日產(chǎn)100噸乙醇水精餾塔工藝設(shè)計(jì)

1、題目：日產(chǎn)100噸乙醇-水精餾塔工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)1. 進(jìn)料液含30%乙醇（質(zhì)量），其余為水。2. 產(chǎn)品的乙醇含量不得低于90%（質(zhì)量）。3. 殘液中乙醇含量不得高于0.5%（質(zhì)量）。4. 進(jìn)料方式：飽和液體進(jìn)料。5. 采取直接蒸汽加熱6. 全凝器：列管式換熱器，冷卻介質(zhì)循環(huán)水，冷卻水入口t=20，出 口t=40。操作條件（1）、精餾塔頂壓強(qiáng)2 kpa(表壓)。 （2）、單板壓降0.5 kpa。 （3）、全塔效率：et50%設(shè)計(jì)內(nèi)容1 .選定連續(xù)精餾流程；2 .塔的工藝計(jì)算；3. 塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)：（1）、塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)；（2）、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算（僅驗(yàn)算壓降）；4 輔

2、助設(shè)備選型與計(jì)算；5包括全凝器的型號(hào)的選用及性能參數(shù)6設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表；7工藝流程圖及全凝器主體設(shè)備圖。目錄一概述 1二精餾塔設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 12.1 操作壓力的選擇分析 22.2 進(jìn)料熱狀況的選擇分析 22.3 加熱方式的選擇分析 22.4 回流比的選擇分析 22.5 產(chǎn)品純度或回收率 22.6 方案的確定 22.7 總述 2三塔的工藝尺寸的計(jì)算 33.1 精餾塔的物料衡算 33.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 33.1.2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 33.1.3 物料衡算 33.2 塔板數(shù)的確定 43.2.1 理論板層數(shù)的求取 43.2.2 實(shí)際板數(shù)的求取 63.3 精

3、餾塔的物性計(jì)算 63.3.1精餾段物性計(jì)算 63.3.1.1.操作壓力計(jì)算 63.3.1.2.操作溫度計(jì)算 6 3.3.1.3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 73.3.1.4.平均密度計(jì)算 73.3.1.5.液體平均表面張力計(jì)算 73.3.2提餾段物性計(jì)算 83.3.2.1 操作壓力計(jì)算 83.3.2.2 操作溫度計(jì)算 83.3.2.3 平均摩爾量計(jì)算 83.3.2.4平均密度計(jì)算 9四 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 94.1 塔徑的計(jì)算 94.2 塔高的計(jì)算 10五 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 105.1 溢流裝置計(jì)算 115.2 塔板布置 12六.流體力學(xué)驗(yàn)算 136.1 塔板壓降 13七.全凝器的設(shè)計(jì) 14

4、7.1確定物性數(shù)據(jù) 147.2換熱器的初步選型 147.3估算傳熱面積 157.3.1熱流量 157.3.2.平均傳熱溫差 157.3.3.冷卻水用量 157.3.4.傳熱面積 157.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸 167.4.1管徑和管內(nèi)流速 167.4.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 167.4.3.平均傳熱溫差 167.4.4.傳熱管排列和分程方法 167.4.5殼體內(nèi)徑 167.4.6折流板 177.4.7接管 177.5換熱器核算 177.5.1熱流量核算 177.5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 177.5.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 187.5.1.3污垢熱阻和管壁熱阻 187.5.1.4 傳熱系數(shù) 197.5.1

5、.4傳熱面積裕度 19 7.5.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 197.5.2.1管程流體阻力 197.5.2.2殼程阻力 20八.換熱器的結(jié)果匯總 21九.總結(jié) 22十.參考文獻(xiàn) 23十一.符號(hào)說(shuō)明 24一概述乙醇水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水

6、溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。二設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介2.1操作壓力的選擇分析操作壓力：本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于乙醇和水這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫（工業(yè)低溫段）物系分離。2.2 進(jìn)料熱狀況的選擇分析該塔的進(jìn)料狀況選為泡點(diǎn)進(jìn)料，因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料時(shí)的操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響；此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，設(shè)計(jì)和制造時(shí)比較方便。2.3加熱方式的選擇分析塔釜一般采用間接蒸汽加熱，但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系，也可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可利用壓力較低的蒸汽加熱，塔釜只須安裝鼓泡管，一般可節(jié)省設(shè)備

