化工原理课程设计列管式换热器设计(6页).doc

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1、-化工原理课程设计列管式换热器设计-第 6 页化工原理课程设计题 目 甲醇冷凝冷却器 专 业 石油化工生产技术 班 级 石化12级（2）班 学 号 1215050203 学生姓名 秦 霓 指导教师 张 洪 宇 完成日期 2013年12月 20 日 一、 设计任务书1、 设计题目甲醇冷凝冷却器的设计2、 设计任务及操作条件（1） 处理能力 20300kg/h甲醇。（2） 设备形式 列管式换热器（3） 操作条件 甲醇：入口温度64，出口温度50，压力为常压。 冷却介质：循环水，入口温度30。出口温度40，压力为0.3MPa。 允许压降：不大于510Pa。 每年按330天计，每天24小时连续运作。3

2、、 设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。二、方案设计1确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度64，出口温度50冷流体。冷流体进口温度30，出口温度40。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。（2）流动空间及流速的确定 由于甲醇的粘度比水的大，因此冷却水走管程，甲醇走壳程。另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui= 1 m/。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程甲醇的定性温度为：管程流体的定性温度为

3、： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 甲醇在57下的有关物性数据： 密度 o=755.77 kg/m3定压比热容 cpo=2.629kJ/(kg)导热系数 o=0.1919W/(m)粘度 o=0.00039 Pas冷却水在35下的物性数据： 密度 i=994kg/m3定压比热容 cpi=4.08 kJ/(kg)导热系数 i=0.626 W/(m)粘度 i=0.000725 Pas3计算总传热系数 （1）热流量 Qo=Wocpoto=203002.629(64-50)= 207545 kW =747169.2 KJ/h（2）平均传热温差 （3）冷却水用量 （4）总传热系数K

4、管程传热系数 壳程传热系数 假设壳程的传热系数o=900W/(m2)； 污垢热阻Rsi=0.000344 m2/W , Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数=45 W/(m)4、 计算传热面积 考虑 15的面积裕度，S=1.15S=1.1519.31 =22.21m25、 工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速及管长 选用25mm2.5mm传热管(碳钢)，取管内流速ui = 1m/s（2）管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算，所需的传热管长度为按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。取传热管长 L = 2 m ，换热管管为 2 ，则，每程管数为71根

5、管内流速（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。可得 平均传热温差（4）传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 d0，则 t=1.2525=31.2532(mm)横过管束中心线的管数 （5）壳体内径 采用双管程结构，取管板利用率=0.7 ，则壳体内径为 圆整可取D500mm （6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的30，则切去的圆缺高度为h0.30500150mm 取折流板间距B0.6D，则B0.5500250mm折流板数 NB=传热管长/折

6、流板间距-1=3000/250-1= 11 块折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内甲醇流速为 u 3.5 m/s，则接管内径为 取整为60 mm。 管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u1.5 m/s，则接管内径为 取整为70 mm6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

7、（2）换热器内流体的压力降 管程流动阻力 Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=2, Ft=1.4由Re6992，传热管相对粗糙度0.01/200.0005，查莫狄图得i0.0 34W/m， 流速ui0.255m/s，994 kg/m3，所以 管程压力降在允许范围之内。壳程压力降流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 壳程压力降也在合理压力降范围内。 四、设计结果一览表换热器形式：列管式换热器换热面积（m2）:29.45工艺参数名称管程壳程物料名称冷却水甲醇操作压力，Pa0.3Mpa常压操作温度，30/4064/50流量，kg/h1831320300流体密度，kg/m3994755.77流速，m/s0.2730.255传热量，kW207545总传热系数，W/m2K490.8传热系数，W/（m2）406.51373.2污垢系数，m2K/W0.0003440.000172阻力降，Pa1570.8675.7程数21推荐使用材料碳钢碳钢管子规格mm25mm2.5mm管数：142管长mm:3000管间距，mm32排列方式组合排列法折流板型式上下间距，mm250切口高度30%壳体内径，mm500保温层厚度，mm未知