精馏塔设计换热器选型

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1、前言工业生产过程中，两种物流之间热的交换通过换热器实现。在石油、化工、食品加工、轻工、制药等行业的生产过程中，换热器是通用工艺设备，可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，换热器类型，性能各异，但设计所依据的传热基本原理相同，不同之处是在结构设计上需要根据各自设备特点采用不同的计算方法。为此，本次仅对设计成熟，应用广泛的列管式换热器的工艺设计作介绍。列管式换热器的应用已有悠久的历史。在很多工业部门中，列管式换热器仍处于主导地位，随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要

2、求也日益加强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型的高效换热器相继问世。本次设计任务是年产3.4万吨酒精精馏系统换热器设计，其中包含了生产工艺流程中五个换热器：原料预热器，塔顶全凝器，塔底冷却器，塔顶冷却器和再沸器。选取了三个换热器对其进行了精算，经反复选择与核算之后，选取了合适的换热器类型及其结构尺寸等其他工艺指标要求。对其余两个换热器做了冷热流体的物料衡算，以及对换热器的初步选型。此次设计参考了较多的文献资料，结合实际生产需求采用了科学严谨的计算方法和精确严密的计算步骤，设计出了较符

3、合生产需求，经济实惠，安全可靠，操作简便，易于清洗、维修的列管式换热器。36第一章概述1.1设计设备在生产中的作用在工业生产中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换热量的设备称为换热器。换热器作为工艺过程必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等工程领域中，据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的30%-40%；在合成氨厂中，换热器占全部设备总台数的40%，由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。1.2设计工艺流程示意图原料液

4、原料液预热器再沸器精馏塔分配器釡液贮罐冷却器塔顶冷凝器预热器器产品贮罐图解：原料液通过原料液预热器36预热后进入精馏塔，被成功加热后成为原料蒸汽进入塔顶冷凝器被冷却水冷却成为液体，再进入分配器，经过二次冷却成为产品进入贮罐。而从塔底出来的一部分釜残液进入第一次预热器对原料液进行第一次加热，另一部分通过再沸器达到预期需要的温度后回到精馏塔，此过程循环进行。1.3流程方案在进行换热器的设计之前，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方案并选用适当类型的换热器，确定所选定换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给

5、定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。随着环境意识的增强，节约能源，减少热污染等问题在换热器设计中已成为必须考虑的问题，如何在满足工艺要求的前提下，实现节能和环保，是流程方案确定的主要任务，经过慎重考虑确定出的流程方案最终表现在流程方案说明和流程图上。具体流程方案说明如下：由于任务要求以下所用换热器均为列管式换热器中的一种固定管板式换热器。（1）原料预热器流经此预热器的是酒精和水蒸气两种流体，由于饱和蒸汽通入壳程便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，壳程可不必清洗，除此之外，水蒸气在有折流板的壳程流动时，

6、由于流速和流向的不断改变，使流体在很低的Re下即可达到湍流，将它安排在壳程提高了对流传热系数，降低了热阻，使总传热系数增加，所需传热面积减少，设备费用降低，所以，安排水蒸气走壳程，原料液走管程。（2）塔顶全凝器流经此换热器的是酒精蒸汽和冷却水两种流体，由于蒸汽走壳程可及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，壳程可不必清洗。为了便于清洗，应使酒精蒸汽走壳程，冷却水走管程。（3）塔底冷却器流经此换热器的是0.5%残液和水蒸气，考虑到冷却水较酒精易结垢和冷却，安排酒精走壳程，冷却水走管程。1.4设备方案36本次设计所有换热器均为

7、固定管板式换热器，它是列管式换热器中的一种，其结构简单，坚固耐用，造价低廉，操作弹性大，应用材料广，适应性强，历史悠久，设计资料完善。优点是结构紧凑，在相同的壳体直径内排管数最多，旁路最少，每根换热管都可更换，且管内清洗方便，但缺点是壳程不易机械清洗，当换热管束与壳体内通过流体的温差大于50℃时，由于热应力而引起管子弯曲或使管子从管板上拉脱，因此，需在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器适用于流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或较大但壳程压力不高的场所。分别介绍各个换热器的设备方案（1）原料预热器两流体温度变化情况

8、：水蒸气进口温度为120℃，出口温度为120℃（液体），酒精进口温度20℃，出口温度81.9℃.两流体温差为69.05℃>50℃，需要考虑补偿，选用带有膨胀节的固定管板式换热器。（2）塔顶全凝器两流体温度变化情况：酒精进口温度78.3℃（蒸汽），出口温度78.3℃（液体）。冷却水进口温度15℃，出口温度25℃，两流体温差58.3℃>50℃,则选带有膨胀节的固定管板式换热器