年產(chǎn)36萬噸酒精精餾系統(tǒng)換熱器.doc

1、（食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書題學(xué)生 姓目名： 年產(chǎn) 3.6 萬噸酒精精餾系統(tǒng)換熱器：學(xué)系院別： 食品與生物工程系專班業(yè)級(jí)： 食品科學(xué)與工程：指 導(dǎo) 教 師 ： 設(shè) 計(jì) 日 期 ：內(nèi)蒙古工業(yè)高校課程設(shè)計(jì)說明書內(nèi)蒙古工業(yè)高校課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：食品工程原理學(xué)院：班級(jí)： 同學(xué)姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：一、題目年產(chǎn) 3.6 萬噸酒精精餾系統(tǒng)換熱器設(shè)計(jì)二、目的與意義課程設(shè)計(jì)是 “食品工程原理 ”課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培育同學(xué)綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)先修課程的基本學(xué)問去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，在整個(gè)教學(xué)方案中它也起著培育同學(xué)獨(dú)立工作才能的重要作用，通過課程設(shè)計(jì)，從以下幾個(gè)方面對(duì)學(xué) 生進(jìn)行訓(xùn)練：1.

2、 查閱資料、選用公式和搜集數(shù)據(jù)的才能；2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并留意到操 作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境愛護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想 ，在這種設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的才能；3. 快速精確地進(jìn)行工程運(yùn)算（包括電算）的才能；4. 用簡潔的文字清楚的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的才能；三、要求 （包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、圖紙量、工作量要求等）1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)精餾原料 : 粗酒精含乙醇 50%,水 50%質(zhì)量分率 ,由 20預(yù)熱至泡點(diǎn) 81.9； 塔頂產(chǎn)品 : 含乙醇不低于 93 %, 78.3飽和蒸汽冷凝為飽和液體回流，產(chǎn)品冷卻為 35液體儲(chǔ)存；塔底殘液 : 含乙醇

3、不高于 0.5%, 99.3冷卻為 35液體；精餾過程回流比 r=2呼和浩特地區(qū)水溫 152 設(shè)計(jì)要求（1） 確定換熱系統(tǒng)的流程方案，并將流程方案繪制成帶掌握點(diǎn)的流程圖；（2） 為所制定的流程方案配置換熱器并選型；（3） 挑選并確定塔頂冷凝器、塔頂產(chǎn)品冷卻器和原料預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)尺寸：包括設(shè)計(jì)運(yùn)算換熱器的熱負(fù)荷、傳熱面積、換熱器接管、殼體、管板、隔板等；（4） 核算總傳熱系數(shù)和換熱器流淌阻力 ,挑選原料泵；（5） 繪制塔頂產(chǎn)品冷卻器的總裝圖；（6） 編寫課程設(shè)計(jì)說明書；四、工作內(nèi)容、進(jìn)度支配第1日：設(shè)計(jì)動(dòng)員，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，講解設(shè)計(jì)方案的確定方法、設(shè)計(jì)過程的步驟及留意事項(xiàng)，查閱收集相關(guān)圖書資料， 1

4、 天第2-8日：確定方案并進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)算： 7天第9-10日：繪圖： 2天第11-12日：整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，編寫設(shè)計(jì)說明書： 2天五、主要參考資料1.柴誠敬，張國亮 .化工流體流淌與傳熱 m. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20032.姚玉英等 .化工原理 m. 天津 ：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 20013.賈紹義，柴誠敬 .化工原理課程設(shè)計(jì) m. 天津 ：天津高校出版社， 20064. 化學(xué)工程手冊(cè)編委會(huì) .化學(xué)工程手冊(cè)第 1篇，化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù) m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 19895. 賀運(yùn)初換熱器的傳熱強(qiáng)化與優(yōu)化設(shè)計(jì) j化工裝備技術(shù) 1997，18（2）25-28 6. 錢頌文，朱冬生，李慶領(lǐng)，等管式換熱器

