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1、内蒙古工业大学课程设计说明书 食品工程原理课程设计说明书（题 目：年产3.6万吨酒精精馏系统换热器学生姓名：学 院：系 别：食品与生物工程系专 业：食品科学与工程班 级： 指导教师：设计日期： 内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称： 食品工程原理 学院： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 一、题目年产3.6万吨酒精精馏系统换热器设计二、目的与意义课程设计是“食品工程原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计，从以下几个方面对学生进行训练：1. 查阅资料
2、、选用公式和搜集数据的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确地进行工程计算（包括电算）的能力；4. 用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 1 设计原始数据精馏原料: 粗酒精含乙醇50%,水50%(质量分率),由20预热至泡点81.9；塔顶产品: 含乙醇不低于93 %, 78.3饱和蒸汽冷凝为饱和液体回流，产品冷却为35液体储存；塔底残液: 含乙醇不高于0.5%, 99.3冷却
3、为35液体。精馏过程回流比R=2呼和浩特地区水温152 设计要求（1）确定换热系统的流程方案，并将流程方案绘制成带控制点的流程图；（2）为所制定的流程方案配置换热器并选型；（3）选择并确定塔顶冷凝器、塔顶产品冷却器和原料预热器的结构尺寸：包括设计计算换热器的热负荷、传热面积、换热器接管、壳体、管板、隔板等；（4）核算总传热系数和换热器流动阻力,选择原料泵；（5）绘制塔顶产品冷却器的总装图；（6）编写课程设计说明书。 四、工作内容、进度安排 第1日：设计动员，下达设计任务，讲解设计方案的确定方法、设计过程的步骤及注意事项，查阅收集相关图书资料，1 天第2-8日：确定方案并进行设计计算：7天第9-
4、10日：绘图：2天第11-12日：整理设计数据，编写设计说明书：2天五、主要参考资料1. 柴诚敬，张国亮.化工流体流动与传热M.北京：化学工业出版社，20032. 姚玉英等.化工原理M.天津 ：天津科学技术出版社，20013. 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计M.天津 ：天津大学出版社，20064. 化学工程手册编委会.化学工程手册第1篇，化工基础数据M. 北京：化学工业出版社，19895. 贺运初换热器的传热强化与优化设计J化工装备技术1997，18（2）25-286. 钱颂文，朱冬生，李庆领，等管式换热器强化传热技术M北京：化学工业出版社，2003审核意见系（教研室）主任（签字） 年 月
5、日摘 要本次课程设计是对同学们自己动手查阅资料，设计流程，应用公式等等综合能力的考查。在此次设计过程中我设计了年产3.6万吨酒精精馏换热器，其中包括：原料预热器、塔顶全凝器，塔顶冷却器，塔底再沸器，塔底冷却器的设计。自6月27日开始查阅相关资料，经过两天的查阅，基本对工艺流程与接下来要做的事有了基本的了解。在设计过程中大家一起集思广益，遇到难点时一起讨论，对原料预热器、塔顶全凝器、塔顶产品冷却器、塔底残液冷却器、塔底再沸器进行计算。其中只对原料预热器、塔顶全凝器和塔顶产品冷却器进行精算；其余只进行粗算。关键词：换热器、冷却器、全凝器、预热器。目 录前 言1第一章 换热系统的流程方案的确定21.
