【《天然气净化工艺中MDEA贫富液换热器的设计与校核案例》1500字】

天然气净化工艺中MDEA贫富液换热器的设计与校核案例目录TOC\o"1-3"\h\u2516天然气净化工艺中MDEA贫富液换热器的设计与校核案例 1100091.1基础数据 1198701.2换热器热量衡算 17031.3换热器初步选型 2159301.4换热器尺寸核算 4154541.4.1阻力损失校核 4114311.4.2传热面积校核 71.1基础数据(1)MDEA富液进口温度t1=67.5℃，组成和流量与闪蒸液相同，出口温度取t2=95℃。(2)MDEA贫液进口温度等于重沸器出口温度，T1=120℃，组成与再生塔底相同，出口温度设为T2℃。1.2换热器热量衡算取换热器的进出口温度的平均值作为定性温度，则：富液温度81.5℃贫液温度℃由公式得，贫富液的定压比热容分别为：3.4745＋1.475×10-3T23.5379J/(g·K)贫液放出热量：富液吸收的热量：kJ/h该设计中热损失按5%计算，则由能量守恒可得：带入解得：T2=89.24℃1.3换热器初步选型⑴设计方案由于富MDEA溶液具有腐蚀性强，易于结垢的特点，直径25×2.5mm的碳钢管正方形斜转45°排列。对于MDEA溶液，所有溶液管线内流速应低于1m/s，吸收塔至贫富液换热器管程的流速宜为0.6~0.8m/s，故取管内流速为0.7m/s。⑵换热器的热负荷取热损失为5%，则换热器的热负荷：1.8562×108kJ/h⑶逆流平均传热温差热流体热流体冷流体T1T2t2t1图8-1冷、热流体逆流示意图由图8-1可知：25℃℃℃⑷有效平均传热温差为了满足经济效益，应使校正系数，故该设计采用壳侧2程，管侧大于2程的换热器如图8-2所示，查图8-3可得：0.95。故℃图8-2壳侧2程，管侧大于2程图8-3多程换热器的温差校正系数⑸传热面积MDEA贫富液互相换热时的K值大约为400~600W·m-2·℃-1，K=500W·m-2·K-1，1W=3.6kJ/h。则所需传热面积为：⑹初选换热器的型号设所需的单管程管数为n1，的管内径为0.02m。由图3-3可查81.5℃50%MDEA溶液的密度1.6lb/gal=1030.5073kg/m3；体积流量：m3/h由154.31，解得n1=195。取管程数为4，则总管数。由传热面积：，得单程管长：l=3.5m。初选换热器型号为：AES，具体参数见下表：表8-1初选换热器相关参数项目数据项目数据壳径D(DN)1600mm管尺寸管程数NP(N)4管长L3.5m管数n776管心距t32mm中心排管数Nc16管排列方式正方形斜转45°管程流通面积Si0.0224m2传热面积A465.25m21.4换热器尺寸核算1.4.1阻力损失校核⑴管程阻力损失△Pt①基础参数管程流速：m/s忽略MDEA溶液中H2S、CO2影响，则有：粘度：由图8-4[2]可得81.5℃时50%MDEA溶液的粘度：1.18cp=1.18×10-3pa·s图8-450%及100%MDEA溶液的动力粘度雷诺数：摩擦系数：取钢管绝对粗糙度mm，则相对粗糙度，根据相对粗糙度及雷诺数查莫狄图可得0.033。②每程直管的压降kPa③每程局部阻力引起的压降由公式得：式中—管程结垢校正系数，对于mm×2.5mm的管，1.4；—壳程数；—每壳程的管程数。⑵壳程阻力损失△PS①基础数据由于该设计管束采用正方形斜转45°排列，故管束中心线上的管束：取折流挡板间距0.2m，则壳程最大截面积：m2密度：由图3-3可查的104.82℃（219.95℉）时50%MDEA溶液的密度1.30lb/gal=994.559kg/m3；体积流量：m3/h流速：m/s粘度：由图8-5可得104.82℃（219.95℉）时50%MDEA溶液的粘度：0.87cp=1.7×10-4pa·s雷诺数：摩擦系数：折流挡板数：②流体横向通过管束的阻力损失管束采用正方形斜转45°排列，故管排列方式校正系数F=0.4。kPa③流体通过折流挡板缺口的阻力损失kPa由公式得：式中FS—壳程结垢校正系数，对于液体取1.15。kPa⑶换热管中的阻力损失满足液体流经换热器的阻力损失为10~100kPa的要求，故选型合理可用。1.4.2传热面积校核⑴管程传热系数αi忽略MDEA溶液中H2S、CO2影响，则由公式81.5℃（171.98℉）时50%MDEA溶液的的比热容3.5382kJ/(kg·K)。1Btu/(h·ft·℉)=1.730735W/(m·K)图8-550%及100%MDEA溶液的给热系数由图8-5[2]知：81.6℃（171.88℉）时50%MDEA溶液的的给热系数0.22Btu/(h·ft·℉)=0.22×1.730735=0.3808W/(m·K)。普朗特数：11.4979由于>10000，且，故努塞尔数：又[13]，故：W/(m2·K)⑵壳程传热系数αo由公式103.85℃（211.93℉）时50%MDEA溶液的的比热容3.6039kJ/(kg·K)。由图9-6可知：103.85℃（211.93℉）时50%MDEA溶液的的给热系数：0.222Btu/(h·ft·℉)=0.222×1.730735=0.3842W/(m·K)因为6305.7458在2×（103~106）之间，所以有公式：在液体加热时取为1.05，冷却时取为0.95。带入数据解得：1446.1385W/(m2·K