5、強(qiáng)化傳熱技術(shù)m 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2003 審核看法系（教研室）主任（簽字）年月日內(nèi)蒙古工業(yè)高校課程設(shè)計(jì)說明書摘 要本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)同學(xué)們自己動(dòng)手查閱資料，設(shè)計(jì)流程， 應(yīng)用公式等等綜合才能的考查；在此次設(shè)計(jì)過程中我設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 3.6 萬噸酒精精餾換熱器， 其中包括： 原料預(yù)熱器、塔頂全凝器，塔頂冷卻器，塔底再沸器，塔底冷卻器的設(shè)計(jì)；自6 月 27 日開頭查閱相關(guān)資料， 經(jīng)過兩天的查閱， 基本對(duì)工藝流程與接下來要做的事有了基本的明白；在設(shè)計(jì)過程中大家一起集思廣益，遇到難點(diǎn)時(shí)一起爭論，對(duì)原料預(yù)熱器、塔頂全凝器、塔頂產(chǎn)品冷卻器、塔底殘液冷卻器、塔底再沸器進(jìn)行運(yùn)算；其中只對(duì)原料預(yù)熱器、塔頂全凝器

6、和塔頂產(chǎn)品冷卻器進(jìn)行精算；其余只進(jìn)行粗算；關(guān)鍵詞：換熱器、冷卻器、全凝器、預(yù)熱器；目 錄前 言 .1第一章 換熱系統(tǒng)的流程方案的確定 .21.1 換熱系統(tǒng)的流程方案的設(shè)計(jì) .21.2換熱器設(shè)計(jì)方案的確定 .21.2.1換熱器類型的挑選 .21.2.2固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)的確定 .21.2.3流體流淌空間的挑選 .41.2.4流體流速的挑選 .41.2.5流體進(jìn)出口溫度的確定 .41.2.6接管的確定 .51.2.7管程和殼程數(shù)的確定 .51.3 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)運(yùn)算 .51.3.1設(shè)計(jì)運(yùn)算步驟 .52.1全塔物料恒算 .62.2原料預(yù)熱器的設(shè)計(jì)和運(yùn)算 .62.2.1確定設(shè)計(jì)方案 .62.

7、2.2依據(jù)定性溫度確定物理參數(shù) .62.2.3換熱器的衡算 .72.3 塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)和運(yùn)算 .122.3.1確定設(shè)計(jì)方案 .122.3.2依據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) .132.3.3換熱器的衡算 .132.4塔頂冷卻器的設(shè)計(jì) .192.4.1確定設(shè)計(jì)方案 .192.4.2依據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) .192.4.3換熱器的衡算 .202.5塔底冷卻器的設(shè)計(jì) .252.5.1確定設(shè)計(jì)方案 .252.5.2依據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) .252.5.3換熱器的衡算 .262.6 塔底再沸器工藝粗算 .27第三章匯總表 .313.1 原料預(yù)熱器結(jié)果匯總表 .312.2 塔頂全凝器結(jié)果匯總表 .322.3

8、 塔頂冷卻器結(jié)果匯總表 .33第四章課程設(shè)計(jì)評(píng)論 .34心得體會(huì) .35參考文獻(xiàn) .36附 錄 .37致 謝 .錯(cuò)誤. 未定義書簽；內(nèi)蒙古工業(yè)高校課程設(shè)計(jì)說明書前 言列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器；它主要由殼體、 管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成；所需材質(zhì)，可分別采納一般碳鋼、紫銅、或 不銹鋼制作；在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流淌，從封頭另 一端的出口管流出，這稱之管程；另 - 種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程 . 在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置成為熱交換器，簡稱為換熱器；在化工、石油動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各

9、種換熱器，且它們是上 述這些行業(yè)的通用設(shè)備， 并占有特別重要的位置隨著我國工業(yè)的不斷進(jìn)展，對(duì)能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高， 因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)；隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的位置和作用不同， 換熱器的類型也多種多樣， 不用類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異；在換熱器設(shè)計(jì)中，第一應(yīng)依據(jù)工藝要求挑選適用的類型，然后運(yùn)算換熱所需傳熱面積， 并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸在工業(yè)生產(chǎn)中， 要實(shí)現(xiàn)熱量的交換， 需采納肯定的設(shè)備，此種交換熱量的設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器；3第一章 換熱系統(tǒng)的流程方案的確定1.1 換熱系統(tǒng)的流程方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)， 第一應(yīng)依據(jù)工藝要求確定換熱系統(tǒng)的流程方案并選用適當(dāng)類型的換熱器

