万吨煤制甲醇精馏工艺设计课程设计.docx

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1、陕西能源职业技术学院课程设计$40 万吨煤制甲醇精馏工艺设计学生姓名：指导教师：李秉昌 专业：应用化工技术系部： 地质测量系摘 要甲醇是煤化工中格外重要的有机产品，在甲醇合成工业生产过程中，粗甲醇的精制不仅是打算甲醇产品质量的重要工序，而且也是影响甲醇生产本钱的关键因素之一。换热器是化工生产中重要的通用热工设备之一，管壳式换热器以其构造简洁、结实、操作弹性大等特点被广泛应用于工业生产中。本文的争论对象是四塔甲醇精馏工艺，与传统工艺相比工艺能够节约能量，节约软水；但是同时工艺增加了系统的藕合程度，加强了塔之间的关联性，提高了系统对于进料波动的响应的简洁性，给把握带来了很大的难题。为了能够实现工艺

2、的工业应用，对工艺进展具体的争论。关键词：甲醇精馏，Aspen Plus 模拟，换热器计算，设备选型目 录摘 要II前 言I第一章 文献综述.-6-*争论背景.-6-课题的提出.-6-争论目标.-6-甲醇的简介.-6-甲醇精馏流程进展.-7-工艺流程概述.-7-典型的工艺流程.-7-影响精馏操作的因素与调整.-10-；其次章 甲醇精馏工段物料衡算.-11-甲醇精馏原理.-11-预精馏塔的作用.-11-加碱对甲醇精馏的改善.-11-萃取精馏在甲醇精馏中的应用.-12-回流比的选择.-12-四塔精馏工段工艺的物料衡算.-12-甲醇精馏工段物料衡算任务.-12-甲醇精馏工段物料衡算计算原理18.-1

3、3-甲醇精馏工段物料衡算.-13-第三章 常压塔冷却器的设计.-18-确定设计方案.-18-确定物性数据18.-18-计算总传热系数.-18-工艺构造尺寸.-19-折流板.-20-(接收.-21-换热器核算.-21-确定折流挡板外形和尺寸.-25-波形膨胀节.-25-设备主要附件的选择17. .-25-接收及法兰的选型.-25-左管板的选型.-27-换热管的选择.-|28-左管箱短节的选择.-28-左管箱封头的选择.-28-左管箱隔板的选择.-29-左管箱法兰和密封垫片的选型.-29-右管板.-29-右管箱设计.-29-鞍座的选型.-30-设计结果一览表.-30-【第四章 结论.-31-参考文

4、献.-32-致 谢.-33-!￥前 言甲醇是重要的有机根本产品，用途格外广泛。甲醇的产品质量、能耗指标是甲醇精馏系统的关键因素。甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产力气、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。精馏过程占总能耗的很大局部，甲醇生产能耗其中约 60%就用于精馏过程。精馏投资约占工程总投资的 30%-40%。要争论和开发一种工艺，传统的方法是先进展试验，再经过小试、中试、工业规模生产等等逐级放大的过程，周期长，投资大。应用流程模拟软件，对工艺流程进展模拟，则很简洁实现对流程的考察，可以改进工艺流程布置，优化工艺操作参数， 只要选择的模型及热力学方法适当，模拟结果是相当牢

5、靠的，可以用来指导生产，或者为装置改造以及装置的设计供给根底数据。国内一些甲醇生产装置，甲醇精馏能耗较高、产品收率较低、甚至一些装置的甲醇产品质量较差。同时，国内甲醇产能的扩张很快速，但是目前工程设计还是沿袭以往设计为主、没有足够的甲醇精馏系统设计应用理论争论根底。因此，对甲醇精馏工艺作系统的争论对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。现本文通过查阅国内外文献和实际生产中的工艺资料，利用流程模拟软件，使用专有的物性热力学包模拟计算了四塔甲醇精馏工艺流程，并和实际的工艺数据进展了比照，同时对常规甲醇精馏工艺的不同流程的设计参

