年產(chǎn)一萬噸碳酸二甲酯工藝設(shè)計(jì)(已改無錯字)
2023-07-07 23:50:09 本頁面
【正文】 過查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，列管實(shí)際取517根。 管的排列方式 由于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清晰，因此管的排列方式采用正三角形排列方式，經(jīng)查閱資料的，層數(shù)12，取管間距a=32mm，示意圖如下 圖31 列管排列方式 反應(yīng)器的內(nèi)徑D計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)徑的公式為 公式（33）式中 D —— 反應(yīng)器內(nèi)徑 a —— 管的間距 b —— 正六邊形對角線上的管數(shù)，b=25 l —— 最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l=2d 圓整取整后殼體內(nèi)勁D = 1000mm 反應(yīng)器殼體壁厚的計(jì)算材料選用20R鋼，計(jì)算壁厚為：式中 公式（34） Pc —— 計(jì)算壓力（由于反應(yīng)的操作壓力為2000kPa，即2Mpa） D —— 反應(yīng)器內(nèi)徑則 D=1000mm設(shè) 殼壁溫度為100℃則 故 鋼板厚度附加值 C = C1 + C2 式中 C1 —— 鋼板厚度負(fù)偏差 C2 —— 腐蝕余量 由于介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣，故取C2=。，通過查閱資料可取C1= 鋼板厚度： 圓整后，鋼板厚度取14mm 換熱器的計(jì)算與選型本設(shè)計(jì)中流經(jīng)換熱器的兩流體均為不發(fā)生相變的傳熱過程，其中熱流體為水蒸氣，冷流體為甲醇，根據(jù)流體流徑的選擇原則和兩流體的實(shí)際情況，因?yàn)榧状际菬o色、易燃、易爆和有毒性的液體，同時為滿足工藝要求，使甲醇得以充分預(yù)熱，提高預(yù)熱效果，令甲醇走管程，水蒸氣走殼程[16]。如圖下圖所示 250℃水蒸氣換熱器T2=℃150℃水蒸氣T1=℃圖32換熱器能量交換示意圖該換熱器的主要功能為：將25℃的原料氣體甲醇升溫至130℃，溫度變化較大，且甲醇由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，壓強(qiáng)會發(fā)生變化，加熱介質(zhì)采用250℃低壓水蒸氣。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10KPa，試選用合適型號的換熱器。（1）基本物性數(shù)據(jù)的查取甲醇的定性溫度=(25+130)/2℃=℃根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇加熱水的溫度降為100℃，則水的出口溫度為t=150℃水的定性溫度=()℃=200℃查得甲醇在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：ρ(與4℃水的密度之比)=740kg/m3 比熱容 Cp=℃導(dǎo)熱系數(shù)k=℃ 粘度μ=查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：飽和蒸汽壓= 密度ρ=焓H=℃熱導(dǎo)率K=102 w/m℃ 粘度μ=（2）熱負(fù)荷的計(jì)算Q=(T1T2) 公式（35） = (13025) ℃ =105W 加熱水蒸氣消耗量Wc= 公式（36） = =（3）確定流體的流經(jīng)該設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為水蒸氣，冷流體為甲醇，因?yàn)榧状际菬o色、易燃、易爆和有毒性的液體，同時為滿足工藝要求，使甲醇得以充分預(yù)熱，提高預(yù)熱效果，令甲醇走管程，水蒸氣走殼程。（4）計(jì)算平均溫度差（按逆流計(jì)算）暫時按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時平均溫度差甲醇： ℃ → ℃水蒸氣： 150℃ ← 250℃Δt： ℃ ℃根據(jù)冷熱流體進(jìn)出口溫度算逆流條件下的對數(shù)平均溫度差 Δtm′= 公式（37）= =℃計(jì)算R和PR===P= ==由R、P值查《化工設(shè)計(jì)》P328附圖32各種換熱器的平均溫度差校正因子圖（a），F(xiàn)T[17]（MTD校正系數(shù)）=，因?yàn)镕T，所以選用單殼程可行。Δtm=FTΔtm 公式（38）==℃（5）選K值，估算傳熱面積依據(jù)管殼式換熱器的計(jì)算公式：總傳熱系數(shù) =+()+r0+ri()+rw() h0管外流體傳熱膜的系數(shù)Kcal/℃；hi管內(nèi)流體傳熱膜的系數(shù)Kcal/℃；r0，ri分別為管外、℃/Kcal；A0，Ai單位管長的外表、內(nèi)表傳熱面積m2/m；Aav單位管長的管內(nèi)和管外的平均面積m2/m；rw管壁熱阻（）℃/Kcal； λw管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/℃；lw管壁厚度m因?yàn)榇斯ば蛟O(shè)計(jì)中某些參數(shù)值查取困難，所以依據(jù)《化學(xué)工程手冊》管殼式換熱器總傳熱系數(shù)K的推薦值表[18]，當(dāng)高溫流體是水蒸氣，低溫流體是甲醇時，總傳熱系數(shù)取10003400 Kcal/℃。在此根據(jù)工廠的實(shí)際情況取K=1000 Kcal/℃（單位換算）即是K=℃ S= 公式（39） = =≈(圓整)7（6）初選換熱器的型號由于兩流體的溫差較大，固選用浮頭式換熱器。由浮頭式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器的型號為：。如表31所示表31 初選換熱器的主要參數(shù)如下表所示名稱數(shù)值名稱數(shù)值公稱直徑325mm公稱壓力公稱面積10 m2管子尺寸Φ192mm管子數(shù)76管長3000mm管中心距25mm管程數(shù)NpⅡ管子排列方式正三角形實(shí)際換熱面積S0=()=76()= m2 采用此換熱面積的換熱器，要求過程的總傳熱系數(shù)為： K0= 公式（310） == W/m2℃（1）管程壓降據(jù)管程總阻力的計(jì)算公式[19]：ΣΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp 公式（311）ΔP1因直管摩擦阻力引起的壓降，Pa；ΔP2因回彎阻力引起的壓降，Pa；Ft管程結(jié)垢校正系數(shù)，無量綱，對Φ25=；Ns串聯(lián)的殼程數(shù)；Np管程數(shù)。則有Ft= Ns=1 Np=2本設(shè)計(jì)中甲醇走管程，管程流速是：Rei== =104據(jù)流體在管內(nèi)流動時雷諾準(zhǔn)數(shù)Re 〈2000 層流 20004000 過渡流 〉4000 湍流所以Rei =21530〉4000（湍流）對于碳鋼管，取管壁粗糙度ε== =由《化工原理流體傳質(zhì)與傳熱》P104圖135摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對粗糙度關(guān)系（λRe關(guān)系圖）查得：λ= ΔP1=λ.. 公式（312） == ΔP2=3() 公式（313） =3()=ΣΔPi =(+)12= Pa =10 KPa(2)殼程壓力降（埃索計(jì)算公式） ΣΔP0 =（ΔP1180。+ΔP2180。）FsNs
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