甲醇合成工段设计(8)

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

水 76 70.0 5.967

3.3.2 第三精馏塔热量平衡计算

表3-9 全塔带入热量平衡表

物料

流量kg/h 温度℃

回流液 14003 63

加热蒸汽 2118.2 Q水蒸汽

甲醇 2361 127 2.98 893544

水 1903 127 4.25 1027144

比热容kJ/kg·℃ 2.68 汽化热kJ/kg 热量Q

2364266

Q入=8.935×105+1.027×106+2.364×106+Q水蒸汽

表3-10 全塔带出热量平衡表

物料 组分 流量kg/h 温度℃ 比热容kJ/kg·℃

精甲醇 甲醇 2342 63 2.68

回流液 甲醇 14003 63 2.68 1046.75 1.702×107

水 1903 100 4.187

7.968×105

釜液 甲醇 19 100 2.97

5.073×103

异丁醇 43.94 100 3.435

1.509×104

5%Q入 热损失

汽化热kJ/kg 1046.75 热量Q

2.847×106

Q出=2.066×107+0.05Q入

根据热量平衡Q入=Q出

4.285×106+Q入=2.066×106+0.05（4.285×106+Q入） 解得Q入=1.746×107kg/h

用加压塔的回流液和精甲醇放出来的热给常压塔的再沸器加热加压塔回流液和精甲醇放热为Q放。

Q放=（14144+4715）×（1046.75+2.98×45）=2.227107kJ/h Q放=Q入能满足精馏塔三的需要。

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冷却水用量为W水

?2342?14003??1046.75??2342?14003??2.68?23?225.2t/h W水?4.187?1000?20精馏工段总蒸汽消耗为W蒸，总冷却水消耗为W冷却水。 W蒸=4.160+9.076=13.24t/h

W冷却水=88.73+266.5+5.281+225.2=585.7t/h

第四章 水冷器的设备选型计算

4.1 水冷器的选型计算

水冷器中冷却水带走的热量Q冷却水=3.050×107kJ/h，气体的体积流量为

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1.482×105m3/h，Vs=41.17m3/s 。

?tm的计算

合成气140→40 ?t1=40-15=25℃ 水 35←15 ?t2=140-35=105℃

?t??t1105?25?tm?2??55.75℃

?t2105lnln25?t1流流体中心温度为T内、T外。

T内=（15+35）/2=25℃ T外=（140+40）/2=90℃

选用光滑型套管式换热器，用外径为219mm。壁厚ts为6mm的无缝钢管做内管，用外径为480mm，壁厚为10mm的无缝钢管做外管。管内侧界膜导热系数hi，内管面积为Si,管内流速为ui环形侧界膜导热系数ho

?3.14Si=Di?(0.219?2?0.06)?0.03364m2

443.642?105ui??3.007m/s

3600?0.03364?1000根据公式 hi=3373×（1+0.014×t）ui0.85

hi=3373×（1+0.014×25）3.0070.85=11608W/㎡·℃

4W4?56804G???4.429?105kg/m2?h 22?(D2?D1)3.14?(0.46?0.219)当量直径De=D2-D1=0.46-0.219=0.241m

在90℃下，混合物的粘度为?=6.674×10-5pa·s=0.2393kg/m·h

DeG0.241?4.429?105Re???4.460?105?10000

?0.2393ho=0.023k/De(DeG/?)0.8(Cp?/k)0.4(D2/D1)0.45 k为流体的导热系数k=0.07506W/m·℃ Cp微流体的比热=8.352kJ/㎡·℃

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ho=0.023×0.07506/0.241×(4.460×105)0.8×(8.532×0.2393/0.07506)0.4×(0.46/0.219)0.45=1240W/·m2·℃

管内测污垢系数ri=17197×10-4·m2℃/W,外侧污垢系数ro=8.598×10-5 m2·℃/W。金属热阻 ?=68.73 W/m·℃，传热面积S。

总传热系数为U

1/U=1/ho+Rso+bdo/kdm+Rsido/di+do/hidi

1/U=1/1240+8.59810-5+8.975×10-5+1.7197×10-4×0.219/0.217+0.219/11608×0.207

U=796.8W/m·℃

Q=3.050×107/3600=8472kW

Q8.472?106S???190.2m2

K?Tm796.8?55.95每米内管的外表面积为S外 S外=?D1L=3.14×0.219×1=0.6877m2 则所需的有效长度为L1 L1=S/S外=190.2/0.6877=276.3m

4.2 水冷器的压力核算

管壁温度为tw

tw?tc?tw?25?ho(Tc?tc) （4-1）

hiD2D1?ho1240?(90?25)?31.6℃

11608?0.2070.219?124031.6℃时的混合物粘度?w=9.832×10-4 Pa·s,冷却水粘度?水=8.005×10-4Pa·s,环形侧压力损失?Po。

f=0.076Re-0.25=0.076×(4.460×105)-0.25=0.002941

4fG2L?w0.14

（4-2） ?Pf???()2gc?De?33

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4?0.002941?(4.429?105)2109.832?10?40.14?Pf???()?10183Pa 8?40.2416.674?102?1.27?10?0.3833G2 （4-3） ?Pf?2gc?(4.429?105)2?Pf??25104Pa 82?1.27?10?0.3833?Po?(?Pf??PR)?N

?Po??2?10183?25104??28?1.273?106Pa

管内测压力损失，全弯头的曲率半径R=0.45m，则R/Di=0.45/0.207=2.174,查得a=9.8。

Le=2aD1=2×9.8×0.219=4.291m

Lt= (2×L+Le)N=(2×10+4.292×)28=680.2m

ws4?3.642?105质量流速ub???9.444m/s 2?A1000?(0.207)?3600Re?dub???0.207?9.444?10006?2.178?10 ?48.973?10查得f=0.0036

4fG2Lt??w???Pt?????2gc?Di????0.14 （4-4）

4?0.0036?(1.117?107)2?680.28.005?10?40.145?Pt??()?2.244?10Pa 8?42?1.27?10?1000?0.2078.973?10 压力损失在允许的范围内，可以使用。

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