6、数和操作参数进展了总结和分 析，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设备设计原则。在此根底之上对于甲醇精馏系统提出了的改进流程和全流程的开发。对于甲醇工业的进展具有重要的意 义。由于本人水平有限，文章中有不妥之处还望教师批判指正。第一章 文献综述争论背景课题的提出粗甲醇中含有多种有机杂质和水分，需要精制。精制过程包括精馏与化学处理。化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分别的杂质，并调整 pH。精馏主要是除去易挥发组分，如二甲醚、以及难以挥发的组分、高级醇、水等1。在确定粗甲醇精馏的工艺流程时，应对生产过程中能耗、自动化程度、精甲醇质量要求等进展综合考虑，合理选择适当的精馏方法。甲醇精馏过程的物耗

7、与粗甲醇质量关系很大，随着甲醇合成条件改进，甲醇精馏工艺消灭了较大变化。依据甲醇质量要求不同，甲醇精馏可分为一塔流程、双塔流程和三塔流程。另外，ICI 公司上世纪 80 年月末为节约能耗，还将双塔流程改为四塔流程。因此，对甲醇精馏工艺作系统的争论对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收率有突出的现实意义。现本文通过查阅国内外文献和实际生产中的工艺资料，利用流程模拟软件，使用专有的物性热力学模拟计算了四塔甲醇精馏工艺流程，并和实际的工艺数据进展了比照，同时对常规甲醇精馏工艺的不同流程的设计参数和操作参数进展了总结和分析，提出了甲醇精馏系统的工艺

8、设计原则和设备设计原则。争论目标本论文的争论目标是：甲醇精馏工段进展初步设计1通过热力学原理对甲醇精馏工段的工艺流程进展选择，进展物料衡算和能量衡算；（3） 依据换热器的热力计算、流淌计算、构造计算和强度设计，对换热器进展合理的选型；（4） 利用 Auto CAD 软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带把握点的工艺流程图、冷却器的设备图、 平面的精馏工段设备布置图。甲醇的简介纯甲醇为无色透亮略带乙醇气味的易挥发液体，沸点 65，熔点，和水相对密度。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸混合物。甲醇剧毒，内服 10ml 有失明危

9、急， 30ml 能导致人死亡，空气中允许最高甲醇蒸汽浓度为 h。易燃烧，其蒸汽能和空气形成爆炸性混合物，爆炸极限%(体积) 2。甲醇具有上述多种重要的物理化学性质，使它在很多工业部门得到广泛的用途，特别是由于能源构造的转变，和C 化学工业的进展，甲醇的很多重要的工业用途正在争论开发中。例如甲醇可以裂解制氢，用于燃料电池，日益引人注目。甲醇通过ZMS-5 分子筛催化剂转化为汽油已经工业化为固体燃料转化为液体燃料开拓了捷径。甲醇加一氧化碳加氢可以合成乙醇。又如甲醇可以裂解制烯烃。这对石油化工原料的多样化，面对石油资源日渐枯竭对能源构造的转变，具有重要意义。甲醇化工的领域不断地被开发出来其广度和深度

10、正在发生深刻的变化。甲醇精馏流程进展工艺流程概述常规甲醇精制流程可以分为两大局部，第一局部是预精馏局部，另一局部是主精馏局部。预精馏局部除了对粗甲醇进展萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外，另外的还可以脱除二甲醚，和其它轻组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间入料板上，主塔顶部出粗甲醇，底部出废液，下部侧线出杂醇3。甲醇市场竞争格外猛烈，特别是近年来，随着甲醇精馏技术的进步和计算机在该领域的广泛应用，老的工艺装置由于能耗过高，在市场竞争力下降，技术更和技术进步成为必走之路。典型的工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏4。（1） 单塔流程描述单塔流程见图为粗甲醇

11、产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入，轻组分由塔顶排出，高沸点的重组分在进料板以下假设塔板处引出，水从塔底排出， 产品甲醇在塔顶以下假设干块塔板引出。图 甲醇精馏工艺的单塔流程aspen 模拟图（2） 双塔流程描述5从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶承受两级冷凝。塔顶经局部冷凝后的大局部甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分

