甲醇冷凝器设计计算.doc

1.1 确定物性数据热流体进口温度：337.85K,出口温度：337.85K冷流体进口温度：300.15K,出口温度：317.15K定性温度:可取流体进口温度的平均值。壳程甲醇蒸气的定性温度为=337.85K，=337.85K，= 337.85K管程冷却水的定性温度为=300.15K，=317.15 ， t=(300.15+317.15)/2=308.15K根据定性温度，分别查取相关文献1，【2】壳程和管程流体的有关物性数据甲醇蒸气在337.15K下的物性数据:密度 =1.19 定压比热容 =1.620热导率 =0.013粘度 =0.011汽化潜热 =1100冷却水在308.15K下的有关物性数据:密度 =994.06 定压比热容 =4.165热导率 =0.623粘度 =0.72451.2 估算传热面积1.2.1热流量甲醇质量流量：=1.236001.19=5140.8=1.428甲醇热负荷：=5140.81100=5.655=1570.81.2.2平均传热温差=其中=，= ，=337.85K1.2.3冷却水用量=5.655/4.165（317.15-300.15）=79867.2 =22.21.2.4传热面积初值估算查文献1取总传热系数K=800估算传热面积:=1570.8/（80028.36）=69.2351.3 核算总传热系数K1.3.1管径和管内流速 选用19mm2mm的碳钢管，取管内=0.57,其内径，外径1.3.2计算管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数=221.83221（根）按单管程计算，所需传热管长度为=5.25m根据传统换热器管长可取6米单程换热器，则传热管总根数=221（根）1.3.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数 R=0P=0.45查文献4，按单壳程温差校正系数应查有关图表。可得=1平均传热温差=128.36=28.361.3.4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。取管心距t=1.25d0，则 t=1.2519=23.7525(mm)查文献8，对于单管程换热器，横过管束中心线的管数根管束的分程方法：采用单管程共有传热管221根，1.3.5壳体内径本设计采用单管程结构正三角形排列，查文献6，壳体内径可用下式计算：D=t（）+，管束中心线上最外层管的中心至壳体内径的距离则壳体内径为：D=428.5mm圆整后取壳体直径为D=500mm1.3.6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%，则切去的圆缺高为=0.25500=125mm两相邻折流挡板的距离（板间距）为：h=0.8500=400mm，故可取h=400mm,折流板数目：=-1=14（块）折流板圆缺面水平装配。1.3.7污垢热阻和管壁热阻管程冷却水的污垢热阻 =0.00034壳程纯净甲醇气体的污垢热阻 =0管壁热阻= ，其中b为传热管壁厚，m ；为管壁热导率，碳钢在308.15K下的热导率为51.10，所以=0.0000391.3.8管程给热系数管内流通面积 =221=0.0390管内流速 =0.5726管内雷诺系数 =11784.65（湍流）管内普朗特数 =4.844对流传热系数=32451.3.9壳程给热系数 查文献4，壳程对流传热系数 式中，为比汽化热，为冷凝液的密度，为冷凝液的热导率,为冷凝液的黏度,为饱和温度与外壁温度之差，n为水平管束在垂直列上的管子数，该换热器为单管程单壳程共221跟管子，管子按照三角形排列，则有n10定性温度取膜温，即 现假设管外壁温，则,在该定性温度下：， =28051.3.10壁温核算热流体在管内流动，=337.15K，则单根水平管的传热量，根据壁温公式有式中，为管外壁温，为管内壁温，为管程冷却水污垢热阻， 为壳程纯净甲醇气体的污垢热阻，b为管厚度，为单根换热管的内表面积，为单根换热管外表面积，为单根换热管平均表面积，为碳钢热导率。，求得 =330.07K，这与假设相差不大，可以接受。1.3.11计算总传热系数K式中 为管子内径，为管子外径，为管子平均直径，为管程传热系数，为壳程传热系数。为管程污垢热阻，壳程污垢热阻，为碳钢热导率将已知数据代入上式，得=818.831.3.12计算传热面积裕度传热面积实际传热面积=3.140.0196221=79.109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。1.4 核算压力降1.4.1管程压降查文献9，式中，为结垢校正系数；壳程数；为管程数；为直管阻力压强降，;为回弯管压强降，；查文献3，取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则，而，于是对正三角形排列=1.4，且=1，=1，则1.4.2壳程压降壳体流通面积 =0.4（0.5-）=0.0708因为，=1.2，所以：壳程流速 =14.24当量直径 雷诺系数（湍流）壳程普朗