7、費(fèi)用和操作費(fèi)用。2.4回流比的選擇分析影響精餾操作費(fèi)用的主要因素是塔內(nèi)蒸氣量v。對(duì)于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量d一定時(shí)，v的大小取決于回流比。實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸餾釜和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個(gè)很重要的問題。適宜回流比應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比為適宜回流比。但作為課程設(shè)計(jì)，要進(jìn)行這種核算是困難的，通常根據(jù)下面3種方法之一來(lái)確定回流比。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，參考生產(chǎn)上較可靠的回流比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定； 先求出最小回流比

8、rmin，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的1.12倍，即r（1.12）rmin；2.5 產(chǎn)品純度或回收率產(chǎn)品純度通常是根據(jù)客戶的要求決定的。若客戶對(duì)精餾塔頂和塔底產(chǎn)品的純度都有要求，則產(chǎn)品的回收率也已確定；若用戶僅指定其中一種產(chǎn)品的純度，則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析決定產(chǎn)品的回收率。提高產(chǎn)品的純度意味著提高產(chǎn)品的回收率，可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。但是產(chǎn)品純度的提高或者是通過增加塔板數(shù)或者是增加回流比來(lái)達(dá)到的，這意味著設(shè)備費(fèi)用或操作費(fèi)用的增加，因此只能通過經(jīng)濟(jì)分析來(lái)決定產(chǎn)品的純度或回收率。本設(shè)計(jì)中純度已經(jīng)給定，故設(shè)計(jì)時(shí)不需要再考慮。2.6 方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇水混合物，對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連

9、續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。為保持塔的操作穩(wěn)定性，采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。該物系屬于恒沸物系，故不能用一般的蒸餾方法分離，可采用低壓普通蒸餾的方法。操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用直接接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。2.7總述蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此在確定裝置流程時(shí)用考慮余熱的利用塔頂冷凝裝置可采用全凝

10、器、分凝器全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便于準(zhǔn)確地控制回流比另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。三塔的工藝計(jì)算3.1 精餾塔的物料衡算31.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 乙醇的摩爾品質(zhì) = 46.07 kg/kmol 水的摩爾品質(zhì) = 18.02 kg/kmol =0.144 =0.779=0.0023.1.2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 =0.14446.07+（1-0.144）18.02=22.06 kg/kmol =0.77946.07+(1-0.779)18.02=39.87 kg/km

11、ol =0.00246.07+(1-0.002)18.02=18.08 kg/kmol3.1.3 物料衡算塔頂產(chǎn)品量： f=188.88 kmol/h總物料衡算： 188.88= d+w乙醇物料衡算：188.88=d0.779+0.002w聯(lián)立解得： d=34.52 kmol/h w=154.36 kmol/h  摩爾流量kmol/h摩爾組成%平均分子量g/mol原料f188.88 22.06乙醇27.20144水 161.68 85.6 釜液w154.36  18.08乙醇120.25779水 34.1122.1餾出液d34.52  39.87乙醇0.

12、070.2水 134.4599.8物料衡算匯總?cè)缦卤恚?.2 塔板數(shù)的確定3.2.1理論板層數(shù)的求取 對(duì)乙醇水物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。由手冊(cè)查得乙醇水物系的汽液平衡資料，繪出xy圖乙醇水溶液體系的平衡數(shù)據(jù)溫度液相中乙醇的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氣相中乙醇的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）溫度液相中乙醇的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氣相中乙醇的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）1000.000.0081.532.73582695.51.9017.0080.739.6561.289.07.2138.9179.850.7960.6486.79.6643.7579.751.9865.9985.312.3847.0479.357.3268.4184

13、.116.6150.8978.7467.6373.8582.723.3754.4578.4174.7278.1582.386.0855.8078.1589.4389.43 求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角在線，自點(diǎn)e(0.144,0.144)作垂線，即為進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 =0.486， =0.144。故最小回流比為：實(shí)際操作回流比r=2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 =rd=234.52=69.04 kmol/h =(r+1)d=(2+1)34.52=103.56 kmol/h =w =154.36 kmol/h =103.56 kmol/h求操作線

