——天然氣凈化再生塔塔底重沸器和冷凝器計算設計目錄TOC\o"1-3"\h\u32507天然氣凈化再生塔塔底重沸器和冷凝器計算設計 1131221再生塔塔底重沸器設計 1234651.1工藝設計條件 1248121.2重沸器初選型 2110551.3重沸器的性能校核 3322401.4殼程壓力降計算和安裝高度確定 7291792再生塔塔頂冷凝器設計及校核 1136172.1概述 11228592.2空冷器的熱負荷 11163042.3空冷器初步選型 122022.4空冷器計算校核 13155672.4.1管內膜傳熱系數(shù)及壓力降 14138742.4.2管外膜的傳熱系數(shù)和阻力計算 17326062.4.3總傳熱系數(shù) 1827632.4.4傳熱面積 191再生塔塔底重沸器設計1.1工藝設計條件表6-1工藝設計原始數(shù)據(jù)表1.2重沸器初選型已知重沸器的熱負荷為，根據(jù)經(jīng)驗，可取熱強度為4500W/m2因此，用重沸器的熱負荷除以熱強度就可以計算出重沸器總傳熱面積：在此處設計中結合實際考慮，根據(jù)上文所得換熱面積以及物性參數(shù)，可以選擇臥式熱虹吸重沸器，其型號為和規(guī)格為的加熱管.表6-2換熱器的相關尺寸選擇1.3重沸器的性能校核對比壓力：該重沸器設計中管束的排列圖形為正方形排列方式是把正方形轉動45度后的圖形，則:此處可取得安全系數(shù)是0.7，因此：實際熱強度：由以上計算可知重沸器的實際的熱強度在最大安全熱強度之內，所以設計合理。圖6-1壓力對臨界最大熱通量和臨界溫差的影響由上圖可查得符合泡核沸騰區(qū)內，所以設計合理。沸騰傳熱系數(shù)計算：1）蒸汽覆蓋參數(shù)管束直徑：單位管長的外表面：則蒸汽覆蓋參數(shù)：2）壓力函數(shù)Z3）管內膜傳熱系數(shù)hio查文獻可知重沸器進出口氣體流率進出口液體流率當量質量流率：當量質量流速：當量雷諾數(shù)：則：普蘭特準數(shù)：4）變量Hi計算由于在該設計中采用的規(guī)格是φ25mm×2.5mm，因此5）有效平均溫差6）設定壁溫差△t初值7）進行△Tm1的迭代計算在此處設計中，臥式熱虹吸重沸器的設備性校核系數(shù)令其等于1.0；對純組分或窄餾分的泡核沸騰傳熱系數(shù)校正系數(shù)取1.0，對于寬餾分，則：℃，令14.536℃帶入上式繼續(xù)計算。經(jīng)過迭代得：18.3℃。8）計算泡核沸騰傳熱系數(shù)730.4683W/(m2·K)總傳熱系數(shù)：495.9W/(m2·K)換熱面積： m2 換熱面積余量：按計算換熱面積計算熱強度：W/m2小于最大臨界熱強度，設計可行。1.4殼程壓力降計算和安裝高度確定表6-3重沸器管殼程管道參數(shù)1）重沸器入口管線的摩擦損失流通面積：質量流速：雷諾數(shù)：線摩擦系數(shù)：流速：摩擦損失：2）重沸器出口管線的摩擦損失平均密度：平均粘度：流通面積：0.04906m2流速：3.2580m/s雷諾數(shù)：241190.5245>4000線摩擦系數(shù)：0.02094摩擦損失：3）重沸器殼程流體的靜壓頭平均密度：532.371kg/m3靜壓頭：0.7554m液柱4）重沸器出口管線內流體的靜壓頭取H1=0m，H2=3m，則靜壓頭：5）重沸器殼程摩擦壓力降已知管子當量直徑：de=0.027m板數(shù)：=29面積：m2質量流速：43.37kg/m2·s雷諾數(shù)：2169.3034>1.5×103殼程摩擦系數(shù)：0.3409殼程壓力降0.0761m液柱6）安裝高度=1.2140＋0.0838HX安裝高系指塔底和重沸器頂部之間的標高差，按壓力平衡原則，參照圖7-2可得：帶入數(shù)據(jù)解得：HX=﹣0.203m，一般需留有1.5倍的余量，即重沸器頂部到塔底的距離為0.305m（以地面為基準）。2再生塔塔頂冷凝器設計及校核2.1概述塔頂冷凝器的作用是將塔頂排出氣中的水蒸氣進行冷凝供回流使用。該設計中并無要求需將熱流體冷凝到環(huán)境溫度，因此該設計中采用具有操作費用低、節(jié)約用水、對環(huán)境污染小等特點的空氣冷卻器對塔頂熱流體進行冷凝，操作條件見表7-1。