10、， 確定所選換熱器中流體的流淌空間及流速等參數(shù)，同時(shí)運(yùn)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所在地需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸；流程方案的初步設(shè)計(jì)中， 考慮使用塔底殘液的廢熱來預(yù)熱原料液， 達(dá)到廢熱再利用的成效，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；本次換熱系統(tǒng)為精餾系統(tǒng)的換熱設(shè)備， 包括原料預(yù)熱器， 塔頂全凝器， 塔頂產(chǎn)品冷卻器，塔底再沸器，塔底殘液冷卻器；對(duì)原料預(yù)熱器和塔頂產(chǎn)品冷凝器進(jìn)行精算， 塔頂冷卻器和塔底殘葉冷卻器只作初算，而塔底再沸器不作要求；1.2 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定1.2.1 換熱器類型的挑選對(duì)于所挑選的換熱器， 應(yīng)盡量滿意以下要求： 具有較高的傳熱效率、 較低的壓力降；重量輕且能承擔(dān)操作壓力；有牢靠的使用壽命

11、；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全牢靠；所使用的材料與過程流體相容； 設(shè)計(jì)運(yùn)算便利， 制造簡潔， 安裝簡潔， 易于愛護(hù)與修理；在實(shí)際選型中，這些挑選原就往往是相互沖突、相互制約的；在詳細(xì)選型時(shí)，我們需要抓住實(shí)際工況下最重要的影響因素或者說是所需換熱器要滿意的最主要目的， 解決主要沖突；本文中兩流體溫差介于 50和 70之間的挑選帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器，小于 50的挑選固定管板式換熱器；依據(jù)制定的流程方案， 可挑選帶補(bǔ)償圈的和不帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器，此類換熱器的結(jié)構(gòu)簡潔，價(jià)格低廉，宜處理兩流體溫差50到 70且殼方流體較清潔及不宜結(jié)垢的物料，流體壓強(qiáng)不高于600kpa的情形；1.2.2 固定管板式

12、換熱器結(jié)構(gòu)的確定固定管板式換熱器由管板、 殼體、封頭等組成； 固定管板式換熱器最簡潔顯現(xiàn)的故障就是管子和管板連接部分泄漏； 所以必需留意固定管板式換熱器的連接方法和質(zhì)量；固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分；1.2.2.1 管程結(jié)構(gòu)換熱器管程由換熱管、管板、封頭或管箱組成；1、換熱管布置和排列間距管束的多少和長短由傳熱面積的大小和換熱器結(jié)構(gòu)來打算，它的材質(zhì)挑選主要考慮傳熱成效、耐腐蝕性能、可焊性等；常用管徑和壁厚有19 2， 252.5等； 管長有 1500mm、2000mm和 3000mm；材料有普碳鋼或不銹鋼等；在管程結(jié)垢不很嚴(yán)峻以及答應(yīng)壓力降較高的情形下，采納 19mm2mm直徑的

13、管子更為合理； 這次用到的換熱器的壓力不大， 換熱器中流體沒有腐蝕性， 所以挑選252.5 mm 碳鋼管；本次設(shè)計(jì)采納 25 2.5 mm 碳鋼管；換熱管管板上的排列方式有正方形直列、 正三角形排列、 同心圓排列， 正三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；正方形排列便于機(jī)械清洗； 同心圓排列用于小殼徑換熱器， 外圓管布管勻稱， 結(jié)構(gòu)更為緊湊；本次設(shè)計(jì)挑選正三角形的排列方式；2、管子與管板及其連接方式的挑選管板的作用是將受熱管束連接在一起， 并將管程和殼程的流體分隔開來； 列管式換熱器管板是用來固定管束連接殼體和端蓋的一個(gè)圓形厚板，它的受力關(guān)系比

