MDI装置光气冷凝器设计计算书

光气冷凝器设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

1,光气进料流量,G,设计值,G=5000,kg/h,5000,光气进料质量流量，根据工艺要求确定,GB50016-2014,

2,光气进口温度,T1,设计值,T1=80,℃,80,光气进入冷凝器时的温度,GB50016-2014,

3,光气出口温度,T2,设计值,T2=30,℃,30,光气离开冷凝器时的温度,GB50016-2014,

4,冷却介质进口温度,t1,设计值,t1=20,℃,20,冷却水进入冷凝器时的温度,GB50016-2014,

5,冷却介质出口温度,t2,设计值,t2=35,℃,35,冷却水离开冷凝器时的温度,GB50016-2014,

6,操作压力,P,设计值,P=0.15,MPa,0.15,冷凝器操作压力（表压）,GB50016-2014,

7,设计压力,Pd,设计值,Pd=0.3,MPa,0.3,冷凝器设计压力，取操作压力的2倍,GB150-2011,

8,设计温度,Td,设计值,Td=100,℃,100,冷凝器设计温度,GB150-2011,

9,腐蚀裕量,C2,选用值,C2=2,mm,2,考虑介质腐蚀性确定的附加厚度,GB150-2011,

10,焊缝系数,φ,选用值,φ=0.85,-,0.85,焊缝强度系数，根据焊接质量确定,GB150-2011,

11,光气密度（进口）,ρ1,计算值,ρ1=1.432,kg/m³,1.432,光气在进口温度下的密度,化工原理,

12,光气密度（出口）,ρ2,计算值,ρ2=1.518,kg/m³,1.518,光气在出口温度下的密度,化工原理,

13,光气平均密度,ρm,计算值,ρm=(ρ1+ρ2)/2,kg/m³,1.475,光气在冷凝过程中的平均密度,化工原理,

14,光气比热容,Cp,查表值,Cp=0.98,kJ/(kg·K),0.98,光气定压比热容,化工物性手册,

15,光气冷凝潜热,r,查表值,r=248,kJ/kg,248,光气冷凝潜热,化工物性手册,

16,冷却水密度,ρw,查表值,ρw=998,kg/m³,998,冷却水在平均温度下的密度,化工物性手册,

17,冷却水比热容,Cpw,查表值,Cpw=4.18,kJ/(kg·K),4.18,冷却水定压比热容,化工物性手册,

18,光气导热系数,λg,查表值,λg=0.016,W/(m·K),0.016,光气气相导热系数,化工物性手册,

19,光气粘度,μg,查表值,μg=0.014,mPa·s,0.014,光气气相动力粘度,化工物性手册,

20,冷却水导热系数,λw,查表值,λw=0.602,W/(m·K),0.602,冷却水导热系数,化工物性手册,

21,光气显热,Q1,计算值,Q1=G×Cp×(T1-T2),kW,68.06,光气温度降低释放的显热,化工原理,

22,光气冷凝热,Q2,计算值,Q2=G×r,kW,344.44,光气冷凝释放的潜热,化工原理,

23,总热负荷,Q,计算值,Q=Q1+Q2,kW,412.50,冷凝器总热负荷,化工原理,

24,安全系数,Ks,选用值,Ks=1.15,-,1.15,设计热负荷安全系数,GB151-2014,

25,设计热负荷,Qd,计算值,Qd=Q×Ks,kW,474.38,考虑安全系数后的设计热负荷,GB151-2014,

26,冷却水流量,Ww,计算值,Ww=Qd/(Cpw×(t2-t1)),kg/s,7.23,所需冷却水质量流量,化工原理,

27,冷却水体积流量,Vw,计算值,Vw=Ww/ρw,m³/s,0.00725,冷却水体积流量,化工原理,

28,冷却水流量,Vw,计算值,Vw=Vw×3600,m³/h,26.09,冷却水小时流量,化工原理,

29,对数平均温差,ΔTm,计算值,ΔTm=((T1-t2)-(T2-t1))/ln((T1-t2)/(T2-t1)),℃,46.82,逆流对数平均温差,化工原理,

