甲醇■甲醇换热器II的设计第一部分设计任务书一，设计题目甲醇-甲醇换热器II的设计二，设计任务1,热交换量：8029.39kw2,设备形式：长绕管式换热器三，操作条件①甲醇：入口温度7.83°C,出口温度-31.68°C②甲醇：入口温度-37.68°C,出口温度1.00°C③允许压强降：管侧不大于1.5*105pa壳侧不大于2.9*10’pa. 四，设计内容①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。

②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积和传热系数。

③换热器的主要结构尺寸设计。

④主要辅助设备选型。

⑤绘制换热器总装配图。

第二部分换热器设计理论计算1,计算并初选换热器的规格(1) 两流体均不发生相变的传热过程，管程，壳程的介质均为 甲醇。

(2) 确定流体的定性温度，物性数据。

管程介质为甲醇，入口温度为7.83°C,出口温度-31.68°Co壳程介质也为甲醇，入口温度・37.68°C,出口温度1.00°Co 管侧甲醇的定性温度:打=7兀：型=-H.925 °C 。

2壳侧的甲醇定性温度：仏=二门卑V —1&34°C 。

2两流体在定性温度下的物性数据：⑶传热温差△ _ 7厂力)一72一" _ (7.83-1)-[-31.8 — (-37.68)] _6.83-6 —钳％ °C 」厂T- 7・83-(一31・68)_39・51r-f "1-(-37.68) ~ 38.68 ")p=hzk= 1—(—37S)=坯=085「-匕 7.83-(-37.68)45.51…由R 和P 查图得到校正系数为：处ul,所以校正后的温度为=^=6.406°C （查传热课本 P288）,6.83In -----6[-31.8-(-37.68)]（4）计算热负荷QQ =MiCp」T 厂「） = 312379.8 * 2.345 * 39.51 / 3600 = 8039.524k w（5）初步选择换热器的规格：根据传热温差的大小，传热介质的性质以及结垢清洗要求等条件选择适宜的换热器。

初选换热器的规格如下：壳体直径：管排方式：正三角形规则错列排列管尺寸：4>25*2.5mm （不锈钢管）管数：N=558管程数：1管孔间距：100mm换热管长：L= 103934mm管板规格：管板厚度：管子与管板：焊-胀管绕层数：31层间距：2绕管高度：9058.4mm绕管束规格：2280mm芯铜直径：600mm（6）计算并确定管根数:管程热流体体积流量:_ 也 _ 312379 .8Vi~~p ~ 826.225 * 3600选用4）25*2.5规格不锈钢管，并设管内的流速vi=0.6m/s 所需管子根数n ：n=,l ^di 2u,则心 4 仏=—4*0.1051_ 诫儿 3.14*0.02‘*0・6 式中： 认--体积流量〃叨 仏--管内的流速 d 一管子内径加加（7）绕管方式（31层）壳侧济体管内侧流体J J JI J ]图1单管缠绕管式热交换器概略图D = 600〃〃〃d = 25mme = 5mm滋= 558(根)则由 Dj = /> + O — l)" + M + 2e 得:£>, = 600+25 + 2*5 = 635mm D? = Di + 2d + 2a = 689〃〃”D 产D 、+ 2d + 2a = 743mm取Y)则们3・14。

・ 25/sin5°+100每层缠绕圈数w 广Icosa2,计算总传热系数和总面积：（1）缠绕管式换热器模型的建立: 几何结构模型：1 M图2缠绕管式换热器几何结构示意图图3错流流动示意图架设在壳侧流体流动方向上相邻两绕管间距为一常数，且相反缠绕方向的相邻两绕管相对位置为x,则有两个特征位置：Smax={[(C + C/)/2]~ + (d+/?)2}当x = "即x = 巧 =62.5〃〃胡寸，亍=a = 2mm.2 2 J mm当X = 0时，相邻两绕管间的间隙几将处于几和与几in之间，其计算公式:(c+J)/2 $・=[%•+〃)]严积分结果f X 『2 %=凹c+〃+ 迪讪上L+u( c+d几 2 L屮2d+2”E 22/ U+(2d+2d 门仝型空%+2±2£^2^ 型占(2 L丄十I八卄X丿」100+25 4 + 50卩十(土厶。

4+2*25-丿」= 8.7712式中：= ^2*110.0/7*H4 =3.14*2‘*11°°/7*31/4 = 1529.6加〃,5132 =加'*("一灯*//(4°*厶) =3.14*2‘*(558-31)*105015/(4.0*105015卞)!15°)=18981.3 mm壳体流道截面积：Z)J D+伙-l)*G + k*d + S, “= 600+(31 -1)*2+31*25 + 8.7712=1443.7712〃〃“则S产D,"*KS,厂($+小)= 1443.7712*3.14*31*&7712—(1529.6 + 18981.3)= 1212161.1〃亦市壳侧流道截而积可求的壳侧流道的当量直径："4.0匕/厶又浸润周ii/ = 2.0(^D,,f + KSJ = 2.0*(3.14*1443.7712+31*8.7712)= 9610.7〃〃”则0 =4.0* S JL = 4.0*1212161.1/9610.7 = 504.505〃〃”传热管的缠绕角为Q与缠绕管换热器的轴向管束长度厶，缠绕圈数旳的关系分别为：l c=l sin cw j =/cosa/(/z£)；)个缠绕管的中心圆平均直径为：D, = D+(J- 1血+M+天式中，e是第一层缠绕管与芯桶之间的隔板厚度，取5mm(2)壳侧传热膜系数模型缠绕管式换热器中，传热管在缠绕芯筒周围介于隔板中间呈螺旋状一次缠绕多层，形成圆筒状盘管而形成流道。