14、較復(fù)雜；厚度運(yùn)算應(yīng)依據(jù)我國“鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定”進(jìn)行，一般采納20 到 30 個(gè)毫米的；管板與管子的連接可脹接， 焊接和脹焊并用； 焊接法應(yīng)用廣泛， 這次用到的換熱器內(nèi)流體溫度不高，壓力不大，所以挑選焊接的方式連接管子和管板；3、封頭、管箱的確定列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋， 也叫安排室；用以安排液體和起封頭的作用；壓力較低時(shí)可采納平蓋， 壓力較高時(shí)就采納凸形蓋， 用法蘭與管板連接； 檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換；1.2.2.2 殼程結(jié)構(gòu)殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板及緩沖板等元件組成；1、換熱器殼體的確定依據(jù)管間壓力、 直徑大小和溫差力打算它的壁厚； 由介質(zhì)的腐蝕情

15、形打算它的材質(zhì)；直徑小于 400mm的殼體通常用鋼管制成， 大于 400mm的用鋼板卷焊而成； 依據(jù)工作溫度挑選殼體材料，有防腐要求時(shí)，大多考慮使用復(fù)合金屬板；2、列管式換熱器折流板的作用是； 增強(qiáng)流體在管間流淌的湍流程度； 增大傳熱系數(shù)；提高傳熱效率； 同時(shí)它仍起支撐管束的作用； 這次設(shè)計(jì)中的原料預(yù)熱器和塔頂全凝器內(nèi)蒙古工業(yè)高校課程設(shè)計(jì)說明書的殼程走的是蒸汽所以擔(dān)心裝折流板；1.2.3 流體流淌空間的挑選在列管式換熱器的設(shè)計(jì)運(yùn)算過程中，需要預(yù)先確定哪一種流體走管程， 那種流體走殼程，成為流體流淌空間的挑選； 影響挑選結(jié)果的因素許多， 主要考慮以下三方面：1. 傳熱成效（1） 粘度大的流體或流

16、量小的流體宜走管程；將兩流體中熱阻較大的一方支配在殼程，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱；（2） 待冷卻的流體宜走殼程，便于傳熱；2. 設(shè)備結(jié)構(gòu)高壓的流體、腐蝕性的流體宜在管內(nèi)流過；3. 清洗便利不潔凈的或易結(jié)垢的流體宜走管程，便于清洗管子； 飽和蒸汽一般通入殼程以便于準(zhǔn)時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，殼程可不必清洗；1.2.4 流體流速的挑選增加流體在換熱器中的流速， 將加大對(duì)流傳熱系數(shù)， 削減污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積； 但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多；因此，應(yīng)挑選適當(dāng)流速；下表列出工業(yè)一般采納的流體流速范疇；表 1

17、-2-1工業(yè)一般流體流速液體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體管程0.5 3 1530流速 ms殼程0.2 1.50.52151.2.5 流體進(jìn)出口溫度的確定為了節(jié)約水， 可提高水的出口溫度， 但傳熱面積就需要加大； 為了減小傳熱面積， 就要增加水量；設(shè)計(jì)時(shí)可實(shí)行冷卻水兩端溫差為810；缺水地區(qū)選用較大的溫度差，水源豐富地區(qū)選用較小的溫度差；對(duì)于熱流體的溫差可依據(jù)工藝要求運(yùn)算；431.2.6 接管的確定接管的挑選與流體的流速和流量有關(guān)； 冷凝器的管程進(jìn)出口接管直徑通常直徑較大采納熱軋無縫鋼管， 管壁較厚， 殼程流體出口接管挑選冷軋無縫鋼管； 這次設(shè)計(jì)的為酒精精餾換熱器，壓力、流量都不大，所選接管的壁

