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（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105Pa。 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12015.6.32015.6.5设计实验内容和要求22015.6.52015.6.8按设计任务和条件计算实验结果32015.6.82015.6.13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511 （六）计算结果列表121、 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。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25mm2.5mm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 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 Pas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)导热系数 i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3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K 管程传热系数 2733.2W/(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管壁的导热系数=45 W/(m)总传热系数K =423W/(m2)4、计算传热面积 考虑15的面积裕度，S=1.15S=1.1511.69=13.44m25、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用25mm2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速ui =0.5m/s（2）管程数和传热管数 依据传热管内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根管内流速 （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，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532mm横过管束中心线的管数（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 圆整可取D180mm （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h33.318059.94mm 取折流板间距B0.5D，则B0.518090mm 折流板数为 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 u13.5m/s，则接管内径为 圆整后可取内径为50mm。 管程流体进出口接管取接管内循环水流速 u21.2 m/s，则接管内径为 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 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 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 普兰特准数传热系数K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）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 由Re32356，传热管相对粗糙度，查莫狄图得i0.035W/m，流速ui1.18m/s，994 kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。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范围内。 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/m2K49711换热面积m22112传热系数W/（m2）5435185113污垢系数m2K/W0.000344210.00017214阻力降kPa10.314.315程数2116使用材料碳钢碳钢17直径mm252.518018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平均传热温差总传热系数K管程