甲醇冷凝器设计计算

1、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 T=337.85K, T2=337.85K, Ti = 337.85K 管程冷却水的定性温度为ti =300.15K ， t2 =317.15 t=(300.15+317.15)/2=308.15K根据定性温度，分别查取相关文献 ，【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：密度定压比热容 热导率 粘度1=1.19 Kg / m3Cp1=1.620 KJ / (Kg K)1=

2、0.013 KJ / (Kg K)1=0.011 mPa s汽化潜热=1100 KJ / Kg冷却水在308.15K下的有关物性数据：密度3o =994.06 Kg /m定压比热容cpo =4.165 KJ/(Kg K)热导率0=0.623 KJ / (Kg K)粘度0=0.7245 mPa s1.2 估算传热面积热流量甲醇质量流量：W =1.2 X 3600X 1.19=5140.8 Kg / h =1.428 Kg /s甲醇热负荷：6Q1 =5140.8 X 1100=5.655 X 10 KJ /h =1570.8 KW 平均传热温差tm =28.36Ktl- t2= (337.85-3

3、00.15)-(337.85-317.15)'_tl, 337.85-300.15InInt2337.85-317.15其中 t1=T1-t1,At2=T2-t2 , T1=T2=337.85K 冷却水用量6WS°=Q°( Cp。At0)=5.655 X 10 /4.165 x (317.15-300.15 ) =79867.2 Kg /h=22.2 Kg /s传热面积初值估算查文献1取总传热系数K=800W / (m2 K)"32估算传热面积：A估=Q.( K Atm) =1570.8 X 10 / (800 X 28.36) =69.235 m1.3

4、核算总传热系数K管径和管流速选用19mnX 2mm的碳钢管，取管ui =0.57 m/s ,其径di 0.015m ,外径do 0.019m计算管程数和传热管数根据传热管径和流速确定单程传热管数neV22.2 994.06n 20.785 0 0152 0.57di Ui4=221.83(根)按单管程计算，所需传热管长度为,A估69.235厂 c厂L=5.25m冗do ne 3.14 X0.019 X221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Nt =221 (根)平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=337.85-337.85=0317.15-300.15=0.453

5、17.15-300.15337.85-300.15查文献4，按单壳程温差校正系数应查有关图表。可得t=1平均传热温差t'm =小 tm =1X 28.36=28.36 C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。取管心距t=1.25d 0,则t=1.25 X 19=23.75 25(mm)查文献，对于单管程换热器，横过管束中心线的管数nc 1.1 22116.35 17根管束的分程方法：采用单管程共有传热管 221根，壳体径本设计采用单管程结构正三角形排列，查文献 ，壳体径可用下式计算：D=t ( nc-1) +2b ，管束中心线上最外层管的中心至壳体径的距离b

6、9; 1.5do 1.5 19 28.5mm则壳体径为：D=2(17-1)1.5 19=428.5mm圆整后取壳体直径为D=500mm折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%则切去的圆缺高为 h'=0.25 X 500=125mm两相邻折流挡板的距离(板间距)为：h=0.8D =0.8 X 500=400mm 故可取 h=400mm,折流板数目：Nb传热管长-1=60°°-1=14 (块)NB折流板间距400折流板圆缺面水平装配。污垢热阻和管壁热阻管程冷却水的污垢热阻R, =0.00034 m2 K W壳程纯净甲醇气体的污垢热阻Rd。=0管壁热阻R

7、w = ，其中b为传热管壁厚，m ; w为管壁热导率，W/(m K )w碳钢在308.15K下的热导率为51.10W /(m K)，所以Rw = 0002 =0.000039 m2 K W 51.10管程给热系数管流通面积管流速Ai = nd2 ne= X 0.0152 X 221=0.0390 m244Ws0Uip Ai=0.5726 m/s994.06 X0.0390管雷诺系数Rei = 3 = °.°15 °.5726 994.06 =11784.65M00.7245 10(湍流)-3管普朗特数Pri =Cp0也=4165 0.7245 10 =4.844X

