【正文】 Ns℃ S 選 113S 734m2 Ⅶ初選換熱器型號 由于兩流體溫差小于 50℃可選用固定管板式換熱器初選換熱器型號為 JBT471592 主要參數(shù)如表 72[13] 表 72 主要參數(shù) 外殼直徑 273mm 公稱壓力 250MPa 公稱面積 74m2 管子尺寸 φ 19 2 管子數(shù) 65 管長 2020mm 管中心距 25mm 管程數(shù)Np 1 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 00115m2 實際換熱面積 S0 nπ d0L01 65 314 0019 201 737m2 采用此換熱面積的換熱器則要求過程的總傳熱系數(shù)為 Wm2℃ 281 281 295 4175 281 氣體冷凝熱 kJkg 32793 110102 110102 溫度℃ 65 65 80 80 65 熱量 kJh 676416 364421076 84025440 32364466 14577357 005Q 入熱 表 64 預(yù)塔熱量平衡表 帶入熱量 kJh 帶出熱量 kJh 塔側(cè)粗甲醇入熱 塔頂二甲醚 塔頂加入冷凝液及堿液 塔頂回流液甲醇蒸汽 塔頂回流液入熱 塔底預(yù)后粗甲醇 主塔低沸點物熱 側(cè)線初餾物采出 加 熱 蒸汽 熱損 失 總?cè)霟? 522173426 總出熱 量計算 1 熱量衡算 ①物料帶入熱 Q 入 Q 入 Q 二甲醚 Q 回流液 Q 熱損失 379674849kJh ②物料 帶入熱出 Q 二甲醚 Q 初餾物 Q 回流液 Q 熱損失 28389 281 65 51852509kJh Q 初餾分 初餾分量甲醇比熱容溫度 1135628165 2074173kJh Q 二甲醚 輕餾分量二甲醚比熱容溫度二甲醚氣冷凝熱 132482816532793 676416kJh Q 熱損 005Q 入熱 005 379674849 18983743kJh 于是 Q 出熱 73586841kJh 2 冷卻水用量 物料帶入熱與物料帶出熱之差所余熱量 由水冷卻冷凝水 25℃出冷凝器溫度為 5℃ 于是 Q 余熱 Q 入熱 Q 出熱 379674849735868408 306088008kJh 則用水量 G 7326th 每 t 粗醇脫輕餾分需冷卻水量′ 1 為 62 主塔物料熱量衡算 料衡算 1 進(jìn)料量包括預(yù)后甲醇和回流液 ①主塔進(jìn)料量 預(yù)塔總出料量 輕餾分 預(yù)塔初餾物 452940kgh ②回流液量回流比取進(jìn)料量的 2 倍即 905880kgh 總進(jìn)料量 主塔進(jìn)料量回流液量 4529490588 1358800kgh 2 出料量 ①高沸點物采出量物中含甲醇 83水及其它高沸點物為 17計算時以水計密度為 084gml 則其采出量為 預(yù)塔進(jìn)料量 3 37852 003 11356kgh 其中含甲醇 11356 83 9426kgh 含水 11356 17 1931kgh ②低沸點物采出量物中含甲醇 9793～ 99 油溶性雜質(zhì) 1～ 207 密度 079～0791gml 計算時以 100 甲醇計占預(yù)塔進(jìn)料量 3 其采出量為 預(yù)塔進(jìn)料 3 37852 003 11356kgh 經(jīng)計量后送預(yù)塔進(jìn)一步回收甲醇 ③殘液排放量包括水堿甲醇及高沸點物等其 中甲醇含量為 1 計算時以水計 設(shè)殘液排放量為 xkgh 則方程式為 x 預(yù)后甲醇中的水量堿量殘液中甲醇含量 高沸點物采出量中水含量 x 96864035604001x19305 解得 x 95928kgh 其中含甲醇 95928 1 959kgh ④成品精甲醇量即采出精甲醇量 精甲醇量 預(yù)后甲醇量 低沸點物采出量 高沸點物采出甲醇含量 殘液中甲醇含量 3560411356942559593 334300kgh ⑤回流流量 905880kgh 于是主塔進(jìn)出物料平衡表如表 