18、厚也不大；1.2.7 管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)管內(nèi)流體流量較小時(shí)， 會(huì)使管內(nèi)流速較低， 對(duì)流傳熱系數(shù)較小； 為了提高管內(nèi)流速，可采納多管程；但是程數(shù)過多，將導(dǎo)致管程流體阻力增加，面積的利用率也降 低；這次采納單殼程多管程（ 2、4）固定管板式換熱器；1.3 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)運(yùn)算1.3.1 設(shè)計(jì)運(yùn)算步驟1.3.1.1 系統(tǒng)物料衡算依據(jù)產(chǎn)量要求，運(yùn)算換熱系統(tǒng)的原料量、產(chǎn)品量，再進(jìn)一步確定所需運(yùn)算的換熱器，逐步進(jìn)行換熱器的選用；1.3.1.2 選用換熱器1、熱負(fù)荷的運(yùn)算，冷卻介質(zhì)用量的運(yùn)算或加熱介質(zhì)用量的運(yùn)算；2、平均溫度差的運(yùn)算，當(dāng)兩側(cè)流體均為變溫傳熱時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度差的校正；3、流淌空間的挑選；

19、4、初估總傳熱系數(shù)，運(yùn)算換熱面積，初選換熱器；1.3.1.3 核算總傳熱系數(shù)運(yùn)算管程、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，在運(yùn)算總傳熱系數(shù)k 計(jì)；比較 k 計(jì)和 k 選，如 k 計(jì)/k 選=1.1-1.25,就初選的設(shè)備合格； 否就需另設(shè) k 選值，重復(fù)以上運(yùn)算步驟；1.3.1.4 運(yùn)算管、殼程壓強(qiáng)降運(yùn)算出選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降，如超過工藝答應(yīng)的范疇，要調(diào)整流速， 再確定管程數(shù)，或挑選另一規(guī)格的換熱器，重新運(yùn)算壓強(qiáng)降直至滿意要求為止；1.3.1.5 接管尺寸運(yùn)算通常，進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿意傳熱要求的前提下，再考慮其他的問題； 它們之間往往是沖突的； 例如，如換熱器的總傳熱系數(shù)較大， 將

20、導(dǎo)致流體通過換熱器的壓強(qiáng)降 阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；如增加換熱器的表面積，總傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降降低，又受到安裝換熱器答應(yīng)的尺寸的限制，且換熱器的造價(jià)也提高了；2.1 全塔物料恒算其次章 設(shè)計(jì)的工藝運(yùn)算依據(jù)設(shè)計(jì)要求可知：塔頂產(chǎn)品乙醇的質(zhì)量d=3.2 萬噸，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)hxd=0.92, 精餾原料粗乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) xf=0.5, 塔底殘液乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) xw=0.005d3.6241063005 103 kgfdw由fx fdx dwxww4.343103 kg / hf9.343103 kg / h求得回流比： r=2所以vld3d35 1031.5104kg / h2.2 原料預(yù)熱器

21、的設(shè)計(jì)和運(yùn)算2.2.1 確定設(shè)計(jì)方案1. 挑選換熱器的類型換熱器中兩流體溫度差不大，殼程壓力較小，故可挑選固定管板式換熱器；2. 流淌空間和管材的選用設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為水蒸汽， 冷流體為原料液乙醇； 由于蒸汽比較潔凈不易結(jié)垢， 所以蒸汽走殼程以便于準(zhǔn)時(shí)排除冷凝液，原料液中可能含有雜質(zhì)、 易結(jié)垢，而粘度大、流量較小的原料液中的水為易結(jié)垢液體， 所以原料液走管程便于清洗管子； 因碳鋼管價(jià)格低強(qiáng)度好，預(yù)熱器中的流體沒有腐蝕性，所以選用碳鋼管；2.2.2 依據(jù)定性溫度確定物性參數(shù)熱流體： 125 oc 125 oc定性溫度為 t=125oc （肯定壓力 0.2mpa）冷流體： 20 oc 81.9 o

22、c定性溫度為 t依據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下：2081.950.952oc ；表 2-2-1預(yù)熱器內(nèi)原料物性參數(shù)密度3名稱kg/m定壓比熱 cp kj/kg 導(dǎo)熱系數(shù) w/m 粘度pas汽化熱 r kj/kg乙醇液（ 50.95）7642.730.157.0 10-4水（ 50.95）988.14.170.6554.94 10水120.2 943.14.2600.68622.373 10水蒸汽 120.21.1273-5-42204.62.2.3 換熱器的衡算1. 估算傳熱面積，初換熱器1 熱負(fù)荷的運(yùn)算原料預(yù)熱器的工藝運(yùn)算cpc=0.52.73+4.17=3.45kj/hqwccpc9.

