 、 000172 m2 /W 管 壁的 导 热

10、系数=45 W/(m ) 总传热系数 Kosomoioiiio1dbddddd1RRK1=0.0250.0250.0025 0.0251+0.00034+0.000172+2733.2 0.0200.02045 0.0225800=423W/ ( m2 )4、 计 算传 热 面 积2m10837311.69t42321.9QSmK考虑 15 的 面 积裕 度 ,S=1 、 15S=1、 1511、 69=13 、 44m25、 工 艺结 构 尺 寸(1) 管 径 与 管内 流 速 及管 长选用 ?25mm 2、 5mm 传 热管 (碳 钢),取 管 内 流速 ui=0、 5m/s (2) 管

11、程 数 与传 热 管 数依据传 热 管内 径 与流 速 确 定单 程 传 热管 数229562=17.02183.1436009940.0200.544siiVnd u根按单程管计算 ,所需传热管长度为213.44=9.513.140.025 18osSLmd n精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计按单 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

12、管 程数 为 2,则13.44293.140.0256soSnd L根每 程 管数 为292=15 根管 内 流速2295620.57/3.1436009940.0201544iisVum sd n(3) 平 均 传热 温差 校 正及 壳 程 数平均传 热温 差 校 正系 数122164501.44030Rtt211140300.296430ttPt按单壳 程 、 双管 程 结 构查 温 差 校正 系 数 图表 。 可 得t0.94平均传热温差mtt0.94 11.6910.99mt(4) 传 热 管 排列 与 分 程方 法采用 组 合 排列 法 ,即 每 程 内 均 按正 三 角 形 排 列

13、 ,隔 板 两 侧 采 用正 方 形排 列。 取 管心 距 t=1 、 25 d0,则t=1、2525=31、2532mm 横 过 管 束中 心 线 的管 数1.191.19186csnn根(5) 壳 体 内 径采用双 管程 结 构 ,取 管 板利 用 率=0、 7,则 壳体 内径 为18=1.051.0532170.380.7snDtmm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 33、 3 ,则 切 去的 圆缺 高 度为h 33、 3 180 59、 94mm 取折 流 板 间距 B0、 5D, 则B

14、0、5180 90mm 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计折流 板 数 为60001=16690BN传热管长块折流档板间距折 流 挡板 圆缺 面 水平 装 配。(7) 接 管壳 程 流 体进出 口接管取接 管 内 甲醇流 速为u1 3、 5m/s, 则 接 管内 径 为1144 106000.0383600755.773.143.5Vdmu圆 整 后可 取内 径 为 50mm 。管 程 流 体进出 口接管取接

15、 管 内 循环水 流速u2 1、 2 m/s, 则接 管 内 径为224495620.05336009943.141.2Vdmu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10.550.143ooew0.36erdoRP （）当量 直 径 ,由 正 三角 形 排 列得2222333.144()4 (0.0320.025 )24240.020m3.14 0.025oeotddd壳程 流 通 截面积2ood0.02510.090.1810.0035mt0.032SBD （）（）壳程 甲

16、醇 流速及 其雷诺 数 分 别为o0o106001.11m /3600755.770.00350.0200.86755.77e333310.00039oeooVusSd uR普兰 特 准 数302.629100.00039r5.30.1919pooocP粘度 校正精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计114.0w）（10.5523o0.19190.36333315.31 1851/ m0.020W（） 管程对 流

17、传 热 系 数当 Rei 10000,60iLd时可 采 用 公式0.80.40.023eriiiiiRPd管程流 通截 面 积222i3.141860.0200.0019m4242scinnd管程循 环水 流 速 及其 雷 诺 数分 别 为95621.41m/36009940.00190.0201.41994e386630.000725iiiiiiiVusSd uR普兰特 准数30.80.42i4.08 100.000725r4.730.6260.6260.023323564.735435/ (0.020piiiicPWm ） 传热系 数 K21ddbd1ddd10.0250.0250.00

18、250.02510.0003440.00017254350.0200.020450.02251851697/ mooosisoiiimoKRRW（） 传热面 积 S21083737.5t69720.6mQSmK该 换热 器 的实际 传 热 面积 Sp2p3.14 0.0256 0.06(18-6) 5.60oTSd LNm（）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计该 换热 器 的面积 裕 度 为p14.1-7.5

19、100%100%88%7.5SSHS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122212()=1.4=1=222itsptspiiiiiipppF N NFNNuuLppd其中，由 Re 32356, 传 热 管相对 粗糙 度0.10.00520d,查 莫狄 图 得i0、 035W/m ,流 速 ui 1、18m/s, 994 kg/m3,所 以212269941.180.0357266a0.02029941.1832076a2PPPP45726620761.4121.5691010aiPPaP管程总

20、压力降（）管 程 压力 降在 允 许范 围 之内 。 壳程压 力降1211.15otsstPPPF NNF（）其中，流 体流经 管束 的 阻 力210.2280.228211(1)220.55Re5333310.479390.86/755.770.860.50.479(391)236442ooocBocBouPFf nNFfnNumsPPa其中，流 体流过 折流 板 缺 口的 阻 力精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇

21、冷却器设计2222245o2(3.5)20.15 ,0.322 0.15755.77 0.86(3.5)39 (3.5)27250 a20.3227250 236441.15 15.444 1010ooBooBuBPNDBm DmuBPNPDPPaPa其中壳程总压力降（）壳 程 压力 降也 在 允许 压 力降 范 围 内。经 上 述 计 算 与 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 果精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

22、- -第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计主 要 符 号 说 明设 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 -2 、 5-12 、 1 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Pa 0、 3Mpa 常 压3 操 作 温 度30 进 /40 出64 进 /50 出4 流 量kg/h 9562 10600 5 流 体 密 度kg/m3994 755、77 6 定 压 比 热容kJ/(kg ) 4、 08 2、 629 7 流 速m/s 1、 18

23、 0、 86 8 传 热 量W 108373 9 平 均 温 度差20、6 10 总 传 热 系数W/m2K497 11 换 热 面 积m221 12 传 热 系 数W/(m2 ) 5435 1851 13 污 垢 系 数m2K/W0、 00034421 0、 000172 14 阻 力 降kPa 10、3 14、3 15 程 数2 1 16 使 用 材 料碳 钢碳 钢17 直 径mm 252、 5 180 18 长 度mm 6000 19 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

24、明 : 参照 标 准 JB/T4715-92 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计甲 醇的 定 性 温度T 循环 水 定 性温 度t 甲 醇 密 度o循环 水 密度i甲 醇定 压 比 热容cpo循 环水定 压比热 容cpi甲醇 导 热 系数o循环 水 导 热系 数i甲 醇 粘 度o循环 水 粘度i甲 醇 流 量wo循环 水 流量wi 热 负 荷Qo平均传 热 温差tm总传 热 系 数K管程 雷 诺数Re温差

25、校 正 系数t管 程、 壳 程 传热 系 数i、o初 算初 始 传 热面 积S传 热管 数sn初 算实 际 传 热面 积S 管 程 数pN壳 体 内 径D 横过 中 心 线管 数CN折流 板 间 距B 管 心 距t 折 流 板 数NB接 管内 径1d、2d管程 压 力 降iP当 量直 径ed壳程 压 力 降oP面 积裕 度H换 热器 壁 面 内、外 侧的 污 垢 热阻Rsi、 Rso管板 利 用率切 去的 圆 缺 高度h 壳程 流 通 截面 积So普兰 特 准 数Pr 换 热器 实 际 传热 面 积Sp精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - - 化工原理甲醇冷却器设计精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - - -