《化工原理》课程设计指导书(精馏塔之预热器、冷凝器、再沸器)+)

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1、化工原理课程设计指导书—精馏塔的预热器、冷凝器、再沸器工艺设计适应专业：化学工程与工艺编写作者：胡建明编写日期：2007.7邵阳学院生物与化学工程系10化工原理课程设计指导书预热器、冷凝器、再沸器的工艺设计概述蒸馏是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操，其历史悠久，应用广泛。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、部分冷凝，利用其中个组分挥发度不同而将其分离。其本质是液、汽相间的质量传递和热量传递。为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次部分冷凝的方法——精馏。精馏过程通常是在塔设备内完成的。预热器、

2、冷凝器、再沸器是精馏过程必不可少的设备。它们承担着将物料预热、气化、冷凝等重要任务。而固定管板式换热器更是因其具有工艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。换热器的工艺设计主要内容和步骤1物料衡算1.1设计依据1.1.1《×××××设计任务书》1.1.2 产量年产99.5%（均为质量分数，下同）环己烷（丙酮）20000吨，根据工业生产中连续生产的特点，取年平均生产时间为8000小时，即小时产量为：20000×103/8000=2500kg／h，本设计以小时产量为计算基准。1.1.

3、3进料组成、产品组成1,1.4分离要求1.2精馏塔物料衡算1.2.1物料衡算示意图1.2.2用质量分率计算进料量及塔釜采出量塔顶采出GD,XD精馏塔进料GF，XF解得：GF（kg/h）GW（kg/h）1.2.3计算摩尔量、摩尔分率塔底采出GW10化工原理课程设计指导书由物质A、B组成的混合物，其分子量分别为MA，MB则其平均分子量：，用摩尔量表示为：；同理可求得XD、XW、XF1.2.4精馏塔物料衡算表表1.1精馏塔的物料衡算表进料出料塔顶采出D塔底采出W组分kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/

4、hwt%总量Σ进Σ出※必须达成Σ进=Σ出。1.3冷凝器物料衡算1.3.1操作回流比选取1）查阅相关资料，找出物系的气液平衡数据2）由计算得到物系的气液平衡数据3）作出平衡线（x—y图）4）利用平衡线（x—y图）求取最小回流比Rmin （泡点进料）5）确定实际回流比：R=（1.1~2.0）Rmin。1.3.2进料量及组成确定1）采出量及组成2)回流量及组成计算3）进料量及组成计算4）冷凝器物料衡算表进料出料塔顶采出D回流L组分kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%10化工原理课程设计指导书总

5、量Σ进Σ出2热量衡算2.1冷凝器的热量衡算2.1.1确定塔顶、塔底控制温度精馏塔塔顶、塔底温度是精馏塔主要操作控制参数，它直接影响到塔顶产品、塔底产品质量。方法一：通过查阅资料得到物系的泡点线和露点线数据，作图后根据塔顶与塔底的浓度直接查出塔顶、塔底及进料的温度。方法二：利用试差法求取已知浓度时的泡点、露点（C）2.1.2已知条件1）变化过程：冷却水从20℃升温到45℃，物料由饱和蒸汽变为饱和液体。2）冷凝器的物料组成表（表2.1）进料出料塔顶采出D回流L组分kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/

6、hwt%总量Σ进Σ出2.1.3各组分热力学参数(表2.2)冷流体热流体潜热进口温度出口温度组分Cp（kJ/kg·K）Cp（kJ/kg·K）kJ/kg10化工原理课程设计指导书2.1.4计算1）物料冷凝所放出的热量Q放=假定热损失Q损=(5~10%)Q放；由热平衡：(0.9~0.95)Q放=Q吸1.2.2冷却水量的计算假设冷却水量为mkg/h，则：其他设备热量衡算依次进行。3冷凝器的工艺设计3.1流体流径的选择在选择流体的流径时，首先考虑流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，然后再校核α及ΔP，作出较恰当的选择。3.2热负荷q；Q——管

7、程流体吸收或放出的热量。3.3流体两端温度的确定3.3.1若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件规定，无选择。3.3.2若一个流体仅已知进口温度，出口温度由设计者定，例冷却水，若出口温度升高，可节省水量，操作费降低；反之，则设备费增加。一般，设计时两端流体温度差可取5~10℃。传热温度差（先按逆流方式计算）：（T1、T2、t1、t2—分别代表热流体、冷流体的进出口温度）3.4总传热系数K10化工原理课程设计指导书按照资料先选择一传热系数K，初步设计好换热器后进行校核，确认是否合适。3.5换热面积S的计算，求取计算换热面积。3.6

8、初步选择管程数3.6.1确定管程流速u：列管式换热器常用的流速范围流体的种类一般流体易结垢液体气体流速，m/s管程0.5~3>15~30壳程0.2~1.5>0.53~15列管换热器中不同粘度液体的常用流速液体粘度，mPa·s>15001500~500500~10