毕业设计-化工设计 年产55万吨甲醇精馏车间设计 粗甲醇预热器设计.doc

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1、化工设计课程设计————年产55万吨甲醇精馏车间设计————粗甲醇预热器的设计学生姓名：왕량学校：대련대학专业班级：화공101学号：10412041指导老师：후비민时间：2013.10.14目录1.1设计条件及主要物性参数21.1.1设计条件21.1.2.主要物性参数31.2工艺设计计算31.2.1.估算传热面积31.2.2.换热器工艺结构41.2.3.壳体内径61.2.4折流板61.2.5.其它主要附件71.2.6接管71.3换热器核算71.3.1.热流量核算71.3.2换热器内流体阻力计算101.4设备设计计算111.4.1筒体及封头

2、壁厚计算111.4.2主要附件选型131.4.3接管选型及补强131.4.4管板的选型161.4.5管箱的选型171.4.6鞍座的选型181.5主要结构尺寸及计算结果汇总18附录：预热器装配图191.1设计条件及主要物性参数1.1.1设计条件1.设计任务粗甲醇原料预热器设计，对冷物流粗甲醇（甲醇90%）进行预热（由40oC加热至69oC），年需量60.9万吨/年，压力为0.15MPa，要求管程和壳程压差均小于50kpa，设计标准式列管换热器。2.选择换热器类型流体温度的变化情况：混合流体进口温度为40oC，出口温度为69oC，压力为0.1

3、5MPa，查表得对应饱和蒸汽温度为111.2oC。出口温度不变，但发生相变，转化为水。由于管程和壳程压差均小于50KPa，且进出口温度变化不大。因此，选用固定管板式换热器。3.流程安排因为饱和蒸汽比较清净，表面传热系数与流速无关且冷凝液容易排出。所以饱和蒸汽宜走壳程。而甲醇的黏度η<（0.5-1）×10-3Pa s。宜走管程。综上，甲醇走管程，水蒸气走壳程。1.1.2.主要物性参数1.定性温度对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。查表得甲醇黏度都很低，故管程液体的定性温度为℃壳程饱和水蒸汽在0.15MPa压力

4、下的定性温度为℃。2.各组分物性参数根据定性温度分别查到管程和壳程流体的有关物性数据。如下表表1水蒸气在111.2oC下的物性参数密度ρ0.8585kg/m3定压比热容Cp4.235kJ kg-1 k-1焓ΔH466.4kJ kg-1 k-1汽化热r2228.9kJ kg-1热导率λ0.685w m-1 k-1黏度η0.256×10-3Pa s表2甲醇在54.5℃下的物性参数密度ρ793kg/m3定压比热容Cp2.65kJ kg-1 k-1热导率λ0.187w m-1 k-1黏度η0.49×10-3Pa s1.2工艺设计计算1.2.1.估

5、算传热面积1.换热器的热流量在热损失可以忽略不计的条件下，对于无相变的物流，换热器的热流量由下式确定：其中Kg/h=t2-t1=69-40=29K所以热流量KJ/h=1641.88KW对于有相变化的单组份饱和蒸汽冷凝过程，其热流量衡算可表示为则饱和水蒸气的用量Kg/h2.平均传热温差由于在相同德流体进出口温度下，逆流流型具有较大的传热温差，所以在工程上，若无特殊需要，均采用逆流。故本次设计采用逆流方式。=55.4℃3.估算传热面积，假设K=600W/（m2·k）所以m21.2.2.换热器工艺结构1.管径及管内流速若选择较小的管径，管内表面

6、传热系数可以提高，而且对于同样的传热面积来说可以减小壳体直径。但管径小，流动阻力大，清洗困难，设计可根据具体情况用适宜的管径。管内流速的大小对表面传热系数及压力降的影响较大，一般要求所选的流速应使流体处于稳定的湍流状态，即雷诺指数大于10000，对于传热热阻较大的流体后易结垢流体应选取较大的流速。另外还要考虑在所选的流速下，换热器应有适当的管长和管程数，并保证不会由于流体的动力冲击导致管子强烈振动而损坏换热器。综上考虑，选用无缝钢管（20号钢），选取管内流速u=1m/s。2.确定管长、管程数和总管数选定管径和管内流速后，可以下式确定换热器

7、的单程传热管数。根单程传热管长度：==7.3m如果按单程计算的传热管长度太长，则应采用多管程。确定了每程传热管长度之后，即可求管程数。取每程传热管长度l=4.5m则管程数换热器的总传热管数为（根）3.平均传热温差校正及壳程数选用多管程换热器损失部分传热温差，这种情况下的平均传热温差由计算，其中温差校正系数与流体的进出口温度有关，也与换热器的壳程数及管程数有关。其中对单侧温度变化流体，逆流的平均传热温差相等。即=1，壳程数为1℃4.传热管排列传热管在管板上的排列有三种基本形式，即正方形、正四边形和同心圆排列。传热管的排列应使其在整个管板上均

8、匀而紧凑地分布，同时还有考虑流体性质，管箱结构及加工制造等方面等方面的要求。一般说来，正三角形排列在管板面积上课排较多的传热管，而且管外表面的表面传热系数较大。但正三角形排列时管外机械清洗较为