65 量衡算 主塔操作條件塔頂溫度 67℃塔底溫度 112℃回流液溫度 65℃進(jìn)料溫度 86℃成品精甲醇溫度 69℃ 1 主塔全塔熱量平衡計算 ①帶入熱量根據(jù)物料和條件計算列表 66 Q 入熱 Q 預(yù)后甲醇 Q 回流液 Q 加熱蒸汽 65 于是 Q 入熱 1269851851165458982Q 加熱蒸汽 2924441671Q 加熱蒸汽 表 65 主塔進(jìn)出物料平衡表 物料 入料量 kgh 出料量 kgh 預(yù)后甲醇 回流量 高沸點物 低沸點物 殘液 成品精甲醇 回流量 甲醇 356040 905880 9426 11356 959 334300 905880 H2O 96864 1931 94969 NaOH 036 036 小計 452940 905880 11356 11356 95928 334300 905880 合計 1358820 1358820 表 66 主塔全塔帶入熱量計算物料 預(yù)后甲醇 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水 堿液 甲醇 水 流量 kgh 712 905880 G 加熱蒸汽 溫度℃ 86 86 86 65 比熱容 kJkg℃ 4180 2810 汽化熱 kJkg 211862 熱量 kJh 92 255986 165458982 Q 加熱蒸汽 總熱量 kJh 126 Q 加熱蒸汽 于是 Q出熱 Q 出熱得 Q 加熱蒸汽 1066564723kJh 則需 035MPa 蒸汽為 每 t 精甲醇耗蒸汽為 加上預(yù)塔脫輕餾分所耗蒸汽則 1t 精甲醇總汽耗為 046381506 19698tt 即197tt 1 主塔冷凝器冷卻水的用量 ①帶入熱表 67 中回流液和低沸點物的熱量之和即 Q 入熱 1177428337kJh ②帶出熱表 66 中回流液熱低沸點物帶出熱和熱損失 即 Q 出熱 Q 回流液低沸點物采出量甲醇比熱容溫度 Q 熱損 16545898211356281650051177428337 226404572kJh 于是 Q 余熱 Q 入熱 Q 出熱 951023765kJh ③冷卻水用量 G2 冷卻水進(jìn)冷凝器溫度 25℃出冷凝器溫度 35℃ G2 每 t 精甲醇用水量 G′ 2 G′ 2 2 成品精甲醇冷卻水用量 ①精甲醇帶入熱量 Q 入熱 甲醇量甲醇比熱容入口溫度 334328469 65509428kJh ②精甲醇帶出熱量 Q 出熱 甲醇量甲醇比熱容出口溫度 3343257940 34486388kJh ③熱損失 Q 合每 t 精甲醇用水量 G′ 3 G′ 3 3 精餾工序冷卻水總用量和每 t 精甲醇用冷卻水量 ①總用水量 G總包括預(yù)塔冷凝器用水量 G1主塔冷凝器用水量 G2和精甲醇冷凝器用水量 G3 G 總 G1G2G3 67 7326227636641 30753th ③每 t 精甲醇用水量 G 精甲醇 G 精甲醇 G′ 1G′ 2G′ 3 19356680921987 8944tt 第七章 冷凝器的設(shè)計 已知條件主塔塔頂冷凝器中回流液甲醇 905880kgh 低沸點物 11356kgh 冷卻水用量為 228 105kgh 回流液溫度 65℃→ 40℃冷卻水溫度 25℃→ 35℃ 1 估算傳熱面積初選換熱器型號 ①基本物性數(shù)據(jù)的查取 回 流液的定性溫度 ℃ 冷卻水的定性溫度 ℃ 物性參數(shù)如表 71 表 71 物性參數(shù) [12] 名稱 密度ρ Kgm3 定壓比熱 Cp KJKgΔ Hr 514 式中 G 冷凝液體流量 kghl Δ Hr 氣化熱 kJkg 根據(jù)表 5數(shù)據(jù)計算得出塔各組分及冷凝放熱量如表 51 所示表 51 出塔氣在冷凝器中冷凝放熱量 組分 CH3OH CH32O C4H9OH C8H18 H2O 合計 冷凝量 Nm3h 321 230 23582 273990 kgh 356030 1306 1060 1174 18950 378520 放熱量 