12、的水送往水处理系统见图。QZHU FENJJIAC HU NCJIAC HUNYU TAZH UTAZZHU FEN3BENFEISH UI图 甲醇精馏工艺的双塔流程（3） 三塔流程描述从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为 57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，局部作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一局部作为回流，一局部与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。三塔流程见图的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，这样既节约加热蒸汽，还节约冷却水，到

13、达节能的目的。6SHZHQITISHANZHENYUTADINJIAYADINSHUI-HLB19SHZHYEJJIACHUNJIAYATACHYATACJIACHUNYUTACHYAJINSHUIGFEIWUJIAYAJINJIAYADIB16YUTADIFEISHUIBEN（4） 四塔流程描述图 甲醇精馏工艺的三塔流程四塔流程见图包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔；加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底供给热源，同时

14、对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一局部作为加压塔回流，一局部作为精甲醇产品出装置；加压塔塔底的甲醇、高沸组分、水等进入常压塔，常压塔顶馏出精甲醇产品，在进料板下方设置侧线抽出，抽出物主要为甲醇、水和高沸点组分，进入甲回收塔再回收甲醇， 塔底废水进入生化系统处理；回收塔设有侧线抽出，主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。DFEIWUSHANZHNEYUTADINJJIACH3JJIACH1SHUI-HLJJIACH2SHZHYEB3JIAYATACHYACJIACHUNYUTACHYAJINHSSHUIJIAYAJINB2

15、GFEIWUJIAYADICHYA-HSB139YUTADIFEISHUI1BENFEISHUI2图 甲醇精馏工艺的四塔流程影响精馏操作的因素与调整（1） 进料状态7精馏塔的进料(含水甲醇):当进料状况发生变化(回流比、塔顶精馏产物的组成固定) 时，这直接影响到提馏段回流量的转变，进料板的位置也随着转变，将引起理论板数和精馏段、提馏段塔板数安排的转变。对于固定进料状况的精馏塔来说，进料状况的转变， 将会影响到产品质量及损失状况的转变。（2） 回流比回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着塔内各层扳上的物料浓度的转变和温度的分布。最终反映在塔的分别效率上，是重要的操作参数之一。一般状况下，选取适宜

16、回流比为最小回流比的2 倍。两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为。其调整的依据是依据塔的负荷和精甲醇的质量。当塔的热负荷较低时，可以取较低的回流比比较经济，为保证精甲醇的质量， 精馏段灵敏板的温度可以把握的略低;反之，则增大回流比，在照看精甲醇质量的同时， 为保持塔釜温度，灵敏板温度可把握略高。对粗甲醇精馏，回流比过大或过小，都会影响精馏操作的经济性和精甲醇的质量，一般在正常生产条件受到破坏或产品不合格时， 才调整回流比;调整后尽可能保持塔釜的加热量稳定，使回流比稳定。在调整回流的同时，要留意板式塔的操作特点，防止液泛和严峻漏液，都将会造成塔内操作温度的混乱。当转变回流比时，由于操作的变动，必定

17、会引起塔内每层板上浓度(组成)和温度的转变，影响甲醇的质量和甲醇的收率，必需通过调整，把握塔内适宜的温度，到达的平衡，在粗甲醇含量和产量确定的条件下，甲醇精馏系统正确的设计格外关键。（3） 进料量和组成甲醇精馏塔进科量和组成转变时，都会破坏塔内物料平衡和气液平衡，引起塔温的波动，如不准时调整，将会导致精甲醇的质量不合格或者增加甲醇的损失。随着进料量的调整，各层塔板上的气液组成重安排，可以把握确定的灵敏板温度与之相适应。粗甲醇的组成一般是比较稳定的，只是在合成催化剂使用的前后期随着反响温度的上升而变化较大。但是预精馏后的含水甲醇中，甲醇浓度总会有些小幅度波动。不管是其中甲醇浓度增加或降低，都会造