23、343t 1033.4581.9201.99510 6 kg / h554.3103w(2) 蒸汽的消耗量q =wh r=wcc pc t 2- t1 wq1.995106h910.21kg / hr2191.8(3) 運(yùn)算平均溫度差一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 蒸汽 t125 125原料液 t20 81.9t10543.1tt 2 t1mt2lnt110543.1ln 10543.169.5運(yùn)算 r：rt1t2 / t1t20無需校正 tm2初選 k估算傳熱面積，參照換熱器 ，取 k選=900 w/m 傳熱面積 s：sqk tm544.2390010369.58.865 初選換熱器型號(hào)由

24、于兩流體溫差大于 50，小于 70，可選用帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器；依據(jù)固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選的固定管板式換熱器型號(hào)為：jb/t 4715-92主要參數(shù)如下：表 2-2-2列管參數(shù)公稱直徑325mm管子尺寸252.5管子數(shù) n40管長 l/mm3000管中心距 mm32管程數(shù) np4管子排列方式2正方形排列管程流通面積 /m0.0031實(shí)際換熱面積 sos0nd0 l0.06403.140.0230.067.39m2采納此換熱面積的換熱器，就要求過程的總傳熱系數(shù)為：kqpsptm554.23 7.3910369.51079.1w /m .3. 核算總傳熱系數(shù)(1) 管程對(duì)流傳熱系

25、數(shù)i熱導(dǎo)率：0.36查表得出waawbb0.50.6660.150.408pric p u3.4510005 .5310 43.79k0.408對(duì)于低粘度流體，i0.023d irei0.8pri0.4所以i0.0230.4080.023.04104 0.83.97 0.43141 .76w/ m2 . k (2) 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)o如蒸汽在水平管束上冷凝，用下式運(yùn)算冷凝傳熱系數(shù)：1o0. 725r2nc3423gd ot式中 、均為水在 125時(shí)液體的物性參數(shù)； r 為水在 125下的汽化熱；0.7252191.81000948.529.810.685631 / 46323.68 w/ m2

26、 . c03 污垢熱阻7.532/ 32.24310 40.0255依據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為：rsi1.719710 4 m2 /wrso0.85910 4 m2 /w(4) 總傳熱系數(shù) kd2520m25ln2022.41mmkdors do1b dors1ioidididmok0.025即 k =1075.81w/m12 .719710 40.02510.0025 0.0250.85910 413計(jì)141.760.020.02500.022416323.68k 10-7k5.81/ k1075.81900/ 90019.44%計(jì)選選故所挑選的換熱器是合

27、適的；3. 核算壓降(1) 管程壓降pip1p2ft nsn p其中 ft1.4 , ns1, np4 ，31 /mw /aw / b3m857.9kg / mq lgmxi lgi平均粘度管程流速um5.53uwci10 4 pa . s2.60.98m / sm ai857.90.0031雷諾數(shù) redi ui0.020.98857.93.0410410000 湍流i5.5310 4對(duì)于碳鋼管 , 取管壁粗糙度 =0.1mm，所以0.1di200.005由食品工程原理書的 -re 關(guān)系圖中可查得 =0.032l u3857.90.982p1i0.0321977.43pad20.022u 2

28、p232857.920.9821235.89papi1977.431235.891.41417.99kpa50kpa(2) 殼程壓降opp p f nss, 其中 ft =1.0 （氣體）， ns=1；p1= ffo ncn s+1212uo2p2n b 3.52b du 2o2因管子排列方式為正三角形，所以f=0.3 ；nc1.19n1.19 407.53d1.05tn /1.050.03240 / 0.50.301殼程流通面積0a d 24nd 2 3.144 0.3012400.02 2 0.059m20vs殼程流速 u 0a00.059910 .211.3836003.11m / s0

