年产4.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计 (7)

NOLX1?X26.24?10?3?1.698?10?5???15.51**?3?4?5(X1?X1)?(X2?X2)(0.0073?6.24?10)?(1.095?10?1.698?10)0.0073?0.00486X1*?X1lnln*1.095?10?4?1.698?10?5X2?X2?填料高度为Z?NOL?HOL?15.51?0.280?4.34m

取填料高度为：4.5m

5.4 丙烯蒸发器

5.4.1计算依据

A.丙烯在管外蒸发，蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-13℃，管内用0℃的冷冻盐水(17.5％NaOH水溶液)与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2℃。

B.丙烯蒸发量8416.4kg/h，冷冻盐水用量645533.14kg/h。 C.丙烯蒸发器热负荷4.48?106kJ/h 5.4.2丙烯蒸发器换热面积

A.总传热系数 (a)管内给热系数?1

蒸发器内安装?38?3.5的U型钢管80根。

冷冻盐水平均温度-1℃．此温度下的有关物性数据如下；

??2.485?10?3kg/(m?s)??0.545W/(m2?K)?0.545J/(m?K?s)Cp?.0473kJ/(kg?K)?3.473?103J/(kg?K)

??1130.8kg/m3?冷冻盐水流速为

??645533.14?2.63m/s

1130.8?3600?80?0.785(0.038?2?0.0035)2(0.038?2?0.0035)?2.63?1130?37074?10000湍流 ?32.485?10Re?37074?2.485?10?3Pr??169.04

0.545?6?105???1?0.023RePr?1??11567.37W/(m2?K) 1.8?dRe???0.80.4(b)管外液态丙烯沸腾给热系数取?2?2326W/(m2?K)

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(c)总传热系数冷冻盐水方污垢热阻取0.264?10?3(m2?K)/W，丙烯蒸发侧污垢热阻取0.176?10?3(m2?K)/W，钢管导热系数45W/(m2?K)。

1110.0035????0.264?10?3?0.176?10?3 K11567.37232645K?966.98W/(m2?K)

B.传热平均温差热端温差0-(-13)=13℃，冷端温差-2-(-13)=11℃，传热平均温差为?tm?(13?11)/2?12?C

C.换热面积

热负荷Q?4.48?106kJ/h?1.24?106J/s 换热面积为

1.24?106A=?106.86m2 966.98?12取安全系数1.2，则换热面积为128.23m2

5.5 循环冷却器

.5.5.1计算依据

A.管内循环液流量229491.96kg/h。进口温度81℃，出口温度70.0℃。 B.管外冷却剂为循环水，进口温度32℃，出口温度36℃，循环水流量为

4864000kg/h。

C.热负荷为8.14?106kJ/h。 5.5.2计算换热面积

初选GH90-105型石墨换热器，换热面积为105m2，设备壳体内径D=880mm，内有外径32mm、内径22mm、长3m的石墨管417根。换热管为正三角形排列，相邻两管的中心距t=40mm

A．总传热系数

(a)管内循环液侧的给热系数?1

平均流体温度t?(81?70.04)/2?75.5?C，该温度循环液的物性数据如下

??1140kg/m3?????????0.85?10?3kg/(m?s)Cp?3.305kJ/(kg?K)?3.305?103J/(kg?K)

??0.547W/(m2?K)?0.547J/(m?K?s)32

管内流体的流速为

u?229491.96?0.353m/s 21140?3600?417?0.785(0.022)Re?0.022?0.353?1140?10416?10000

0.85?10?33.305?103?0.85?10?3Pr??5.136

0.547?0.80.46?105?????1?0.023RePr[1?]

dRe1.8?1?1738.4W/(m2?K)

(b)壳程(循环水侧)的给热系数?2

℃，34℃水的物性数据为 循环水平均温度?32?36?/2?34??0.7371?10?3kg/(m?s)?????????0.621W/(m2?K)??994kg/m???????????????????????????Pr?5.183

?32?2?4?t?d0?24??正三角形排列时，当量直径de的计算公式为de? ?d0管外流体的流速根据流体流过的最大截面积S来计算，S的计算公式为

S?hD(1?d0/t)

已知t=40mm，d0=32mm，h=374mm, D=888mm． 代入数据得

?32?2?4?t?d0?24?de???0.02316m

?d0S?hD(1?d0/t)0.347?0.888(1?0.032/0.04)?0.0664m2

管外流体的流速为

u?4864000?20.47m/s

994?3600?0.0664994?Re?deu??0.02316?20.47???639317 3?0.7371?10Re值在2000～1000000范围内可用下式计算给热系数

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????2?0.36Re0.55Pr0.33??de??w??0.14

???代入数据得?2?0.36Re0.55Pr0.33??de??w??0.14?25914W/(m2?K)

(c)总传热系数石墨的导热系数??38.4W/(m2?K)，石墨管壁厚5mm，循环冷却水侧污垢热阻0.6?10?3(m2?K)/W，循环液侧污垢热阻0.2?10?3(m2?K)/W。

代入数据求K：

111220.00522??????0.6?10?3?0.2?10?4 K1738.4259143238.427?K?753.1W/(m2?K)

B.对数平均温差

?tm?C.面积

(81?36)?(70?32)?41.4?C81?36ln70?32

热负荷Q?8.14?106kJ/h?2.26?106J/s 换热面积为

2.26?106A??72.49m2

753.1?41.4取安全系数1.2则换热面积为86.99m2。因此，选GH90—105-1型石墨换热器，其换热面积已足够。

5.6 氨蒸发器

5.6.1计算依据

A.氨蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-7℃ B.加热剂为0.405MPa蒸汽，温度143℃。 C.热负荷5.37?106kJ/h?1.49?106J/s 5.6.2计算换热面积

A.总传热系数蒸汽冷凝时的给热系数取8000W/(m2?K)，液氨沸腾的给热系数取2000W/(m2?K)，不锈钢导热系数45W/(m2?K)，管壁厚4mm，两侧污垢

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热阻取0.2?10?3(m2?K)/W

代入数据求K：

1110.004????0.2?10?3?0.2?10?3K8000200045

?K?898W/(m2?K)

B.平均温度差

?tm?143?(?7)?150?C

C.换热面积氨蒸发器热负荷为1.49?106J/s 换热面积为

1.49?106A=?11.06m2 898?150取换热面积为：12m2

5.7 氨气过热器

5.7.1计算依据

A.进口气氨温度-7℃．出口气氨温度65℃。 B.加热剂为0.405MPa蒸汽，温度143℃。 C.热负荷6.72?105kJ/h?1.87?105J/s

5.7.2计算换热面积

A.总传热系数管壳式换热器用作加热器时，一方为蒸汽冷凝、一方为气体情况下，K值的推荐范围是28~250W/(m2?K))．取200W/(m2?K)

B.平均温度差冷端温差为143-(-7)=150℃，热端温差为143-65=78℃。

150?78?tm??110?C150ln78 C.换热面积热负荷为1.87?105J/s 换热面积为

1.87?105A=?8.5m2 200?110取安全系数1.2，则换热面积为10.2m2：，选浮头式热交换器

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