甲醇加热器设计说明书 wps 2.docx
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甲醇加热器设计说明书wps2
化工原理课程设计
——甲醇加热器的设计
班级：
过控114班
姓名：
辛霖
学号：
2011112083
指导教师：
佟白
日期：
2013.8.19～9.1
目录
1、简介································1
2、设计任务书···························2
3、工艺计算····························3
3.1确定设计方案···························3
3.2确定物性数据···························3
3.3计算中涉及到的符号说明····················4
3.4估算传热面积···························4
3.5工艺结构尺寸···························6
4、换热器计算···························8
4.1传热能力核算···························8
4.2壁温核算·····························9
4.3核算压强降····························10
5、设备参数计算························12
5.1壳体壁厚·····························12
5.2接管法兰·····························13
5.3设备法兰·····························13
5.4封头设计·····························14
5.5支座设计·····························15
5.6换热器主要结构尺寸和计算结果表·············16
6、参考文献····························18
7、设计总结·····························19
一、方案简介
本设计任务是利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热。
利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.
选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。
换热器分为几大类：
夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
所以首选列管式换热器作为设计基础。
2、设计任务书
齐齐哈尔大学
化工原理课程设计任务书
专业：
过程装备与控制工程
班级：
过控114班
姓名：
辛霖
设计日期：
2013.8.19～9.1
设计题目：
甲醇加热器设计
用420K的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲醇处理量为2500kg/h,甲醇由338K上升到393K。
设计条件：
1.两侧污垢热阻为1/8700m2·℃/K
2.热损失3%。
3.初设K=58.2W/m²℃
设计要求：
1.设计满足以上条件的换热器，并写出设计说明书
2.根据所选换热器，画出设备装配图
指导教师：
佟白
2013年8月19日
3、工艺计算
3.1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420K，出口温度420K。
冷流体进口温度338K，出口温度393K。
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，因此初步确定选用固定管板式换热器。
（2）流动空间及流速的确定
由于该换热器是具有饱和蒸汽冷凝的换热器，且蒸汽较清洁，它对清洗无要求，故应使用水蒸汽走壳程，以便排除冷凝液。
所以甲醇走管程，水蒸汽走壳程。
选用ф25×2.5的碳钢管，取管内流速取ui=20m/ｓ。
3.2确定物性数据
定性温度：
由于甲醇的粘度较小，其定性温度可取流体进口温度的平均值。
甲醇的定性温度为：
管程流体的定性温度为：
●根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
密度ρ（kg/m3）
定压比热容
Cp（kJ/kg·℃）
导热系数λ（W/m·℃）
粘度
μ（Pa·s）
潜热（kJ/kg）
水蒸气
（420K）
2.415
1.92
0.0260
0.000148
2128.8
甲醇
（365.5K）
1.09
1.34
0.0222
0.0000121
——
3.3计算中涉及到的符号说明：
传热面积
A
雷诺准数
Re
折流板距
B
截面积
S
定压比热容
Cp
温度
T,t
平均传热温差
流速
U
直径
D,d,ф
体积
V
校正系数
F，εη
传热系数
α
高度
H
壁厚
δ
总传热系数
K
密度
ρ
长度
L
许用应力
σ
质量
M
导热系数
λ
管数/板数
N
黏度
μ
普兰特常熟
Pr
变量代号
△
热负荷
Q
热阻
R
3.4估算传热面积
3.4.1平均传热温度
3.4.2热流量