29、雷諾數(shù) red0u00.023.1121.386405.675001.34 10 500f5.0 re 0.0285.06405.670 .2280.678u2p1csffnn1020.30.6787.53111.383.112220.44pa因殼程通過的是水蒸汽，故不需加折流擋板，即nb=0，因此 p2= 0 ；p0p1p2 ft ns20.44 1 120.44pa50kpa運(yùn)算結(jié)果說明 , 管程和殼程的壓降均能滿意設(shè)計(jì)要求；設(shè)計(jì)結(jié)果：選用帶補(bǔ)償圈固定管板式換熱器，型號(hào)：jb/t 4715-924. 接管的挑選(1) 管程流體進(jìn)出口接管的挑選依據(jù)液體一般在管中的流速大小，挑選原料液進(jìn)出接管

30、的流速為 ui2m / s ，就接管內(nèi)徑為d4qvu39360043.9mm依據(jù)化工流體流淌與轉(zhuǎn)熱 附錄二十二的熱軋無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格挑選規(guī)格為50mm3mm,di=44mm=0.044m核算流速 u4 qv493431.94m / sd2ii3.140.044 2857.93600故挑選的接管規(guī)格合適；(2) 殼程流體進(jìn)口接管的挑選依據(jù)飽和蒸汽一般在管中的流速大小，挑選水蒸汽進(jìn)入接管時(shí)的蒸汽的流速為4qv4910.21di3.140.02997.53600u024m / s ，就接管內(nèi)徑為d4qvu4910.213.1424 1.2963600101.8mm依據(jù)熱軋

31、無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格挑選規(guī)格為di=102mm=0.102m108mm3mm,核算流速u4qvd 24910 .213.140.10221.296360023.9m / s故挑選的接管規(guī)格合適；（ 3）殼程流體出口接管的挑選依據(jù)液體一般在管中的流速大小，挑選冷凝液流出接管時(shí)的流速為u2m/ s，就接管內(nèi)徑為d4qv4910 .21u3,141.5997 .5360025.4 mm依據(jù)化工流體流淌與轉(zhuǎn)熱 附錄二十二的冷軋無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格挑選規(guī)格為32mm3mm， di=26mm=0.026m核算流速u1.87m / s故挑選的接管規(guī)格合適2.3 塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)和運(yùn)算2.3.1 確定設(shè)計(jì)方案1、

32、挑選換熱器的類型；全凝器是把 78.3 的含乙醇 91%的蒸汽冷凝為 78.3 的的飽和液體，冷卻水的進(jìn)口溫度是 15，由于呼和浩特地區(qū)是缺水地區(qū)，所以挑選冷卻水的出口溫度為35；全凝器中兩種流體溫度變化不大（50-70 ），挑選帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器；2 、流淌空間和管材的選用；由于蒸汽是熱流體且比較潔凈不易結(jié)垢， 蒸汽走殼程便于散熱， 可提高冷卻成效，不必清洗管子而且便于準(zhǔn)時(shí)排除冷凝液； 粘度大，流量較小的冷卻水易結(jié)垢走管程便于清洗管子，此外仍可以提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)；所以，蒸汽走殼程，冷卻 水走管程；因碳鋼管價(jià)格低強(qiáng)度好，全凝器中的流體沒有腐蝕性，所以選用碳鋼管；2.3.2

33、依據(jù)定性溫度確定物性參數(shù)熱流體 t78.3 78.3 冷流體 t15 35t63.343.3 冷流體的定性溫度為25熱流體的定性溫度為t=78.3；依據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下：名稱密度定壓比熱 cp導(dǎo)熱系數(shù)，粘度汽化熱rkg/m3kj/kg w/m paskj/kg乙醇（ 78.3）736.7753.840.1532-44.4 10864乙醇蒸氣（ 78.3）1.62481.80460.0221.0381-5水（ 78.3）996.54.17820.67283.620210-4水蒸氣（ 78.3）0.27520.62280.36422311.810-3冷卻水 25997.64.1810