14、方程精餾段操作線方程為 y=x+=+0.779=0.667x+0.26提餾段操作線方程為 =-=2.49-0.003圖解法求理論塔板數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)，求解結(jié)果為：總理論板層數(shù) =14.5 （包括再沸器）進(jìn)料板位置 =93.2.2 實(shí)際板數(shù)的求取 全塔效率 =50% 精餾段實(shí)際板層數(shù) =9/0.50=18 提餾段實(shí)際板層數(shù) =5.5/0.5=113.3 精餾塔的物性計(jì)算 3.3.1精餾段物性計(jì)算 3.3.1.1.操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 =101.3+2=103.3 kpa 每層塔板壓降 =0.5 kpa 進(jìn)料板壓力 =103.3+0.518=112.3 kpa 精流段平均壓力 =（1

15、03.3+112.3）/2=107.8 kpa3.3.1.2.操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中乙醇，水的飽和蒸汽壓用安托尼方程計(jì)算。查手冊(cè)（化學(xué)方程手冊(cè)第一卷）可得 antonie 方程 lg=a- （為在t溫度下的蒸汽壓，mmhg）對(duì)于乙醇，a=7.33827，b=1652.05，c=231.48塔頂溫度=103.3 kpa , 代入解得 :=78.81 泡點(diǎn)進(jìn)料=112.3 kpa, 代入解得 :=80.94精餾段平均溫度=（+）/2=79.883.3.1.3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算： 由=0.779，查平衡曲線，得 =0.741 =0.

16、77946.07+（1-0.779）18.02=39.87=0.74146.07+（1-0.741）18.02=38.81 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算： 由圖解理論板，得 =0.352 查平衡曲線， 得 =0.063 精餾段平均摩爾質(zhì)量為： 3.3.1.4.平均密度計(jì)算 氣相平均密度計(jì)算： 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算得， kg/ 液相平均密度計(jì)算： 液相平均密度依下式計(jì)算，即 塔頂液相平均密度的計(jì)算： 由，查手冊(cè)得， 進(jìn)料板液相的品質(zhì)分率： 精餾段液相平均密度為： 3.3.1.5.液體平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算： 由，查手冊(cè)（化學(xué)方程手冊(cè)第一卷）得，

17、， =27.49 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算： 由，查手冊(cè)得， ， 精餾段液相平均表面張力為： 3.3.2提餾段物性計(jì)算3.3.2.1 操作壓力計(jì)算 每層塔板壓降 進(jìn)料板壓力 塔底操作壓力 提餾段平均壓力3.3.2.2 操作溫度計(jì)算 由安托尼方程時(shí)，t=307.7k 則=34.5而，則提餾段溫度3.3.2.3 平均摩爾量計(jì)算塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由（因?yàn)?.002太小，就近似相等，誤差可忽略）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量=27.89 =19.79提餾段平均摩爾質(zhì)量 3.3.2.4平均密度計(jì)算 氣相平均密度計(jì)算：由前計(jì)算可得知 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依照下列公式計(jì)算，即 塔底液相平均密度計(jì)算，查手

18、冊(cè)（化學(xué)方程手冊(cè)第一卷）得 =951.13塔底液相質(zhì)量分率則由前面計(jì)算，進(jìn)料板液相密度提餾段液相平均密度四 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算4.1 塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為： 由 ，式中c= 由史密斯關(guān)聯(lián)圖可查得， 先算橫坐標(biāo)： 取板間距，板上液層高度，則 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得， 取安全系數(shù)為0.75，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，d=2.0m 塔截面積為： 實(shí)際空塔氣速為： 4.2 塔高的計(jì)算 塔的高度可以由下式計(jì)算： 已知實(shí)際塔板數(shù)n=29為塊，板間距為0.4，由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可每隔六塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔數(shù)目s: s=29/6-1=4個(gè) 取人孔之間間距為0.7，塔頂空間