3.4.3平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
按单壳程温差校正系数应查有关图表。
可得：
平均传热温差
由于平均传热温差校正系数大于0.8，壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
3.4.4传热面积
设
估算传热面积为：
（估算性影响，根据前述经验范围，取实际传热面积为估算值的1.15倍）
3.4.5水蒸气的流量
3.5工艺结构尺寸
3.5.1管径和管内流速
选用较高级碳钢传热管
取管内流速
3.5.2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：
按单管程计算，所需要的传热管长度为：
则换热器的管程的管程数为：
3.5.3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。
取管心距t=1.25d0
则t=1.25×25=31.25≈32（mm）
隔板中心到其最近一排管中心距离按计算得：
3.5.4壳体内径
按卷制壳体的进及挡，可取D=400mm
3.5.5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25％，则切去的圆缺高度为h＝0.25×400＝100mm，故可取h＝100mm。
取折流板间距B＝0.3D
则B＝0.3×400＝120mm，可取B为150mm。
折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=2000/150-1=12块）
折流板圆缺面水平装配。
3.5.6附件
本换热器壳体内径为400mm，查表得其拉杆直径，个数大于或等于4个。
3.5.7接管
壳程流体进出口接口：
取接管内流体流速
则接管内径：
管程流体进出口接管：
取接管内流体流速
则接管内径：
所以
取壳程流体进出口接管规格为：
取管程流体进出口接管规格为：
4、换热器核算
4.1传热能力核算
4.1.1壳程流体传热膜系数
由于壳程流体中水蒸气存在相变，所以
4.1.2管内传热膜系数
管程流体流通面积：
管程流体流速：
雷诺准数：
普兰特准数：
由以上公式，可得管内传热膜系数：
4.1.3污垢热阻和管壁热阻：
由已知可得管壁内外侧污垢热阻为1/8700/W
管壁热阻碳钢在该条件下：
（碳钢在该条件下导热系数约为50）
所以：
4.1.4传热面积裕度：
实际传热面积：
裕度：
该换热器能够完成任务
4.2壁温核算
因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁温度按公式：
所以，传热管平均壁温：
壳体壁温课近似取为壳程流体的平均温度，即：
T=147℃
壳体壁温和传热管壁温之差为：
该温差较小，故不要设温度补偿装置，因此选用固定式换热器。
4.3核算压强降
4.3.1管程压强降
由Re=36000,传热管绝对粗糙度
则相对粗糙度为：
管程流体流速
则
所以：
4.3.2核算壳程压强降
Ns（串联的课程数）=1
Fs（结垢校正系数）=1.0
流体流经管束的阻力损失：
壳体的当量直径：
壳程流通面积：
壳体流体流速：
水蒸气在壳体内流动的雷诺系数：
有以上计算可得：
流体流过折流板缺口的阻力损失：
总阻力损失：
计算结果管程和壳程压强降都满足设计要求。
5、设备参数计算
5.1壳体壁厚
为了使设备在生产过程中安全可靠，壳体壁厚应不小于最小值。
所以，壳体壁厚取10mm.
5.2接管法兰
接管处选择平焊法兰，Pg=16.31kg/cm²
管程进出口接管法兰查表得Dg=70mm
壳程进出口接管法兰查表得Dg=250mm
公称直径
管子
法兰
螺栓
橡胶石棉垫片
Dg
（mm
dh
（mm
D
D1
D2
b
kg
数量
直径
外径
内径
厚度
70
76
180
145
122
24
3.45
4
M16
122
76
1.5
250
273
405
355
320
32
15.7
12
M22
320
273
2
5.3设备法兰
根据设备工艺要求，选用凹凸面对焊法兰。
Dg
dh
D
D1
D2
D3
D4
D6
b
h
400
426
580
525
490
447
473
474
38
90
法兰重量kg
螺栓
垫片
凹面
凸面
数量
直径
外径
内径
厚度
28.8
33.2
16
M27
473
426
3
5.4封头设计
选用椭圆形封头，标记为：
Dg400×10
公称直径
mm
曲面高度
mm
直边高度
mm
内表面积
m²
容积
m³
400
100
40
0.223
0.0134
5.5支座设计
耳式支座（B型）
支座号
允许载荷
公称直径
高度H
底板/mm
筋板/mm
L1
B1
δ
S1
L2
B2
δ
1
10
400
125
100
60
6
30
160
70
5
5.6换热器主要结构尺寸和计算结果表
名称
壳程
管程
流速kg/h
2500
89.15
温度进/出K
338/393
420/420
物性参数
定性温度K
365.5
420
密度kg/m³
1.09
2.415
热容Kj/kg℃
1.34
1.92
黏度
0.0000121
0.000148
导热系数
0.0222
-
雷诺准数
36000
254.88
设备结构参数
型号
固定管板式
台数
1
壳体内径
400mm
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