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化工原理课程设计甲醇冷凝冷却器设计
化工原理课程设计
题 目 甲醇冷凝冷却器的设计
学院名称 化学化工学院
指导教师
职 称 副教授
2013年 12 月 27 日
1、课程设计任务书
1.1、设计题目
甲醇冷凝冷却器的设计
1.2、设计任务及操作条件
(1)13700kg/h 甲醇。
(2)设备形式 列管式换热器。
(3)操作条件
① 甲醇:入口温度:64 ℃,出口温度50 ℃,压力为常压。
② 冷却介质:循环水,入口温度30 ℃,出口温度40 ℃,压力为0.3 MPa。
③ 允许压降:不大于105 Pa。
④ 每年按330天计,每天24小时连续运行。
1.3、设计要求
选择适宜的列管式换热器并进行核算。
【摘要】化工单元操作课程设计是综合运用化工原理课程的基本知识,进行融会贯通的独立思考,并在规定的时间内完成指定的化工设计任务,从而得到化工工程设计的初步训练。本设计任务是利用循环水给甲醇降温。利用热传递过程中对流传热原则,对换热器进行选型和核算,以供生产需要。此次课程设计的主要内容是通过对甲醇和循环水的分析,以及对换热器进行换热量和压降的核算,然后在我国已制定的管壳式换热器系列标准中选择最佳换热器并用CAD制图等一系列过程。其中换热器的选择、热量核算是一个反复试算的过程,一般需要反复试算2~3次。所以,换热器的选择计算实际上带有试差的性质。确定设计方案应遵循的主要原则为:满足工艺和操作的要求,经济效益好,确保生产安全。
【关键词】换热器,选型,核算,制图
1、方案设计
确定设计方案
两流体温度变化情况:
热流体进口温度,出口温度。
冷流体进口温度,出口温度。
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。
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ф25×2.5 的碳钢管。
确定物性数据
定性温度:可取流体进口温度的平均值。
壳程的定性温度为:
管程流体的定性温度为:
根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据
甲醇在下的物性数据如下:
密度
定压比
导热系数
粘度
冷却水在下的物性数据:
密度
定压比热容
导热系数
粘度
2、计算总传热系数
2.1、热负荷
2.2、冷却水用量
2.3、平均传热温差
由
按单壳程、双管程结构查温差校正系数图表可知
则平均传热温差
2.4、初选换热器规格
根据两流体情况,假设K=500W/(㎡㎡i=18941,传热管相对粗糙度,查莫狄图得λi=0.035W/m·℃,流速ui=0.69m/s,ρ=994 kg/m3,所以
所以管程总压力降
管程压力降在允许范围之内。
3.2.2、壳程压力降
流体流经管束的阻力
,
壳程流通面积
流速与雷诺准数
所以
流体流过折流板缺口的阻力
其中 B=0.3m,D=0.273m
则
总压降
壳程压力降也在允许压力降范围内。
经上述计算和核算,可知所选工艺参数符合条件,即选取的换热器能满足换热和压降要求。
4、设备基本参数与图例
4.1、换热器基本参数
设备名称 冷却器 形式 固定管板式换热器 换热面积 14.8m2 工艺参数 序号 名称 单位 壳程 管程 1 物料名称 --- 甲醇 循环冷却水 2 设计压力 MPa(G) 0.2 0.4 3 设计温度 ℃ 80 80 4 操作压力 MPa(G) 常压 0.3 5 操作温度 ℃ 64进/50出 30进/40出 6 流量 kg/h 13700.0 12358.9 7 密度 kg/m3 755.77 994 8 比热容 kJ/(kg?℃) 2.629 4.08 9 热负荷 ×106kJ/h 0.50 10 平均温差 ℃ 20.6 11 传热系数 W/(m2?℃) 539.7 12 程数 --- 1 2 13 材质 --- 碳钢 碳钢 14 直径 mm 273 φ25×2.5 15 长度 mm 6000 16 压降 kPa 0.886 8.96 17 管子规格 32根,管间距32mm,△排列 18 折流挡板规格 19块,间距300mm,切口高度35% 19 说明:参照标准《固定管板式换热器型式与基本参数》JB/T4715-92
4.2、换热器图例
序号 尺寸/mm A 6000 B 150 C 150 D 4500 E 2
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