19、1.0m，塔底空間2.0m，進(jìn)料板空間高度0.6m，那么全塔高度：z=1.0+(29-2-4)×0.4+4×0.7+2.0=15.0m 五 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算5.1 溢流裝置計(jì)算 因塔徑d=2.0m，由溢流類型與液體負(fù)荷及塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，因此可采用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤。計(jì)算如下： 堰長(zhǎng)取 溢流堰高度由 選用平直堰，堰上液層高度可由弗蘭西斯公式計(jì)算，即 近似取e=1，則 取板上清夜層高度 故 弓形降液管寬度和截面積 由 ，查圖，得， ， 故 由式 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即 s 故降液管設(shè)計(jì)合理。 降液管底隙高度 取，則 故降液管高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液

20、盤，深度。5.2 塔板布置 塔板的分塊 因d800，故塔板采用分塊式。查表可知，塔板分為5塊。 邊緣區(qū)寬度確定取， 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積按公式計(jì)算，即 其中 故 浮閥布置 浮閥按正三角形叉排排列，這樣相鄰兩閥中吹出氣流攪拌液層的相互作用較顯著，相鄰兩閥容易吹開，液面梯度較小，鼓泡均勻。采用f1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm。 取，由公式可得: 故浮閥個(gè)數(shù)為 個(gè)若同一橫排的閥孔中心距，那么相鄰兩排間的閥孔中心距為 六.流體力學(xué)驗(yàn)算6.1 塔板壓降 干板阻力的計(jì)算 由公式得 液柱 氣體通過液層的阻力的計(jì)算 液柱 液體表面張力的阻力由公式計(jì)算得： =液柱 氣體通過每層塔板的液柱高度: m

21、液柱 氣體通過每層塔板的壓降為：七全凝器的設(shè)計(jì)7.1確定物性數(shù)據(jù)由前面的計(jì)算可知，混合氣體進(jìn)入換熱器的進(jìn)口溫度是78.81，而混合氣體的出口溫度滿足y1=xd=0.779,由t-x-y圖可查的t2=78.50,由于t1與t2很接近,可近似認(rèn)為t1=t2=78.65,進(jìn)料的體積流量vs=0.785定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為 t= =30 管程流體的定性溫度為t=78.65 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 混和氣體在78.65下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如： 密度 熱導(dǎo)率 =0.0279w/m粘度 =1.5&#

22、215;10-5pas循環(huán)水在30 下的物性數(shù)據(jù)： 密度=995.7/m3 定壓比熱容=4.174kj/kg 熱導(dǎo)率 =0.618w/m粘度 =0.801×10-3pa·s7.2換熱器的初步選型根據(jù)流體的溫差相差不大，可以選用固定管板式換熱器，從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合汽體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和汽體走殼程。根據(jù)jbt 47151992，初步選定換熱器的型號(hào)為g 4501mpa58.4.具體要求如下：外殼直徑450 mm公稱壓力1 mpa公稱面積5

23、8.4 m2實(shí)際面積55.58 m2管子規(guī)格25mm×2.5mm管長(zhǎng)6 m管子排列方式正三角形管程 2管間距32 mm管程流通面積0.0198 m27.3估算傳熱面積7.3.1熱流量 從化學(xué)工程手冊(cè)查得:水的比汽化熱 r1=2425 kj/kg乙醇的比汽化熱 r2=846 kj/kg 故 =r1×0.221r2×0.779 =1195 kj/kg q1=qm×r =1.24×0.785×1195×103 =1.2×103kw7.3.2.平均傳熱溫差 因?yàn)槭钦羝淠?所以無(wú)論是逆流,還是并流,相差不大,故本設(shè)計(jì)中僅僅

24、只考慮逆流的情況,則: =7.3.3.冷卻水用量 m=7.3.4.傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的k值。假設(shè)k=600w/(k)則估算的傳熱面積為 s1=7.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸7.4.1管徑和管內(nèi)流速 選用25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=0.75m/s。7.4.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) ns=按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 l=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為 np=傳熱管總根數(shù) nt=62×2=1327.4.3.平均傳熱溫差因?yàn)槭?/p>

25、直接是蒸汽，則可以不用考慮平均熱溫差校正系數(shù),則可以認(rèn)為=47.89 7.4.4.傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列。 取管心距t=1.25d0，則 t=1.25×25=31.2532橫過管束中心線的管數(shù)=1.19=13.6根7.4.5殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。取管板利用率=0.75 ，則殼體內(nèi)徑為 d=1.05t按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取d=450mm7.4.6折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的30%，則切去的圓缺高度為 h=0.3×450=135m，故可取h=150mm取折流板間距b=0.3d，則 b