18、成塔内物料不平衡，形成轻组分下降或重组分上升， 引起塔釜温度降低或塔项温度上升，加大了甲醇损失或降低了精甲醇的质量。这时，在回流比仍属适宜的状况下，只需对精甲醇的采出量稍作调整，就可到达塔温稳定，物料和气液又趋平衡;假设粗甲醇的组分变化较大时，则需适当转变其进料板的位置，或是转变回流比，才保证粗甲醇的分别效率。当合成催化剂后期生产的粗甲醇进展蒸馏时， 有时为确保精甲醇的质量，以保证精馏塔进料位置降低，同时适当加大回流比。如前所述，对粗甲醇精馏塔的操作概念，可以概括如下:在稳定塔压的前提下，承受在较高蒸汽速度(负荷)下操作，既提高传质效果又最经济;选择适宜的回流比，降低能量消耗;一般在进料稳定和

19、变化缓慢的状况下，通过常常性小量调整精甲醇和重组分的采出量，以保持塔温的合理分布和稳定，维持好塔内三个平衡，使产品甲醇到达质量指标，同时回收副产品重组分，并尽最大可能降低残液中有机物的含量。其次章 甲醇精馏工段物料衡算甲醇精馏原理甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分别，生产出合格的精甲醇产品。本课题争论四塔甲醇精馏工段工艺，,包括预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔 ,脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分通过泵提压后送入加压塔,加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后 ,再以回流的方式全部返回加压塔,从加压塔塔顶第 2 块填料位置采出产品,加压塔塔釜液送入

20、常压塔,常压塔塔顶馏出精甲醇产品,塔釜液送入汽提塔处理,常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔处 理,回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔处理。预精馏塔的作用预塔精馏的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与甲醇形成共沸物的杂质， 它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质组成。二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一起放空。对预塔的作用国内外有不同的看法 ,主要有两种观点:一种认为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,国外大都持这种观点,它们的预塔比较高。国内亦有不少厂家的预塔较高,如大庆、吉林、兰州、太原等化肥厂,以及 80 年月末、90 年月初投建的小联醇厂; 另一种观点认为

21、铜基触媒的选择性好,粗甲醇中杂质少,预塔高度不必太高,甚至将预塔冷凝器直接垂直安放在塔顶,回流量没有计量,早期的小联醇就是这样14。加碱对甲醇精馏的改善利用 NaOH 处理在精馏过程中难以分别的杂质，例如粗甲醇中的酸类、酯类等，使其生成较简洁被脱出的盐。粗甲醇中含有的有机酸，对设备，管道腐蚀厉害，经过碱的中和作用，减轻了腐蚀，延长了设备、管道的使用寿命。例如羧酸与 NaOH 反响生成羧酸钠：RCOOH + NaOH RCOONa+H O2还调整了粗甲醇的 pH 值。在碱存在下，酯发生皂化反响，生成羧酸盐： RCOOR+NaOH RCOONa + ROH羧酸钠溶于水，易于分别。加碱处理使得一些难

22、分别的杂质，在预精馏塔分解15。萃取精馏在甲醇精馏中的应用粗甲醇中的一些烃类、酯类杂质，它们常温下与甲醇混溶，但不溶或难溶于水。这些醇溶性杂质对精甲醇水溶性特别敏感，只要甲醇中残存几十 g/m3 ，其水溶液就会混浊， 达不到精甲醇水溶性的要求。又由于杂质密度与甲醇密度差距较大，杂质多时也简洁造成精甲醇密度指标不合格。这类物质的沸点较高，且易与甲醇形成低于甲醇沸点的共沸物，主要集中在预塔塔顶而大量进入二级冷凝器回流液。这类物质如不在回流液中脱除， 就会造成预塔塔釜出料杂质多，影响精甲醇的质量。脱除这些杂质的方法主要是利用其不溶于水的特性 。在预塔参与萃取水可提高醛、酮类物质的相对挥发度，从而使其

