【《乙醇胺生产的换热器设计案例》2900字】

乙醇胺生产的换热器设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u2771乙醇胺生产的换热器设计案例 1257551.1选型依据 167081.1.1选型原则 2147931.2冷凝器计算 2159671.2.1流股条件 2228631.3核算换热器传热面积 3221061.4换热管计算及排布方式 3240191.4.1换热管规格及流速选定 3212551.4.2管程流通截面积 3312971.4.3单程管数 4130631.4.4管程数 4298331.4.5换热管排列方式 5181661.5壳体内径的估算 5152341.6进出口连接管直径的计算 6185181.7折流板 663051.8总传热系数计算 7247901.8.1计算选定换热器的传热系数 7175731.8.2计算管程对流传热系数 8278721.8.3计算壳程对流传热系数 877841.8.4计算管壁温度 9234441.8.5核算总传热系数 9321161.8.6计算换热器压降 9244721.8.7假设计算 10选型依据表5-1换热器选型依据选型原则在工艺设计换热器时要考虑的诸多因素：流经换热器流体的温度和压力、换热器操作温度及压降、换热器维护清洗的难易程度及其维护成本的大小、换热器材料的选择以及使用寿命等都是其换热效率的影响因素。只有将所有因素都能搞合理的满足后才能在生产中效率最大化，经济最优化、工艺操作最简化。冷凝器计算流股条件根据ASPENPULS计算数据得到。本次冷却器的热流股为T201塔的塔顶气相出料，塔顶馏出流率F馏出=1148.57kg/h，回流比R=0.2585，塔顶馏出物质量流率为1445.42kg/h。冷凝器进口热流股压力规定为100kPa，进料温度为47.98℃，出料温度也为47.98℃，气相体积流率为1047.1m3/h。冷公用工程采用30℃循环水，循环水出料温度为42℃。表5-3换热器操作参数类别壳程管程物料混合物水流量(kg/h)1445.42-温度℃47.9847.983242比热(kJ/kg/℃)0.1204.174密度(kg/m3)1.097993.6黏度(MPa·s)0.000019780.0007124导热系数(W/m·K)0.013590.4213平均分子量17.22718类别壳程管程低黏度流体其定性温度的值为进口温度和出口温度的平均值。壳程的定性温度为：水定性温度：核算换热器传热面积假设总传热系数为500W/(m2℃)。取冷却水温升为8℃，则冷却水由进口的30℃升至142℃出分凝器。逆流换热，冷公用工程走管程，热流股走壳程，计算平均换热温差∆分凝器的热负荷为-193.512kW，计算换热面积S=冷公用工程用量：MV换热管计算及排布方式换热管规格及流速选定换热器的传热面由换热管排列构成，根据压力、温度和流体腐蚀性、化作用及毒性等决定其材料，直径越小管子承受的压力越强，可排列管数就越多，可是换热效果更好。表5-4换热管的规格及排列方式在此，选用Ø19×2的碳素钢管。管程内的流体流速选用ω2=0.6m/s。管程流通截面积由计算管程所需流通截面积:式中：At——管程流通面积；M1——水量；ρ1——水的密度；ω1——管程内水流速。单程管数式中：At——管程所需流通面积；di——传热管的内径。管程数单程管时，换热管长度为：由计算得知单管程是换热管长度较长所以选用多管程。常用的管长有：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，现取管束长度为：l=6.0m。换热管程数为：10.055则传热管总根数为则换热器的传热面积为：换热管排列方式常见的排列方式有四种如下表5-5所示：表5-5管排列方式表排列方式图示排列角度正三角形6030正方形4590根据表5-5选择的排列方式为正三角形。表5-6换热管中心距选中心距（s）为25㎜，分程隔板槽两侧相邻管中心距（lE）为38㎜的管。壳体内径的估算壳体内径粗略估算：当管子为正三角形排列时，壳体内经为：式中：Ds——壳体内径；nt——传热管根数；s——表示管中心距；η——管板利用效率，一般取0.6-0.8，本设计取0.6。