34、.60320.953510-3表 2-3-1塔頂冷凝器內(nèi)原料物性參數(shù)102.3.3 換熱器的衡算塔頂冷凝器的工藝運(yùn)算1. 估算傳熱面積，初選換熱器；1 熱負(fù)荷的運(yùn)算v1.5104 kg / hr0.938640.072311.8965.346kj / hqwh r1.510 4965.34610004.0210 636002 冷卻水的消耗量qwh rwc =wwccpcqt2t14.0210 64.8110 4c pct2t14.18120(3) 運(yùn)算平均溫度差按單殼程、雙管程考慮，一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 熱流體 t78.3 78.3冷流體 t15 35t63.353.363.3 -

35、 43.3tln63.3/43. 352.676(4) 初選 k值，估算傳熱面積由表 3，取 k 選=900w /m2 . 傳熱面積 s：sq4.02 1084.8m2ktm900 52.67由于兩流體溫差為 52.67 c（50 70），挑選帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器；依據(jù)固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選的固定管板式換熱器型號(hào)為：jb/t 4715-92主要參數(shù)如下：表 2-3-2列管參數(shù)公稱直徑600mm管子尺寸252.5管子數(shù) n245管長 l/mm4500管中心距 mm32管程數(shù) np1管子排列方式正方形管程流通面積 / m 20.0769實(shí)際換熱面積s0nd（0 l - 0.06）

36、2453.140.02（4.5 - 0.06）68.31m 2k 02. 核算總傳s熱0q系數(shù)t m4.0268.3110652.671117.3w2/ m.(1) 管程對(duì)流傳熱系數(shù)iwaawbb0.930.220.070.60320.627c ppri4.1814.76i0.62710 40.317對(duì)于低粘度流體，i0.023 re d i0.8pri0.4所以i0.0230.6270.022.2610 4 0.80.317 0.41029.2w/ m2 . c2 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)o如蒸汽在水平管束上冷凝，用下式運(yùn)算冷凝傳熱系數(shù)：o0 .725r2nc31234gd ot式中 、均為蒸汽在

37、78.3 時(shí)液體的物性參數(shù)；r 為蒸汽在 78.3 下的汽化熱；0.725 2311.81000976 .529.810.627 31 48548.41w / m 2 . c03 污垢熱阻218.63 33.620210 40 .0255依據(jù)化工流體流淌與傳熱書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為：rsi1.719710 4 m2 /wrso0.85910 4 m2 /w4 總傳熱系數(shù) kk1dors dob dors1di ddoiiimok0.0251.719710 40.02510.00250.0250.85910 411092.20.020.02500.022418548.41（

38、kk） k10261.1900計(jì)10選61/.1w選/ m. c 900100%17.9%故所挑選的換熱器是合適的；3. 核算壓降(1) 管程壓降pip1p2ft nsn p其中 ft1.4 ,ns =1, n p1 ，3wc管程流速ui1.73210 50.83m / sm ai0.0769750.53600雷諾數(shù) redi ui0.020.83750.52.6210 410000 湍流i44.7610對(duì)于碳鋼管 , 取管壁粗糙度 =0.1mm，所以 0.10.005di20由化工流體流淌與轉(zhuǎn)熱書的 -re 關(guān)系圖中可查得 =0.028 ；22lu4.5750.50.83p1i0.0281.

39、629 kpap23di22ui32750.520.020.83 22775.5papi0.77551.6291.4 1 13.367kpa50kpa(2) 殼程壓降pop 1p2ufs ns , 其中 fs=1.15 ，ns=1；2pff n n1o1ocb2p2nb3.52b du2o2因管子排列方式為正方角形，所以f=0.3 ；nc1.19n1.124518.63d1.05n /1.050.032245 / 0.60.68殼程流通面積0a d 242nd0 3.1440.6822450.022 0 .286m2殼程流速uvs3.4610 63.37m / s雷諾數(shù)0a03600997.575redeu 00.023.370.286997 .5757.0510450000.953510 3f05