23、从塔顶采出。16回流比的选择回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着培内各层扳上的物料浓度的转变和温度的分布。一般状况下，选取适宜回流比为最小回比的2 倍。两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为。其调整的依据是依据塔的负荷和精甲醇的质量。为保持四塔精馏系统的稳定操作、降低能耗并削减投资，应选取：加压塔回流比 R1，常压塔回流比 R22；两塔负荷比 Q1/Q2：；并在保持稳定生产、产品质量合格的根底上，R1，R2 选取得尽量小。四塔精馏工段工艺的物料衡算甲醇精馏工段物料衡算任务：原料是粗甲醇，成分及含量如下成分含量wt%CH OH3CH OCH33C H OH4 9CH OCCH33H O2合计100

24、表粗甲醇组成设计要求：（1） 粗甲醇中甲醇回收率不小于 99%；（2） 精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不低于%甲醇精馏工段物料衡算计算原理18全塔物料衡算通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成之间的关系。连续精馏塔做全塔物料衡算，并以单位时间为基准，即总物料F = D +W易挥发组分FxF= DxD+WxW式中F原料液流量，kmol/h； D塔顶产品馏出液流量，kmol/h； W塔底产品釜残液流量，kmol/h；x原料液中易挥发组分的摩尔分数；Fx馏出液中易挥发组分的摩尔分数；Dx釜残液中易挥发组分的摩尔分数。WDx塔顶易挥发组分回收率= FxD 100%FW (1- x )塔底难挥

25、发组分回收率=WF (1- x )F100%甲醇精馏工段物料衡算以精甲醇年产 40 万吨计，粗甲醇中含甲醇% ，则每年所需粗甲醇总量为： 400000/=428266t/y年工作日以 330 天计，则精甲醇每日、每小时产量为： 400000/330=d=h=h每日、每小时所需粗甲醇量为：428266/330=d=h=54074kg/h 1粗甲醇组成（1） 甲醇含量：%（2） 水含量：%（3） 轻馏分含量：二甲醚 %（4） 初馏分含量：异丁醇%（5） 高级烷烃：辛烷 % 2 预塔物料衡算(1)入料：粗甲醇入料量：54047kg/h碱液每吨精甲醇消耗 92%的 NaOH ，则消耗 10%的碱液量：

26、50505.1 0.811 92% =h1000 10%则甲醇年消耗量：24330=2984t碱带入的水量=h相当于参与的萃取水量粗甲醇含水量=54047=h水量=粗甲醇含水量+碱液含水量=+=h轻馏重量=54047=227kg/h初馏物=54047=h高级烷烃=54047=h总入料量=粗甲醇量+碱液量=54047+=h（2） 出料甲醇：50505 kg/h水量： kg/hNaOH: kg/h轻馏分：227kg/h初馏物：h高级烷烃： kg/h 其中：气相塔顶=轻馏分+高级烷烃=227 += kg/h液相 塔底=甲醇+水+初馏物+NaOH=50505+=54388kg/h（3） 预塔回流量脱醚

27、塔回流量回流比一般 R 20,且考虑到节约能源的问题。结合 ASPEN 简捷模拟取R=则回流量=h 3加压塔物料衡算加压塔出料甲醇含量%即塔底甲醇含量（1） 入料：总入料量=出料液相=54388kg/h 其中:水量=预出料水量=h甲醇量=预出料甲醇量=50505kg/hNaOH=预出料碱量=h初馏物=预出料初馏物=h（2） 出料：出料水量=入料水量=hNaOH=h初馏物=h甲醇=出口水量+NaOH+初馏物出料甲醇含量/1-出料甲醇含量=+=25491kg/h采出精甲醇量=入塔甲醇量-出料甲醇量=50505-25491=25014kg/h总出料量=总入料量-采出精甲醇量=54388-25014=