壳体内径圆整=400m。进出口连接管直径的计算用连续性方程确定连接管直径：圆整为标准管径，得Ø133×4。折流板表5-7折流板类型表类型优劣弓形折流板流体流动中的死角较小，结构也简单盘环形折流板而盘环形结构比较复杂，不便清洗由上表5-7可知，本次换热器折流板选型为选弓形折流板。折流板的厚度选定要起到防震、抗扭矩的作用，该值的选定大小在GB-1999中见表5-6.表5-8折流板和支持板的最小厚度由表5-6知，折流板厚度选取4mm。材料取用14Cr1MoR。折流板缺口弦高度：h=0.25折流板间距的选择见表5-9：表5-9折流板间距由表5-9可知，折流板间距值取：ls=0.3m折流板数目：式中：总传热系数计算计算选定换热器的传热系数根据前面计算知，冷凝水采用Φ19mm×2mm的换热管，选用管壳式换热器，根据《管壳式换热器选型手册》，换热器压力符合公称压力等级6kgf/cm2。计算的换热器参数如下表5-8所示：表5-9换热器参数表则实际流速为u则选定K值为K计算管程对流传热系数换热器的定性温度t=36℃，根据水的粘度表，此时冷凝水粘度μ=0.712×10-3Pa·s，根据《水的物理性质》，30℃时冷凝水的导热系数为0.4110W/(m·℃)，40℃时冷凝水的导热系数为0.4274W/(m·℃)，插值得到定性温度下冷凝水导热系数k=0.4208W/(m·℃)。则管程流体中：RePrRe给热系数先按湍流时的计算：0.7<流体在圆管内呈过渡流状态，给热系数按湍流时的计算，再乘以校正系数，校正系数公式如下：φ=1−0.7<故管程流体的对流传热系数可应用Dittus-Boelter关联式，由于是冷流体被加热，因此取n=0.4，得：α计算壳程对流传热系数在壳程中，流股质量流率F液=1445.420kg/h，液相粘度μ=0.01978×10-3Pa·s。由于壳程中存在相变，应将冷凝视为膜状冷凝热，以P表示润湿周边长度，计算液膜雷诺数ReRe壳程液相密度ρL=780.113kg/m3，汽相密度ρv=1.097kg/m3，当地的重力加速度g=9.79m/s2，液膜粘度μ=0.01978×10-3Pa·s。导热系数0.01359，选择Kirkbride的经验公式计算壳程平均对流传热系数，αα=1210.483计算管壁温度根据《常用液体污垢系数》，该温度下处理过的冷却水污垢系数取0.00055℃·m2/W，有机溶剂污垢系数取0.000009-0.000026℃·m2/W，所以取管壁内表面上的污垢热阻为Rsi=0.00054℃·m2/W，管壁外表面上的污垢热阻为Rs0=0.000026℃·m2/W。t核算总传热系数已知公式：1根据《常用金属导热系数表》，0℃时碳钢的导热系数为52.3W/(m·℃)，100℃时碳钢的导热系数为48.9W/(m·℃)，插值得到40.331℃下碳钢的导热系数k=50.929W/(m·℃)。KK满足设计的1.05~1.25的范围要求。计算换热器压降换热器总阻力为各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。相比之下，进、出口阻力较小，一般可忽略不计。因此，管程总阻力的计算公式为：其中：∆P1——为因直管摩擦阻力引起的压降，Pa；∆P2——因回弯阻力引起的压降，Pa；Ft——为管程结垢校正系数，根据《管程压力降结构校正系数表》，取Ft=1.2；Ns——为串联壳程数；Np——为管程数。查阅相关资料取绝对粗糙度ε=0.1mmε/d=已知Re=12336.518，图5-2λ与Re、ε/d的关系图则查图5-2得λ=0.041Δ回弯阻力压降∆P2为Δ故Δ得到管程压降约为7.4kPa，而壳程为汽相传热，压降较小，对流程几乎无影响。假设计算当壳程Ref<1800时计算过程如下：壳程液相密度ρL=780.113kg/m3，汽相密度ρv=1.097kg/m3，当地的重力加速度g=9.79m/s2，蒸汽饱和温度下的汽化热λ=152.11kJ/kg，k=0.01359W/(m℃)，液膜粘度μ=0.01978×10-3Pa·s，tsat=47.98℃。选择McAdams的工程设计公式计算壳程平均对流传热系数