化工原理课程设计-乙醇-水精馏塔顶全凝器设计

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1、课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计题目：乙醇-水精馏塔顶全凝器设计学生姓名：学号：20082171030系别：专业班级：指导老师：2010年12月—18—换热器设计任务书　班级　　　姓名　学号　20082171030一、设计题目乙醇——水精馏塔顶全凝器的设计二、设计任务及操作条件1、处理能力　　　28800吨/年2.、单位产量4000kg/h3、设备型式　　列管式换热器4、操作条件（1）乙醇蒸汽：入口温度75　℃，出口温度65　℃。（2）冷却介质：循环水，入口温度25℃，出口温度45℃。（3）允许压降：不大于101

2、.3kpa。（4）进料液中含乙醇70%；塔顶产品中乙醇的含量不低于99.6%；塔底产品中乙醇的含量不高于0.01%；（5）乙醇蒸汽定性温度下的物性数据：　　　ρh＝754.2kg/m3μh＝0.523mPa·Scpc＝2.64KJ/(Kg·℃)λ＝0.46w/(m·℃)(5)每年按300天计，每天24小时连续运行。三、完成设备图一张。（A3，CAD）—18—目录1.设计方案简介41.1确定设计方案41.1.1换热器的选型41.1.2流动空间安排、管径及流速的确定41.2确定流体的定性温度、物性数据42.工艺流程草图及其说

3、明63.工艺计算及主体设备设计63.1计算总传热系数63.1.1计算热负荷Q63.1.2平均传热温差先按纯逆流算73.1.3冷却水用量73.1.4计算总传热系数K73.2计算传热面积83.3工艺结构尺寸83.3.1管程数和传热管数83.3.2传热管排列和分程方法93.3.3壳体内径93.3.4折流板93.4换热器核算93.4.1热量核算93.4.2计算流动阻力114.辅助设备的计算及选型13接管135.换热器主要结构尺寸和计算结果13表3换热器主要结构尺寸和计算结果146.CAD绘制设备附属图(见附图)15结论16符号说

4、明17参考文献18—18—1.设计方案简介1.1确定设计方案1.1.1换热器的选型两流体温度变化情况：塔顶热流体（乙醇蒸汽）进口温度75oC，出口温度65oC。（过程中有相变）根据南平地区全年平均温度，取冷流体（循环水）进口温度25oC，而冷却水的出口温度一般不高于50~60，以避免大量结垢且两端温差不小于5C,所以取出口温度35°C，该换热器用循环冷却水冷凝，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。1.1.2流动空间安排、管径及流速的

5、确定虽然冷却水较易结垢，但乙醇易挥发、易爆炸走壳程不易漏，虽然流速太低将会加快污垢的增长速度使换热器的热流量下降，但工业生产都是先从安全稳定角度考虑的，所以总体考虑冷却水应该走管程，乙醇蒸汽走壳程冷凝，取管径为19mmmm的碳钢管，管内流速为0.97m/s。1.2确定流体的定性温度、物性数据根据精馏塔物料衡算得X=0.991,可知液相中乙醇摩尔分数占99.1%。—18—表1乙醇——水溶液平衡数据表液相中乙醇的摩尔分数X气相中乙醇的摩尔分数y液相中乙醇的摩尔分数X气相中乙醇的摩尔分数y0.00.00.400.6140.00

6、40.0530.450.6350.010.110.500.6750.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0壳程甲醇蒸汽的定性温度为T==70℃管程冷却水的定性温度为t==30℃表2流

7、体物性数据物性流体乙醇蒸气70754.20.5232.640.46—18—水30995.70.80074.1740.6182.工艺流程草图及其说明乙醇图1冷凝器流程草图如图所示，首先由A设备—精馏塔上升的甲醇蒸汽作为进料，从1号接管进入B设备—换热器，再从2号接管流出进入C设备—冷凝液储槽，其中循环水从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，整个工艺流程大体是这样。3.工艺计算及主体设备设计3.1计算总传热系数3.1.1计算热负荷Q因为单位产量是D`=4000kg

8、/hMkg/kmolD=—18—由精馏塔设计计算得最小回流比R，取R=1.5R=0.76，则乙醇蒸汽进量V=RD+D=1.1487.52+87.52=187.29kmol/h则W187.29查70时，乙醇r=925KJ/kg（化学化工物性数据手册有机卷）水r=125.7KJ/kg（化工原理上册）由物料衡算得蒸汽中乙醇