kJh 392523075 506988 559246 430744 45858432 439878485 進(jìn)冷凝器氣體總熱量 Q 冷凝器 Q 出塔 ∑ GF G 出進(jìn)出合成塔物料量 kmolh Cm 入 Cm 入 Tm 入 510 ∑ Q 出 ∑ G 出 Cm 出進(jìn)出合成塔各組分熱容 kJkmol Cp T 出塔 1403912233 中 GF 進(jìn)冷凝器各組分摩爾流量 kmolhCp 各氣體組分比熱容 Jmol℃ T 出出合成塔氣體溫度℃ 冷凝器出口氣體顯熱 冷凝器出口氣體顯熱 Q′出冷凝器 ∑ G′ F℃ 導(dǎo)熱系 k Wm℃ 選用φ 19 2 傳熱管取管內(nèi)流速 05ms 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)根按單程管計算所需的傳熱管長度為傳熱管數(shù)太多不合適所以宜選取換熱管長 3 米 S′ 26m2n 15 單管程的 3 個換熱器 實際傳熱面積 S〃 3S0 nd0L01 3 15 314 0019 301 78m2 符合要求 [14] 總傳熱系數(shù) K 149903Wm2℃在 1400～ 2840 之間符合要求 ③核算壓降 ①管程壓強(qiáng)降∑Δ Pi Δ P1Δ P2FtNp 78122034598015 11 1695200Pa 50KPa ②殼程壓強(qiáng)降 其中 Fs 115Ns 1 管子為正三角形排列 F 05 取折流擋板間距 Z 03D 03 0159 00477m 則殼程流通面積 計算結(jié)果表明管程和殼程的壓降均。 Np 其中 Ft 15 Ns 1Np 1 湍流 對于碳鋼管取相對粗糙度ε 01 由λ Re 關(guān)系圖查得λ 0034 Δ P1 0034 784220Pa Δ P2 345980Pa ∑Δ Pi Δ P1Δ P2Ft s 甲醇 7695 268 01907 380 104 冷卻水 9957 418 06176 801 104 ②計算總傳熱系數(shù) Ⅰ熱流量 Q0 17071kw Ⅱ平均傳熱溫差 ℃ Ⅲ冷卻水用量 Wi Ⅳ確定流體的流徑 熱流體為甲醇冷流體為水為使甲醇通過殼壁面向空氣中散熱提高冷卻效果令甲醇走殼層水走管程 Ⅴ計算平均溫度差 暫按單殼程雙管程考慮先求逆流平均溫度差 甲醇 65→ 40 冷卻水 35← 25 Δ t 30℃ 15℃ 計算 RP 由 RP 值查圖可知〉 08 則 1460℃ Ⅵ選 K 值估算傳熱面積參考附錄二十六取 K 1800Wm2 Cp517 式中 G′′ F 冷凝器出口液體各組分的摩爾流量 kmolh Cp 各液體組分的比熱容 Jmol℃ 于是根據(jù)表 517 和表 518 計算冷凝液體帶走熱量為表 52 因冷凝器出口液體溫度為 33℃故液體帶出熱量 Q′′出冷凝器 998783 33 32959849kJh 于是由冷卻水帶走熱量 Q 冷卻水 140391223343987848523881756832959849 157720203kJh 則冷凝器熱平衡如表 52 表 5 冷凝器出口各氣體組分的顯熱 組 分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH 合計 比熱容 Jmol℃ 3342 5029 2924 3315 4710 2536 4448 氣量 Nm3h 79132 94953 376011290400 28928 19106 2638 5275300 kmolh 3533 4239 167862 57607 1291 853 118 235503 熱量 kJh℃ 118073 213179 4908285 1909672 60806 21632 5249 7236896 表 52 冷凝器出口液體熱量 組分 CH3OH CH32O C4H9OH C8H18 H2O 合計 液體比熱容 kJkg℃ 256 253 253 225 415 流量 kgh 1060 1174 18950 378520 熱量 kJh℃ 91