装备工艺设计.docx

1、装备工艺设计第三章装备工艺设计3.1原始数据3.1.1工艺条件 操 作 介 质半水煤气变换气操 作 温 度 40/145250/190操作压力(表)MPa3.553.43热负荷 KCal3.1.2物料组成 半水煤气组分H2COCO2O2N2CH4Ar%39.3630.028.280.3821.350.360.25 变换气组分H2COCO2N2CH4Ar% 48.96923.3418.070.420.213.1.3生产能力：(1)半水煤气最大用气量： 84413NM3/h129(2)操作制度： 年工作日：330天 日操作时 ：24小时3.2物性参数比热容/kJ/(kg.) （92.5）导热系数/

2、W/(m) （92.5）导热系数/W/(m) （220）粘度X10-5/(pas)（92.5）H214.50780.22020.2791.0314CO1.08370.03150.02922.1069CO21.05930.02390.02391.8584O20.96620.03282.4805N21.07710.03170.02942.1196CH42.54410.0460.03831.3646Ar0.54670.0220.02722.7280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。故壳程混合气体（变换气）定性温度为：Tm=（250+190）/2=220管程

3、流体（半水煤气）定性温度为：tm=（40+145）/2=92.5因为进出口温差较大，所以选择浮头式换热器。3.3工艺计算3.3.1计算半水煤气的平均分子量半水煤气平均分子量：M39.36%2+30.02%28+8.28%44+0.38%32+21.35%28+0.36%16+0.28%4019.1556g/mol同理，变换气平均分子量：M18.962 g/mol3.3.2计算半水煤气质量流量在半水煤气操作压力P=3.55Mpa下, 由于换热器内PMRT,且R=8.314J/(molK）,则半水煤气平均密度：（3.5510 19.1556）/（8.314365.65）kg/m22.37kg/m同

4、理，变换气平均密度：21.39kg/m 由于PV半/Tt=P0V0/T0所以 3005.94m/h半水煤气：W半V半22.373005.94m /h 67242.88kg/h3.3.3热负荷计算和变换气的质量流量半水煤气平均比热容C半xicpi（39.36%214.507830.02%281.0837+8.28%441.05930.38%320.9662+21.53%281.0771+0.36%162.5441+0.28%400.5467）/19.1556 1.629 kJ/(kg.)所以热负荷QW半C半（t2t1） 67242.88 kg/h1.629 kJ/(kg.)（145-40） 67

5、242.88 kg/s1/36001.629kJ/(kg.)（14540） 3194.9 KW根据热量守恒，即QW半C半（t2t1）W变C变（T1T2）,又有C变1.766kJ/(kg.)则变换气质量流量：W变Q/ C变（T1T2）3194.9KW/1.766kJ/(kg.)60) 30.15kg/s108540kg/h3.3.4平均推动力计算tm 45(150/105) 126.17按单壳程，多管程结构，查书上图 温度差校正系数t值， 得：t0.93平均传热温差 tmttm0.93126.17117.343.3.5初选总传热系数K根据附录列管式换热器中传热系数K值范围推荐值表，初选K250W

6、/(m )3.3.6初选总传热面积初选总传热面积：S估Q/Ktm 3194.910/250117.34 108.91m3.3.7初选各种轮廓尺寸列管换热器内常用的流速范围流体种类流速 m/s管程壳程一般液体0.30.50.21.5宜结垢液体10.5气 体530315（1） 根据上表，初选半水煤气流速为7m/s，根据JB/T 471592选取192规格的碳钢管，即外径do为19mm，壁厚为2mm，所以内径di为15mm，管心距25mm。(2)管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数NsV半/(/4di2u) 3005.943600/40.015 7675按单管程计算，所需的传热管长

7、度为LS估/doNs108.91/(0.019675) 3（m）所以选用单程管，根据本设计实际情况，采用非标设计，取传热管长l3m。即传热管总根数n675（根）(3)平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数计算如下P(t2t1)/(T1t1) (14540)/(25040) 0.5R（T1T2）/(t2t1) (250190)/(14540) 0.571按单壳程，单管程结构，查书上图 温度差校正系数t值， 得：t0.93平均传热温差 tmttm0.93126.17117.34由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适.（4）传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每

