乙醇~水精馏塔顶产品全凝器的设计.doc

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1、《化工原理》课程设计说明书题目：6.9×104吨/年乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计姓名：　　班级学号：　　指导老师：　　　完成时间：　　1.设计任务书1.1设计题目《乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计》1.2设计任务及操作条件处理能力6.9×104吨/年产品浓度含乙醇95%（w/w）操作压力常压操作温度78℃冷却介质循环水，入口温度30℃，出口温度40℃允许压降﹤105Pa每年按330天计，每天24小时连续运行。1.3设计项目设计方案简介对确定的工艺流程及换热器型式进行简要叙述。换热器的工艺计算确定换热器的传热面积换热器的主要结构尺寸设计对本设计的评述绘制换热器总装配图一张主视图；一张剖面图

2、；一张局部放大图（选作）2.设计方案简介2.1选择换热器的类型因为夹套式换热器、套管式换热器、板式换热器等都有着传热面积小、金属消耗量大、流量小且处理量不大等缺点。因此列管式换热器由于其结构简单、坚固、适应性强、制造容易且处理量大等优点被广泛应用。对于本次课设，初步选择使用的便是浮头式换热器。2.2流动空间及流速的确定循环水不清洁且易结垢，为方便水垢清洗。加之水流动压力比乙醇蒸汽高，液态水粘度较高，因此循环水应走管程。而作为饱和乙醇蒸汽在管间冷凝，易于及时排出冷凝液，且走壳程便于高温乙醇蒸汽的散热。综上所诉，应使冷却水走管程，乙醇蒸汽走壳程冷凝。取管径为Ø25mm×2mm的不锈钢管，管内流速

3、为1m/s。3.工艺流程草图及说明如图所示，由精馏塔上升乙醇蒸汽作为进料。蒸出乙醇气体从1号接管进入换热器，再从2号接管流出进入冷凝液储槽。循环水从3号接管进入再从4号接管出来。到达冷凝液储槽的冷凝液，一部分作回流液回流，另一部分经冷却后为产品。4.工艺计算及主体设备设计4.1确定物性参数壳程乙醇蒸汽定性温度为T=78℃+78℃2=78℃管程冷却水的定性温度t=30℃+40℃2=35℃因此，通过查阅课本文献获得以下数据名称温度℃密度kg/m3导热系数W/m-1▪K-1粘度Pa·s比热容kJ/kg·℃比汽化热kJ/kg水35993.950.62657.274×10-44.174241295%乙

4、醇78738.590.16475.566×10-43.550953.764.2计算总热负荷乙醇的进料速度q=6.9×104×100024×300×3600=2.4200kg/s95%乙醇比汽化热γ=0.95γ纯乙醇+0.05γ水=885.1×0.95+2258.4×0.05=953.76kJ/kg因此可以计算出设备的热负荷Q=q·γ=2.400kg/s×953.76kJ/kg=2289kw4.3对于错流的平均温差的计算求温度矫正系数P=t2-t1T1-t1=40-3078-30=0.208R=T1-T2t2-t1=0通过差温差校正系数图中的1壳程图得其φ≈1，大于0.8。因此，选用但壳程的列

5、管式换热器。78→7840←303848逆流计算温差Δtm=48+382=43℃校正后温差Δtm=φΔtm=43℃4.4估算设备K值与换热面积A于是根据书中表4-7的有机物粘度μ=0.5～1mPa·s（乙醇为0.7274mPa·s）有机物冷凝—水体系K值的大致范围为200～700W/m2·K初选530W/m2·K，得A估=QK估Δtm=2289×1000530×43=100.44m2换热器工艺结构尺寸4.5管程流量的计算水的流量可以通过热量恒算求得Q=2289kw=q水·c水·Δt既q水=Qc水·Δt=2289kw4.174kJ/kg·℃×（40-30）℃=54.84kg/s4.6通过估算面

6、积和流量计算管程数和管子根数管程管子选择Ø25mm×2mm的不锈钢管，内径d1=21mm，外径d2=25mm。管内水流速初选u=1m/s估算单程管根数q水=ρπ4d12un'得n'=q水π4ρd12u=54.84993.95×π4×1×（21×10-3）2=159.3根根据传热面积估算管子长度L'=A估πd2n'=100.44π×21×10-3×159.3=9.515米若使用2管程，则每管程官长选用l=4500mm，管子数约为320根。有换热器系列标准初选浮头式换热器型号为BES-800-2.5-125.4-4.5/25-2Ⅱ。相关参数如下表。公称直径DN/mm800公称压力PN/MPa2.

7、5管程数Np2管子根数n366中心管子根数n15管子直径mm25×2换热管长度mm4.5换热面积S/m2125若选择该型号的换热器，则该过程的总传热系数为K0=QS0Δtm=2289kw125m2×43℃=425.86W5换热器核算5.1计算管程对流传热系数管程流动面积Ai=π4d2nNP=π4×[（25-4）×10-3]2×3662=0.06338m2进一步计算出流速u=q水ρ水Ai=0.87m/s计算出雷