28、29374kg/h 其中塔顶：液相=精甲醇量=25014kg/h 塔底：液相=粗甲醇量=29374kg/h（3） 回流量为保持系统的稳定操作，降低能耗，并削减投资，应选取： 加压塔回流比 R1常压塔回流比 R2并且在保持稳定生产，产品质量合格的根底上，R1、R2 选取的尽量小。则取加压塔回流比 R=回流量=RD=25014=h4） 常压塔物料衡算（1） 入料总入料量=加压塔塔底总出料量=29374kg/h 其中甲醇=29374=h水=hNaOH=h初馏物=h（2） 出料侧线排出量=初馏物+水+甲醇初馏物=h占%则 侧线排出量=h 其中：甲醇=h(占%) 水=h占% 初馏物=h占%塔底排出残液其

29、中：NaOH=h水=入料水-侧线排出=塔底排出残液中含甲醇量=残液中水+NaOH残液甲醇含量/1-残液中甲醇含量=+=h残液总量=水量+NaOH+醇量=+=h塔顶塔顶采出精甲醇=入塔精甲醇-侧线排出-残液中含醇量=总出料量： 塔顶精甲醇=h塔侧线=初馏物+水+甲醇=h 塔底残液=NaOH+水+甲醇=h（3） 回流量回流量=RD=2=h5） 回收塔物料衡算（1） 入料入料量=侧线排出量=h 其中甲醇=h水=h初馏物=h（2） 出料：塔顶采出精甲醇量=h(精甲醇占入料精甲醇的%)侧线抽出物甲醇=入料甲醇-塔顶甲醇=甲醇占% 侧线抽出物=%=h 其中异丁醇=h 水=h甲醇=h塔底其中水=入料水量-侧

30、线出水=异丁醇=入料异丁醇-侧线抽出异丁醇=总量=水量+异丁醇=+=h（3） 回流液量回流比：R 取 5回流量=DR=5=h 6粗甲醇中甲醇回收率甲醇回收率=加压塔采出精甲醇量+常压塔采出精甲醇量+回收塔采出精甲醇量/粗甲醇中精甲醇量=25014+/=%第三章 常压塔冷却器的设计确定设计方案两流体温度变化状况：精甲醇进口温度 71，出口温度 49；冷却水进口温度 25，出口温度 30。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度降低，考虑到这一因素，估量该换热器的管壁温存壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。确定物性数据18流体平均温度 T 和 tmmT T T /27

31、149/260m1iot t t /22530/2m1io平均温度下的物性数据物料水工程单位数据物料工程单位数据密度kg/m3994密度kg/m3760表 3-1 各组分物性数据粘度导热系数比热容pa s甲粘度pa sW/(m K)醇导热系数W/(m K)kJ/(kg K)比热容kJ/(kg K)计算总传热系数热负荷 QQ = Q ct +Q r0p000=71-49+ 3600=平均传热温差”=71 - 49 - 30 + 25 = 12 ln 71 - 4930 - 25冷却水用量Qw =0= 1436.682 3600 =253532kg/h总传热系数 K 管程传热系数icDt4.08

32、(30 - 25)piRe =d uri miii= 0.02 0.5 994 0.000725=13710ld u rc m0.6264.08 0.000725 1000pa = i (idii miii )0.8 (l i ) i0.4 =(13710)0.8 ()0.40.020.626=(m2 K)壳程传热系数假设壳程的传热系a0污垢热阻= 290W/(m2)；R = /WRsiso= m2 /W管壁的导热系数 = 45W/(m K)K =11bddd+ R+0 + R0 +0asol d0isi da diii=110.0025 0.0250.0250.025+ 1.72 10-4

33、+ 0.000172 +29045 0.02250.022734.6 0.02= W/(m2) 计算传热面积S”=QKDt ”m= 1436.682 103 =229.67 12考虑 15%的面积裕度，S=S”=工艺构造尺寸管径和管内流速选用 25传热管碳钢，去管内流速u =si管程数和传热管数n = Vspd 2u= 253532 /(994 3600) =452(根)0.785 0.022 0.54i按单程管计算，所需的传热管长度为L = S/(d n ) =452) = (m)0 s取传热管长 l=9m，则该换热器管程数为Np = L/l =9 1(管程)传热管总根数 N = 4521=