由表7-1的數(shù)據(jù)初步選定空冷器的結構形式為：水平管束、鼓風式、干式空冷器；采用L型繞片鋁管，單管程4管排，基管采用鉻鉬鋼[26]。表7-1空冷器操作條件序號類型項目名稱單位數(shù)值1熱流介質名稱-再生塔塔頂酸氣2流體質量流速kg/h9745.04353進口溫度T1℃924出口溫度T2℃925入口壓力PMPa0.076結垢熱阻rim2·K/W0.000177空氣空氣設計溫度t1℃258標準迎風速度Unm/s2.89大氣壓力kPa92.3310海拔高度m5011空氣側結垢熱阻rom2·K/W0.0001812設計最低氣溫℃-102.2空冷器的熱負荷由5.2.3可知：空冷器的熱負荷：5.4819×106kJ/h。2.3空冷器初步選型1）對數(shù)平均溫差假設空氣的出口溫度為t2=35℃，則有：熱流體：T1=92℃（飽和氣體）T2=92℃（飽和液體）空氣：t2=35℃t1=25℃57℃67℃61.87℃2）有效傳熱溫差溫度校正系數(shù)按單殼程，單管程結構，查圖8-1[10]得溫度修正系數(shù)則有效傳熱溫差61.87℃。圖7-1溫差校正系數(shù)（光管、單管程）3）傳熱面積根據(jù)經(jīng)驗值取K值為800W·m-2·K-1即所需傳熱面積為：

由傳熱面積初選定：管束型號：GPS14.1/L；構架型號：GJP3×3K﹣18/1F；風機型號：G﹣ZF18B4﹣Vs17；百葉窗型號：SC3×3；空冷器的型號：GJP﹣3×3/1﹣ZF18/1﹣JP3×3﹣SC3×3，具體結構參數(shù)見表表7-2空氣冷卻器結構參數(shù)2.4空冷器計算校核在下式的計算中設配的各參數(shù)含義和其數(shù)值如果沒有被直接表示，其都可查表7-1、7-2得。2.4.1管內膜傳熱系數(shù)及壓力降表7-3定性溫物性光管管內膜傳熱系數(shù)1）基礎參數(shù)汽相分率：流通面積：質量流速：44.1816kg/m2·s2）流型參數(shù)<0.5為重力控制流動。3）重力控制下的冷凝液膜傳熱系數(shù)液膜雷諾數(shù)：>200故修正因子傳熱系數(shù)：=3390.087W/（m2·K）由于該設計是在同溫下操作，因此：冷凝膜傳熱系數(shù)3390.087W/（m2·K）管程壓力降1）摩擦損失壓力降由于管程數(shù)，則校正系數(shù)0.9由于在該設計條件下僅是發(fā)生在相同溫度下相態(tài)發(fā)生了變化的同溫下，在這個過程中沒有溫度變化的發(fā)生，因此：均相密度：2.5475kg/m3回彎壓力降：雷諾數(shù)：>2000屬于湍流，故以液相為基準進行水平管內直管段壓力降計算。屬于湍流，故常數(shù)Cb=20。Martinelli參數(shù)：0.3896摩擦因子：58.9228因為，則摩擦系數(shù)：0.0061故水平管內直管段壓力降191.819Pa摩擦損失壓力降：Pa2）動能損失壓力降因為在此過程中，該設計中沒有發(fā)生溫度的改變，因此汽相分率變化量可以看做零來處理。則：動能損失壓力降0。3）對于位能發(fā)生變化所引起的損失壓力降由于在此處的設計使用臥式冷凝器，在冷凝過程中位能發(fā)生的變化小到可以看做零來處理。則：。4）在冷凝器的進出口管嘴壓力降進出口出的汽液混相密度等于均相密度，即：2.5475kg/m3則：1進口管嘴流速：m/s出口管嘴流速：=15.9747m/s進口管嘴壓力降：出口管嘴壓力降：進出口管嘴壓力降：5）管程壓力降：2.4.2管外膜的傳熱系數(shù)和阻力計算1）管外膜傳熱系數(shù)取空氣的進出口溫度的平均值作為定型溫度：30℃，密度：1.120kg/m3比熱容：=導熱系數(shù)：粘度：mPa·s標準狀態(tài)下的空氣質量流速： 28.224kg/s式中NS—串聯(lián)片數(shù)。窄隙流通截面積得空氣質量流速：20.698kg/(m2·s)雷諾數(shù)：3.037×104普蘭特準數(shù)：0.6678管外膜傳熱系數(shù)：=4558.7374W/（m2·K）2）管外阻力摩擦系數(shù)：=0.679=484.814Pa2.4.3