26、=0.3×450=130mm，可取b為200mm。折流板數(shù)目7.4.7接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速為u1=2m/s，則接管內(nèi)徑為m圓整后可取管內(nèi)徑為50mm。管程混合氣體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速u=2.5m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后去管內(nèi)徑為100mm7.5換熱器核算7.5.1熱流量核算7.5.1.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 殼程走的是混合氣體,是冷凝放熱過程,對(duì)流傳熱系數(shù)可按下式計(jì)算: 當(dāng)量直徑 : =殼程流通截面積，得 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為: 粘度校正 則有： 7.5.1.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 對(duì)流傳熱系數(shù)按下式計(jì)算: 管程流體流通截面積管程流體流速 由化學(xué)工程手冊(cè)

27、可查得： 7.5.1.3污垢熱阻和管壁熱阻查表可得:管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱阻下式計(jì)算，依表可知，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為45w/(m·k)。所以7.5.1.4 傳熱系數(shù)依式有 而前面計(jì)算時(shí)假設(shè)k=600，基本相近。7.5.1.4傳熱面積裕度 計(jì)算傳熱面積ac為該換熱器的實(shí)際傳熱面積為ap該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。注:所計(jì)算出的面積裕度會(huì)稍稍偏大,是因?yàn)橛?jì)算時(shí)忽略了一部分熱量,即蒸汽冷凝之后的那部分溫差所釋放的熱量。7.5.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力7.5.2.1管程流體阻力 , , 由re=17900，傳熱管相對(duì)粗糙度0.005，查莫

28、狄圖得，流速u=0.77m/s,所以， <100kp管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。7.5.2.2殼程阻力 殼程阻力按下式計(jì)算： ,其中 , 流體流經(jīng)管束的阻力 f=0.5 ， ， ， 故 0.5×0.084×14×(29+1)×=126.4pa流體流過折流板缺口的阻力 , b=0.2m , d=0.45mpa總阻力:126.4+1085.56=1211.96pa流經(jīng)管程和殼程的壓力都小于1mp。以上核算結(jié)果表明，選用 jb-t 4715-1992，符合標(biāo)準(zhǔn)。 八設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 列管式換熱器形式固定管板式參數(shù)管程殼程流量 /(kg/h)51700282

29、6進(jìn)/出口溫度/20/4078.81/78.50 物性 定性溫度/3078.65密度/（kg/m3）995.71.4粘度/（pas）0.801×1.5×熱導(dǎo)率（w/mk） 0.6180.0279 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)管程數(shù)2殼程數(shù)1管徑/25×2.5管長(zhǎng)/6000管心距/32管子排列正三角形管數(shù)目/根132材質(zhì)碳鋼傳熱面積/55.58殼體內(nèi)徑/450折流板間距/200折流板數(shù)/個(gè) 29通過中心管數(shù) 14主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.773.2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/（k）33461080污垢熱阻/（k/w）3.4×10-46.4×10-5阻力降/

30、pa119521121.96傳熱系數(shù)/w/（k）556面積裕度/% 24% 精餾塔氣相流量/(m3/s)2.38液相流量/(m3/s)0.0018實(shí)際塔板數(shù)29塔高/m15.0塔徑/m2.0板間距/m0.4溢流形式單溢流堰長(zhǎng)/m1.4堰高/m0.042板上液層高度/5堰上液層高度/4.2降液管高度/1.3開孔區(qū)面積/2.12浮閥個(gè)數(shù)202同排空中心距/m80相鄰兩排孔中心距0.131孔徑/39空塔氣速m/s0.87每層塔板壓降/kpa0.5九.總結(jié) 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下，使汽液兩相多次直接接觸和分離，利用混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過程。在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)一定處理量的精餾塔，實(shí)現(xiàn)乙醇-水的分離,并設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器（主要設(shè)備）進(jìn)行冷凝操作。浮閥塔是生產(chǎn)中最常用的板式塔之一。板式塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修方便