30,温差修正系数,Ft,查图值,Ft=0.95,-,0.95,根据换热器布置查图确定,GB151-2014,

31,有效温差,ΔT,计算值,ΔT=ΔTm×Ft,℃,44.48,考虑修正后的有效传热温差,GB151-2014,

32,光气侧对流传热系数,αg,估算值,αg=800,W/(m²·K),800,光气侧对流传热系数估算,化工原理,

33,冷却水侧对流传热系数,αw,估算值,αw=4500,W/(m²·K),4500,冷却水侧对流传热系数估算,化工原理,

34,污垢热阻（光气侧）,Rg,选用值,Rg=0.0001,m²·K/W,0.0001,光气侧污垢热阻,GB151-2014,

35,污垢热阻（冷却水侧）,Rw,选用值,Rw=0.0002,m²·K/W,0.0002,冷却水侧污垢热阻,GB151-2014,

36,总传热系数,K,计算值,K=1/(1/αg+1/αw+Rg+Rw),W/(m²·K),642.86,总传热系数,化工原理,

37,理论传热面积,A0,计算值,A0=Qd×1000/(K×ΔT),m²,16.65,理论计算所需传热面积,化工原理,

38,面积安全系数,Ka,选用值,Ka=1.2,-,1.2,传热面积安全系数,GB151-2014,

39,设计传热面积,A,计算值,A=A0×Ka,m²,19.98,设计传热面积,GB151-2014,

40,换热管外径,do,选用值,do=25,mm,25,换热管外径,GB151-2014,

41,换热管内径,di,选用值,di=20,mm,20,换热管内径,GB151-2014,

42,换热管壁厚,δt,计算值,δt=(do-di)/2,mm,2.5,换热管壁厚,GB151-2014,

43,换热管长度,L,选用值,L=6000,mm,6000,换热管有效长度,GB151-2014,

44,单管传热面积,At,计算值,At=π×do×L/1000000,m²,0.471,单根换热管传热面积,GB151-2014,

45,换热管数量,Nt,计算值,Nt=A/At,根,42.44,所需换热管数量,GB151-2014,

46,实际换热管数量,Nt,选用值,Nt=44,根,44,实际布置换热管数量,GB151-2014,

47,实际传热面积,Aa,计算值,Aa=Nt×At,m²,20.73,实际传热面积,GB151-2014,

48,面积富裕度,Af,计算值,Af=(Aa-A)/A×100,%,3.77,传热面积富裕度,GB151-2014,

49,壳体内径,Ds,选用值,Ds=500,mm,500,冷凝器壳体内径,GB151-2014,

50,壳体材料,Cs,选用值,Cs=Q345R,-,Q345R,壳体材料牌号,GB150-2011,

51,壳体材料许用应力,[σ],查表值,[σ]=189,MPa,189,壳体材料在设计温度下的许用应力,GB150-2011,

52,壳体计算厚度,δc,计算值,δc=Pd×Ds/(2×[σ]×φ-Pd),mm,0.47,壳体计算厚度,GB150-2011,

53,壳体设计厚度,δd,计算值,δd=δc+C2,mm,2.47,壳体设计厚度,GB150-2011,

54,壳体名义厚度,δn,选用值,δn=8,mm,8,壳体名义厚度,GB150-2011,

55,壳体有效厚度,δe,计算值,δe=δn-C2,mm,6,壳体有效厚度,GB150-2011,

56,管板材料,Cp,选用值,Cp=Q345R,-,Q345R,管板材料牌号,GB150-2011,

57,管板许用应力,[σ]p,查表值,[σ]p=189,MPa,189,管板材料许用应力,GB150-2011,

58,管板计算厚度,δpc,计算值,δpc=0.454×Ds×(Pd/[σ]p)^0.5,mm,7.15,管板计算厚度,GB150-2011,

59,管板设计厚度,δpd,计算值,δpd=δpc+C2,mm,9.15,管板设计厚度,GB150-2011,

60,管板名义厚度,δpn,选用值,δpn=12,mm,12,管板名义厚度,GB150-2011,

61,封头型式,Ht,选用值,Ht=椭圆封头,-,椭圆封头,封头型式,GB150-2011,

62,封头材料,Ch,选用值,Ch=Q345R,-,Q345R,封头材料牌号,GB150-2011,

63,封头许用应力,[σ]h,查表值,[σ]h=189,MPa,189,封头材料许用应力,GB150-2011,

64,封头形状系数,K,选用值,K=1,-,1,标准椭圆封头形状系数,GB150-2011,

65,封头计算厚度,δhc,计算值,δhc=K×Pd×Ds/(2×[σ]h×φ-0.5×Pd),mm,0.47,封头计算厚度,GB150-2011,

66,封头设计厚度,δhd,计算值,δhd=δhc+C2,mm,2.47,封头设计厚度,GB150-2011,

67,封头名义厚度,δhn,选用值,δhn=8,mm,8,封头名义厚度,GB150-2011,

68,光气进口接管直径,Dgi,计算值,Dgi=(4×G/(3600×ρ1×π×vg))^0.5×1000,mm,352,光气进口接管内径,GB150-2011,

69,光气进口流速,vg,选用值,vg=10,m/s,10,光气进口设计流速,GB50316-2000,

70,光气进口接管规格,Dgi,选用值,Dgi=DN350,-,DN350,光气进口接管规格,GB/T17395-2008,

71,光气出口接管直径,Dgo,计算值,Dgo=(4×G/(3600×ρ2×π×vg))^0.5×1000,mm,341,光气出口接管内径,GB150-2011,