传热管的缠绕方向逐层相反，缠绕角与纵向间距通常是均匀的，且管长相同。

因此，随着传热管传热直径的增加，各层传热管数目也随之成比例增加。

这些盘管所组成的管束，其壳侧流道因圆周方向位置的不同而变化，由于相邻两个盘管呈错列的变化，则流道构成就变成管子布置为错列组合排列时的管外流动的流道构成。

图4由盘管层组成的管束的流道构成传热膜系数:f\盍管轴向规则错列布置E七2061久= 0.338FFF”& 亿。

（九/D ）其中，F 厂一管子排列（流道结构）修正系数； F 厂-管子倾斜修正系数； F“--管排数修正系数Fi = [cOS0；T 6W （l -叙cos 什盘sin 。

严0一_表示实际流动方向偏离盘管中心线方向的角廃 P = a （1_纟）（1_£°25）90取a = 5°（参照最新热交换器设II •计算与传热强化质葩验标准规范实施手册 第十三章p 汕 北方工业出版社）0 = 67 + 0其中：k--盘管的特性数，盘管层左右缠绕交替时，值取1,仅 取一个方向缠绕时，值取0.0 = 0形=5。

F = r COS or 61 *{（1-—）*cos5 + —*sin 5}5/235则 F* L32」 90 100 = 0.998802厂 .0.558 0.316 0.112F = 1 — ------- + ——— 一 ——.—r” n rr n其中：n 是流动方向一条直线上的管排数。

当n>10时，可近似 认为Fn=l（同上参照第十三章表13-2）z F in-luie=( ---------2.032 +3.842= 2.936则传热膜系数：2=0・338水2・936*0・99802*1*(31447・264)曲*(12・8985) =547.587743. 管侧传热膜系数模型从层流到紊流过渡的临界雷诺数：(Re) c =2300*[l +8.6*(d,/D m )045]=2300*(1+ &6*(0.02/1.443)045] =5184.164管侧雷诺数:a 产 0.338 Fi Ft F” Re 「' Prf (加D) 式中:Re 产佟也 Wou =—二一=——322600.4——=0.0885 加/s3600&Q ()3600*1.212*835.4'即Re 产巴也公二 504.505*103 *0.0885*835.41.186*10Wo= 31447.264Pr> = C^ = 2.335*10^1.186*10-=128985九°・2147a.=0.338 F, p i F”Re ；「p£%/S:0.21475.04505= 103&642wk*m 24 •总传热系数与总而积的计算[do+R )+(加)/(沟”)+〃 /(%厶)+/ %式中：管外侧污垢阻力管内侧污垢阻力x -----合金导热率 d-管子外径Re- duPi = Ui 0・02水0・6乜26.225 1.087*1()7Pr —CpM- A- _ 2.345* 10A *l.087*10-30.2132 = 9121.159 = 11.96 当阻 <Re< 22000.0时a = {0.023*[l + 14.8*(l + £)*(害)g]Re ；Pr 严彳“凡/⑴i = 0・8・0.22(@-)°」D.n则:i = 0.8-0.22(―—)0J =0.656591.4437712a. = {0.023*(1 + 14.8*(1 + 0.021.4437712)*(0.02 1.4437712)0333](9i2] is? 0.65659*(1 1.96)0333)*(0.2132/002)d + d t 0.025+0.022 2=0.0225 m总传热系如=Ro=O.OOO15m 2*Vw Ri=0.0001m 2*k/w取 15w/(m*k)取 25mmb ------ 壁厚取2.5mmH 圧曲 A ①8039 .524 *103 “皿°总传热面积 A = -- = ------------------------ = 4379.7845 nrK£ 286.5436 * 6.4065 •压力损失的计算: vl ＞売程压力损失:5.334CCC 號传热管倾斜修正系数z 1.8 z /x —1.355 z/""I-355C =(cos 0) (cos 0)= (cos 0) (cos 5)= 0.9948473管排数修正系数0 3750 375C,= 0.9524(1 += 0.9524(1 += 0.97621其中 n = I cosa 17tD } =15管子布置修正系数「_ C*in-line + C*sta^erd _ 2.032 + 3.84 _ 936 2 2 •直列布置时的修正系数C in .Line 与规则排列时的修正系数C staggerd 可 有文献［2］（第十三章P845表13・2）2.5*10"3*25*10"325*10」W ，J ~k = 547.58774 + °-00015 +15*22.5*10-3+1038 .642 *0.02 +=> k = 286.5436 w / k *0.0001 *25*10"20*10-3A^ = 0.334CGGy^T/g f Q= 0.334*2.936*0.9948473*0.97621*=7.006402契g/沪式中gc ——换算系数1.27*10讪//『<2>管程压力损失^p =摩擦系数带入数据，整理得「28800 气 0.025 0.31 開八 9121」59 1.4437721(9121」59)心 =0.0395760.039576*312379.82 *105.0152*1.27*10°826.225 0.02= 96.623761公斤 / 米?6•结构设计（1） 壳体内径的确定由前面的理论计算可知売体内径Di=2330mm,由于売体内径Dj>2000mm,故真空区厚度为10~15mm,取15mm 。