34、 452根 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R = (71-49)/(30-25) =P = (30-25)/(71-25) =按单壳程，多管程构造，温差校正系数查化工原理上册第 232 页图 4-19,可得j=Dt平均传热温差Dt =jDt ”=12=12mDtm传热管排列和分程方法承受组合排列法，取管心距 t = ，则t = 25 = 32 mm452横过管束中心线的管数Nn =1.19c壳体内径=1.19=26(根)4520.8承受多管程构造，取管板利用率 = ，则壳体内径为NhD = t= 32=圆整可取 D = 800mm圆整后，换热器壳体圆筒内径为 D=800mm，壳体

35、厚度选择 10mm。长度定为 9000mm。壳体的标记：筒体 DN800 =10折流板承受弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，折流板的板间距为h= =200mm，则折流板数去折流板间距 B = 0.3D ，则B = 0.3 800 = 240 (mm),可取 B 为 250mm。N =9000/2501=59(块)B接收壳程流体进出口接收：取接收内甲醇流速为 u=s, q=760/3600=s,则接收内径为4qp u4 0.008113.14 0.5d =取标准管径为 150mm管程流体进出口接收：取接收内水流速为 u=s, q=253532/994/3600=s。4qp u

36、4 0.07093.14 0.5d =取标准管径为 450mm筒体材料选择为 Q235-A，单位长度的筒体重 110kg/m,壳体总重为 110 。(波形膨胀节的轴向长度为，见本设计设备图)换热器核算(1) 热量核算A. 壳程对流传热系数由于是有相变的换热过程，且甲醇蒸汽在水平管束外冷凝，承受凯恩公式估算，即a =(l3 r 2 gg)1/40n2 / 3d0mDt当量直径，由正三角形排列得3p4(t 2 -d 2 )d=24o epdo34( 0.0322 - 0.785 0.0252 )=2= 0.020(m)3.14 0.025壳程流通截面积dS BD(1- o )ot1壳程流体流速及雷

37、诺数分别为u V /Soso22189.4(3600 760) =s0.04375Re od u rme o= 0.02 0.1854 760 =0.000344 76021000/30/262/3/1/4o(m2)B. 管程对流传热系数l iidi管程流通截面积S p d2 Ni4iNp452/1管程流体流速u =V /Sisi= 22189.4 /(3600 994)0.141928sRe id u rmei 0.02 0.04369 9940.000725普兰特准数cmPr pl 4.08 1000 0.0007250.626 传热系数 KiK =11bddd+ R+0 + Ro +oa

38、sold0isi da diii=110.0025 0.0250.0250.025+1.72 10-4 + 0.000172 +3099.545 0.02250.02389.029 0.02= (m2)D. 传热面积 SS = Q= 1436.682 1000 =KDtm324.9 12P该换热器的实际传热面积 SS p d lpo(N - n )c=(452-26)=该换热器的面积裕度为：F= So - SnSn 368.5 - 297.96 100% 297.6传热面积裕度适宜，该换热器能完成生产任务。换热器内流体的流淌阻力管程流淌阻力P =(P +P )F N N(3-15)I12T P

39、 S其中，P ，P 分别为直径及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，pa12F 结垢校正因数，无因次，取，TN 管程数，PN 串连的壳程数。S流速 S，雷诺准数层流l = 64=1198DP = l L ru 21d2= 90.02 994 0.185422=DP = z ru 222= 3 994 0.185422=DP =+1.5 2 = Pai管程流淌阻力在允许范围之内B. 壳程阻力DP = (DP ” + DP ” )F No12ss其中，P 流体横过管束的压降，pa 1P 流体流过折流板缺口的压强降，pa 2F 壳程压强降的结垢正因数，无因次，取sN 串连壳程数。sDP ” 1= Ff N (NocB+ 1)r u 22其中，F管子排列方式对压强降的校正因数f 壳程流体的摩擦系数，当 Re500，f=N 横过oc管束中心线的管子数N 折流挡板数B管子为三角形排列，F=，N =59，n =26，u =sB所以f= 5 8191-0.228 0= 由式，得：c0760 0 .1854 2DP* = 0.237 0.640809 26 60 122