化工原理課程設(shè)計甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計

1、 化工原理課程設(shè)計題 目 甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計 學(xué)院名稱 化學(xué)化工學(xué)院 指導(dǎo)教師職稱 副教授2013年 12 月 27 日1、課程設(shè)計任務(wù)書1.1、設(shè)計題目甲醇冷凝冷卻器的設(shè)計1.2、設(shè)計任務(wù)及操作條件（1）處理能力 13700kg/h 甲醇。（2）設(shè)備形式 列管式換熱器。（3）操作條件甲醇：入口溫度：64 ，出口溫度50 ，壓力為常壓。 冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30 ，出口溫度40 ，壓力為0.3 MPa。允許壓降：不大于105 Pa。每年按330天計，每天24小時連續(xù)運(yùn)行。1.3、設(shè)計要求選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算?！菊炕卧僮髡n程設(shè)計是綜合運(yùn)用化工原理課程的基本知識，進(jìn)行

2、融會貫通的獨立思考，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓(xùn)練。本設(shè)計任務(wù)是利用循環(huán)水給甲醇降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，對換熱器進(jìn)行選型和核算，以供生產(chǎn)需要。此次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是通過對甲醇和循環(huán)水的分析，以及對換熱器進(jìn)行換熱量和壓降的核算，然后在我國已制定的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中選擇最佳換熱器并用CAD制圖等一系列過程。其中換熱器的選擇、熱量核算是一個反復(fù)試算的過程，一般需要反復(fù)試算23次。所以，換熱器的選擇計算實際上帶有試差的性質(zhì)。確定設(shè)計方案應(yīng)遵循的主要原則為：滿足工藝和操作的要求，經(jīng)濟(jì)效益好，確保生產(chǎn)安全?！娟P(guān)鍵詞】換熱器，選型，核算，制圖1、方案

3、設(shè)計1.1、確定設(shè)計方案1.1.1、選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況： 熱流體進(jìn)口溫度64，出口溫度50。 冷流體進(jìn)口溫度30，出口溫度40。 從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用列管式換熱器。 1.1.2、流動空間及流速的確定由于甲醇的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，甲醇走殼程。另外，這樣的選擇可以使甲醇通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用25×2.5 的碳鋼管。 1.2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。 殼程甲醇的定性溫度為：管程流體的定性溫度為：根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性

4、數(shù)據(jù)。甲醇在57下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 冷卻水在35下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 2、計算總傳熱系數(shù)2.1、熱負(fù)荷2.2、冷卻水用量 2.3、平均傳熱溫差由按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)查溫差校正系數(shù)圖表可知則平均傳熱溫差2.4、初選換熱器規(guī)格根據(jù)兩流體情況，假設(shè)K=500W/(·)據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)6中選定G273型換熱器，有關(guān)參數(shù)如下：公稱直徑/mm273管子尺寸/mm25×2.5公稱壓力/MPa2.5管長/m6換熱面積/14.8管子總數(shù)32管程數(shù)2管子排列方法正三角形中心排管數(shù)7管程流通面積/0.005管子材質(zhì)碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)/

5、W/(·)453、換熱器核算3.1、熱量核算3.1.1、殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積殼程甲醇流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)因殼程中甲醇被冷卻，所以粘度校正則3.1.2、管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積,由標(biāo)準(zhǔn)可知管程循環(huán)水流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)則 3.1.3、傳熱系數(shù)K由管子的材質(zhì)為碳鋼，則其管壁導(dǎo)熱系數(shù)3.1.4、傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成換熱任務(wù)。3.2、換熱器內(nèi)流體的壓力降3.2.1、管程壓力降由Rei18941，傳熱管相對粗糙度，查莫狄圖得i0.035

6、W/m·，流速ui0.69m/s，994 kg/m3，所以所以管程總壓力降管程壓力降在允許范圍之內(nèi)。3.2.2、殼程壓力降流體流經(jīng)管束的阻力，殼程流通面積流速與雷諾準(zhǔn)數(shù)所以流體流過折流板缺口的阻力其中B=0.3m，D=0.273m則總壓降殼程壓力降也在允許壓力降范圍內(nèi)。 經(jīng)上述計算和核算，可知所選工藝參數(shù)符合條件，即選取的換熱器能滿足換熱和壓降要求。4、設(shè)備基本參數(shù)與圖例4.1、換熱器基本參數(shù)設(shè)備名稱冷卻器形式固定管板式換熱器換熱面積14.8m2工藝參數(shù)序號名稱單位殼程管程1物料名稱-甲醇循環(huán)冷卻水2設(shè)計壓力MPa（G）0.20.43設(shè)計溫度80804操作壓力MPa（G）常壓0.35

7、操作溫度64進(jìn)/50出30進(jìn)/40出6流量kg/h13700.012358.97密度kg/m3755.779948比熱容kJ/(kg)2.6294.089熱負(fù)荷×106kJ/h0.5010平均溫差20.611傳熱系數(shù)W/(m2)539.712程數(shù)-1213材質(zhì)-碳鋼碳鋼14直徑mm27325×2.515長度mm600016壓降kPa0.8868.9617管子規(guī)格32根，管間距32mm，排列18折流擋板規(guī)格19塊，間距300mm，切口高度35%19說明：參照標(biāo)準(zhǔn)固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)JB/T4715-924.2、換熱器圖例序號尺寸/mmA6000B150C150D45

8、00E273參考文獻(xiàn)1 夏清,賈紹義.化工原理·上冊M.2版.天津：天津大學(xué)出版社,2012,1.2 賈紹義,柴誠敬.化工單元操作課程設(shè)計M.天津：天津大學(xué)出版社,2011,9.3 林大鈞,于傳浩,楊靜.化工制圖M.北京：高等教育出版社,2007,8.4 秦叔經(jīng),葉文邦.換熱器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002,12.5 董其伍,張垚.換熱器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008,12.6 鄺生魯.化學(xué)工程師技術(shù)全書（上冊）M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002,1.7 劉巍.冷換設(shè)備工藝計算手冊M.北京：中國石化出版社,2003.8 戴遒元.化工概論M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.9 王靜康.化學(xué)工程手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1996.10 陳樹功.化學(xué)工程手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1986.11 陳敏恒.化工原理