8、)0.623对流传热系数X - 0.80.40.6230.80.4a 0.023ReiPri0.02311784.654.844di0.015=3245W/(m2 K )壳程给热系数查文献4，壳程对流传热系数Oto0.725(2.3p g X y)(jdo At式中，为比汽化热，J Kg 为冷凝液的密度，Kg/m3 入为冷凝液的热导率，W/(m K) 为冷凝液的黏度，mPa st为饱和温度Ts与外壁温度Tw之差，221跟管子，管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 子按照三角形排列，则有n 10定性温度取膜温，即T定 现假设管外壁温Tw 330K，则t Ts-Tw 337.

9、15-330 7.15K337.153302333.575K ,在该定性温度下:P 760.6kg： m3， 口 0.342mPa s，入 197.8mW (m K)Oto0.725)(id。At33140 725 / 760.69& 0.19781100 10 )V 102 3 0.342 1 0-3 0.0 1 9 7.15=2805W/(m2 K)1.3.10壁温核算热流体在管流动，Ts =337.15K，则单根水平管的传热量Q11570.8 103W221 2217107.69W，根据壁温公式有T -TwTw - tw1rr b(Rdo)-aoAof Amt w - tjrr(

10、Rdi) -a Ai式中，Tw为管外壁温，tw为管壁温，Rdi为管程冷却水污垢热阻，Rdo为壳程纯 净甲醇气体的污垢热阻，b为管厚度，Ai为单根换热管的表面积，Ao为单根换 热管外表面积，Am为单根换热管平均表面积， w为碳钢热导率。Q单337.15-!w，求得 Tw=330.07K，这与假设相差不大，可以接1 12805 3.14 0.019 6受。1.3.11计算总传热系数KOtoRdobd。?wv d mRdidodi1 doaidi式中a为壳程传热系数Rdi为管程污垢热阻，Rdo壳程污垢热阻,为碳钢热导di为管子径，do为管子外径，dm为管子平均直径，a为管程传热系数,Ap - AcA

11、c79.109-67.64367.64316.95%将已知数据代入上式，得传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务1.4 核算压力降管程压降 Pi查文献，艺Ai （炉1 AP2）FtNsNp式中，Ft为结垢校正系数；Ns壳程数；Np为管程数；P1为直管阻力压强降，Pa; P2为回弯管压强降，Pa ;查文献，取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则010.00667，而di 15Rei 11784.65，于是0.1(-di0.23更)Rei0.1(0.006676811784 .650.23)0.03646AP1l PoU2二 丁0.0 36466994 .060.57260.01522376 .6

12、3 pa2 2AP23488.88 paPUi 3 994.06 0.57262 2对正三角形排列Ft =1.4，且Ns=1, N p =1,则pi ( P1P2)FtNsNp (2376.63 488.88) 1.4 1 1 4011.714pa 壳程压降壳体流通面积Soh(D ncdo)=0.4 X( 0.5- 17 >0.019) =0.0708 m2因为，WS1 =1.2 Kg /s，所以:壳程流速1.2Uo必=12=14.24 m/spSo 1.19 X0.0708当量直径(3 24 t - d d 2 d endo2)2 n2、0.025 -0.019)4 0.0 仃29 m

13、n 0.019雷诺系数deUo PRe。0.01729 14.24 1.1926635.40 (湍流)0.011 10-3壳程普朗特数Cp1 PiPro1.620 103 0.011 10-3 1 3710.013壳程压降Po (P1P2)FtNs其中Ns 1 ,Ft 1流体流经管束的阻力P121UoF fonc(NB 1)2摩擦系数f。5.0 Re。-0.2280.4897已知：N B 14 , F0.5, nc 17 uo 14.24m/sF fonc(NB1)1Uo20.5 X0.4897 X17 X(14 + 1)21.19 X14.24X-=7533.16 PaP22 hNb(3.5-D)2pUo214(3.5-21.19 14.2423209.36 Pa故Po ( P1P2) Ft Ns =(7533.16+3