8、程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距Pt1.25do，则Pt1.251923.7524（mm）隔板中心到离其最近一排管中心距离按下式计算；Z6Pt/2624/218(mm)各程相邻管的管心距为36mm。（5）壳体直径因为采用单管程结构，壳体直径可按下式估算。则壳体直径为DPt（nc-1）+2b24（28.581）22.8 667.28mm则可取D700mm。（6）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： h25%700mm175mm故可取h200mm。取折流板间距B0.55D（0.2DBD）,则B0.55700385mm可取B为400

9、mm。折流板数目NB传热管长/折流板间距13000/40017 3.3.8初步确定总传热面积Sdon总l0.0196753m120.87m3.4核算总传热系数3.4.1 流速的确定交换后的管内气体流速为：ui4V半/din（43005.94）/（0.0156753600） 7m/s3.4.2管程侧对流传热系数按下式计算i0.023/di(diui/)0.8(Cp/)n式中 i管程流体传热膜系数，W/(mK)； , 分别为定性温度下的密度（kg/m ）和粘度（pas）； Cp，分别为定性温度下流体的定压比热容（kJ/kgK） 和导热系数W/(mK)； di传热管子内径，m； ui流体在管内的流速

10、，m/s； n指数，视热流方向而定，当流体被加热时，n0.4，当流体被冷却时，n0.3.在定性温度下半水煤气的定压比热用Cp1.629 kJ/(kg.)，ui7m/s，22.37kg/m，(iyi Mi1/2)/( yiMi1/2) 1.922810-5Pas, (iyi Mi1/3)/( yiMi1/3) 0.0504W/(m),n=0.4Rei0.015722.37（1.922810-5）139609i0.023/di(diui/)0.8(Cp/)n 0.0230.04040.015 (139609)0.8(1.629101.922810-50.0404)0.4 724W/(m) 3.4.

11、3壳程侧对流传热系数用下式计算o0.36(/de) Reo0.55Pro1/3(/w)0.14其中黏度(yiiMi0.5)/( yiMi0.5) 2.262410-5Pas(iyi Mi1/3)/( yiMi1/3) 0.0339W/(m)，n0.3管子按正三角形排列，传热当量直径为：de4（31/2/2Pt /4do 2）/(do) 4(31/2/20.024/40.019 )/(0.019) 0.014(m)壳程流通截面积：SoBD（1do/Pt）0.450.7(119/24) 0.066(m)壳程流体流速及其雷洛数分别为： 10ms141818普朗特数 1.03粘度校正对于气体，(/w)

12、0.141.0所以o0.36(0.0389/0.014) （141818）0.551.031/31.0 700W/(m) 3.4.4污垢热阻查化工原理课程设计附录9，管外侧污垢热阻Rso1.719710-4 m/W，管内侧污垢热阻Rsi1.719710-4m/W。已知管壁厚度b0.002m，碳钢在该条件下的热导率为50W/(m )。3.4.5总传热系数KKdo(idi) +Rsido/dibdo/(dm)+Rso+1/o -1276.60W/(m )所以K/K276.60/2501.106换热系数合适，该换热器能够完成生产任务。3.5压力降校核3.5.1管程压力降Pi（P1P2）NsNpFt换

13、热器为单管程，则Np1，换热器管子为19mm2mm，则Ft1.5又Ns1，P1(l/d)(ui2)/2由Re287245，即为湍流，传热管相对粗糙度为0.01，查图：摩擦系数与雷洛数及相对粗糙度的关系，得0.038，流速ui7m/s, 22.37kg/m,所以：P10.038(3/0.015) (7 22.37/2 4165(Pa)P23(u i/2) (322.377)/21644(Pa) Pi（41651644）111.58714（Pa）管程流体阻力在允许范围内。3.5.1壳程压力降按下式计算：Po（P1P2）NsFt其中Ns1，Ft1.0流体流经管束的阻力:P1Ffonc(NB1) (uo2)/2管子正三角排列，F0.5fo5（141818）-0.2280.334nc1.1(n) 1.1(675) 28.58NB7uo10m/sP10.50.33428.58(71) (21.3910 )/2 40837（Pa)流体流过折流板缺口的阻力：P2N B3.5-（2h/D） (uo2)/2其中h0.2m，D0.7m，则P27(3.520.20.7) (21.39102) 21925（Pa）总阻力： Po40837+2192562762(Pa)由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力比较适宜。