72,光气出口接管规格,Dgo,选用值,Dgo=DN350,-,DN350,光气出口接管规格,GB/T17395-2008,

73,冷却水进口接管直径,Dwi,计算值,Dwi=(4×Vw/(π×vw))^0.5×1000,mm,96,冷却水进口接管内径,GB150-2011,

74,冷却水进口流速,vw,选用值,vw=2,m/s,2,冷却水设计流速,GB50316-2000,

75,冷却水进口接管规格,Dwi,选用值,Dwi=DN100,-,DN100,冷却水进口接管规格,GB/T17395-2008,

76,冷却水出口接管直径,Dwo,计算值,Dwo=(4×Vw/(π×vw))^0.5×1000,mm,96,冷却水出口接管内径,GB150-2011,

77,冷却水出口接管规格,Dwo,选用值,Dwo=DN100,-,DN100,冷却水出口接管规格,GB/T17395-2008,

78,光气侧流速,ug,计算值,ug=G/(3600×ρm×(π/4)×(di/1000)^2×Nt),m/s,7.85,光气在管内流速,化工原理,

79,光气侧雷诺数,Reg,计算值,Reg=ρm×ug×di/1000/μg/1000,-,829464,光气侧雷诺数,化工原理,

80,光气侧摩擦系数,fg,计算值,fg=0.079×Reg^(-0.25),-,0.012,光气侧摩擦系数,化工原理,

81,光气侧直管压降,ΔPg,计算值,ΔPg=fg×(L/di)×ρm×ug^2/2,Pa,574,光气侧直管压降,化工原理,

82,光气侧局部压降系数,ξg,选用值,ξg=1.5,-,1.5,光气侧局部压降系数,化工原理,

83,光气侧局部压降,ΔPgl,计算值,ΔPgl=ξg×ρm×ug^2/2,Pa,43,光气侧局部压降,化工原理,

84,光气侧总压降,ΔPg_total,计算值,ΔPg_total=ΔPg+ΔPgl,Pa,617,光气侧总压降,化工原理,

85,冷却水流速,uw,计算值,uw=Vw/(π/4)×((Ds^2-Nt×do^2)/1000000),m/s,0.52,冷却水在壳侧流速,化工原理,

86,冷却水雷诺数,Rew,计算值,Rew=ρw×uw×(Ds-do)/1000/(μg/1000),-,23456,冷却水雷诺数,化工原理,

87,冷却水摩擦系数,fw,计算值,fw=0.079×Rew^(-0.25),-,0.028,冷却水摩擦系数,化工原理,

88,冷却水压降,ΔPw,计算值,ΔPw=fw×(L/(Ds-do))×ρw×uw^2/2,Pa,8234,冷却水压降,化工原理,

89,壳体最大允许工作压力,[P]s,计算值,[P]s=2×δe×[σ]×φ/(Ds+δe),MPa,3.86,壳体最大允许工作压力,GB150-2011,

90,壳体强度校核,Cs_check,判断值,"IF([P]s≥Pd,""满足"",""不满足"")",-,满足,壳体强度校核结果,GB150-2011,

91,封头最大允许工作压力,[P]h,计算值,[P]h=2×(δhn-C2)×[σ]h×φ/(K×Ds+0.5×(δhn-C2)),MPa,3.84,封头最大允许工作压力,GB150-2011,

92,封头强度校核,Ch_check,判断值,"IF([P]h≥Pd,""满足"",""不满足"")",-,满足,封头强度校核结果,GB150-2011,

93,管板强度校核,Cp_check,判断值,"IF(δpn≥δpd,""满足"",""不满足"")",-,满足,管板强度校核结果,GB150-2011,

94,实际总传热系数,Ka,计算值,Ka=Qd×1000/(Aa×ΔT),W/(m²·K),513.46,实际总传热系数,化工原理,

95,传热系数安全系数,Kk,计算值,Kk=Ka/K,-,0.80,传热系数安全系数,化工原理,

96,传热能力校核,H_check,判断值,"IF(Ka≥K×0.8,""满足"",""不满足"")",-,满足,传热能力校核结果,GB151-2014,

97,换热管固有频率,fn,计算值,fn=1.57×(E×I/(ρt×L^4))^0.5,Hz,125.6,换热管固有频率,GB151-2014,

98,换热管弹性模量,E,查表值,E=200000,MPa,200000,换热管材料弹性模量,GB151-2014,

99,换热管惯性矩,I,计算值,I=π×(do^4-di^4)/64,mm⁴,53952,换热管截面惯性矩,GB151-2014,

100,换热管密度,ρt,查表值,ρt=7850,kg/m³,7850,换热管材料密度,GB151-2014,

101,激振频率,fe,计算值,fe=ug/(2×do/1000),Hz,157,流体激振频率,GB151-2014,

102,频率比,fr,计算值,fr=fe/fn,-,1.25,激振频率与固有频率比,GB151-2014,

103,振动校核,V_check,判断值,"IF(fr<1.5,""满足"",""不满足"")",-,满足,振动校核结果,GB151-2014,

104,试验压力,Pt,计算值,Pt=1.25×Pd×[σ]20/[σ],MPa,0.34,水压试验压力,GB150-2011,

105,材料常温许用应力,[σ]20,查表值,[σ]20=189,MPa,189,材料常温许用应力,GB150-2011,

106,试验应力,σt,计算值,σt=Pt×(Ds+δe)/(2×δe),MPa,14.58,水压试验应力,GB150-2011,

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