化工原理课程设计--甲醇冷凝冷却器的设计

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1、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）处理能力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0.3MPa。③允许压降：不大于105Pa。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

2、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，

3、制图11、方案设计1.1、确定设计方案1.1.1、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。1.1.2、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ф25×2.5的碳钢管。1.2、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：根据定性温度，分别查取壳程和

4、管程流体的有关物性数据。甲醇在57℃下的物性数据如下：密度定压比热容导热系数粘度冷却水在35℃下的物性数据如下：密度定压比热容导热系数粘度第11页共11页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/(㎡·℃)据此，由换热器系列标准[6]中选定G273Ⅱ-2.5-14.8型换热器，有关参数如下：第11页共11页公称直径/mm273管子尺寸/mmΦ25×2.5公称压力/MPa2.5管长/m6换热面积/㎡14.8管子总数32管程数2管子排列方法

5、正三角形中心排管数7管程流通面积/㎡0.005管子材质碳钢导热系数/W/(㎡·℃)453、换热器核算3.1、热量核算3.1.1、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第11页共11页壳程甲醇流速及其雷诺数分别为普兰特准数因壳程中甲醇被冷却，所以粘度校正则3.1.2、管程对流传热系数管程流通截面积,由标准可知管程循环水流速及其雷诺数分别为普兰特准数则第11页共11页3.1.3、传热系数K由管子的材质为碳钢，则其管壁导热系数3.1.4、传热面积S该换热器的实际传热面积该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成换热任务。3

6、.2、换热器内流体的压力降3.2.1、管程压力降由Rei＝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＝994kg/m3，所以第11页共11页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第11页共11页其中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。第11页共11页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

7、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）0.20.43设计温度℃80804操作压力MPa（G）常压0.35操作温度℃64进/50出30进/40出6流量kg/h13700.012358.97密度kg/m3755.779948比热容kJ/(kg•℃)2.6294.089热负荷×106kJ/h0.5010平均温差℃20.611传热系数W/(m2•℃)539.712程数---1213材质---碳钢碳钢14直径mm273φ25×2.515长