6、1换热系统的流程方案的设计21.2 换热器设计方案的确定21.2.1换热器类型的选择21.2.2固定管板式换热器结构的确定2 1.2.3流体流动空间的选择41.2.4 流体流速的选择41.2.5流体进出口温度的确定41.2.6接管的确定51.2.7管程和壳程数的确定51.3固定管板式换热器的设计计算51.3.1设计计算步骤52.1 全塔物料恒算62.2 原料预热器的设计和计算62.2.1 确定设计方案62.2.2根据定性温度确定物理参数62.2.3换热器的衡算72.3塔顶冷凝器的设计和计算122.3.1确定设计方案122.3.2 根据定性温度确定物性参数132.3.3 换热器的衡算142.4
7、塔顶冷却器的设计192.4.1 确定设计方案192.4.2 根据定性温度确定物性参数192.4.3 换热器的衡算202.5 塔底冷却器的设计252.5.1 确定设计方案252.5.2 根据定性温度确定物性参数252.5.3 换热器的衡算262.6塔底再沸器工艺粗算27第三章汇总表313.1原料预热器结果汇总表312.2塔顶全凝器结果汇总表322.3塔顶冷却器结果汇总表33第四章课程设计评论34心得体会35参考文献36附 录37致 谢39 前 言 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢
8、制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程.在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。在化工、石油动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的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，因而对换热器的要求也日益加强。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积
9、，并确定换热器的结构尺寸在工业生产中，要实现热量的交换，需采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。第一章 换热系统的流程方案的确定1.1换热系统的流程方案的设计 进行换热器的设计，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，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。流程方案的初步设计中，考虑使用塔底残液的废热来预热原料液，达到废热再利用的效果，实现节能减排。本次换热系统为精馏系统的换热设备，包括原料预热器，塔顶全凝器，塔顶产品冷却器，塔底再沸器，塔底残液冷却器。对原料预热器和塔顶产品冷凝器进行精算
10、，塔顶冷却器和塔底残叶冷却器只作初算，而塔底再沸器不作要求。1.2 换热器设计方案的确定1.2.1换热器类型的选择 对于所选择的换热器，应尽量满足以下要求：具有较高的传热效率、较低的压力降；重量轻且能承受操作压力；有可靠的使用寿命；产品质量高，操作安全可靠；所使用的材料与过程流体相容；设计计算方便，制造简单，安装容易，易于维护与维修。 在实际选型中，这些选择原则往往是相互矛盾、相互制约的。在具体选型时，我们需要抓住实际工况下最重要的影响因素或者说是所需换热器要满足的最主要目的，解决主要矛盾。本文中两流体温差介于50和70之间的选择带补偿圈的固定管板式换热器，小于50的选择固定管板式换热器。根据
11、制定的流程方案，可选择带补偿圈的和不带补偿圈的固定管板式换热器，此类换热器的结构简单，价格低廉，宜处理两流体温差50到70且壳方流体较清洁及不宜结垢的物料，流体压强不高于600Kpa的情况。1.2.2固定管板式换热器结构的确定固定管板式换热器由管板、壳体、封头等组成。固定管板式换热器最容易出现的故障就是管子和管板连接部分泄漏。所以必须注意固定管板式换热器的连接方法和质量。固定管板式换热器主要分为管程和壳程两大部分。1.2.2.1管程结构 换热器管程由换热管、管板、封头或管箱组成。1、换热管布置和排列间距管束的多少和长短由传热面积的大小和换热器结构来决定，它的材质选择主要考虑传热效果、耐腐蚀性能
12、、可焊性等。常用管径和壁厚有192，252.5等；管长有1500mm、2000mm和3000mm；材料有普碳钢或不锈钢等。在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用19mm2mm直径的管子更为合理。这次用到的换热器的压力不大，换热器中流体没有腐蚀性，所以选择252.5 mm碳钢管。本次设计采用252.5 mm碳钢管。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圆排列，正三角形排列比较紧凑，管板利用率高，管外流体湍动程度高，对流传热系数大，但管外清洗较困难；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。本次设计选择正三角形的排列方式。2、管子
13、与管板及其连接方式的选择管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。列管式换热器管板是用来固定管束连接壳体和端盖的一个圆形厚板，它的受力关系比较复杂。厚度计算应根据我国“钢制压力容器设计规定”进行，一般采用20到30个毫米的。管板与管子的连接可胀接，焊接和胀焊并用。焊接法应用广泛，这次用到的换热器内流体温度不高，压力不大，所以选择焊接的方式连接管子和管板。3、封头、管箱的确定列管式换热器管箱即换热器的端盖，也叫分配室。用以分配液体和起封头的作用。压力较低时可采用平盖，压力较高时则采用凸形盖，用法兰与管板连接。检修时可拆下管箱对管子进行清洗或更换。1.2.2.2 壳程结构 壳
14、程内的结构，主要由折流板、支承板、纵向隔板及缓冲板等元件组成。1、换热器壳体的确定根据管间压力、直径大小和温差力决定它的壁厚；由介质的腐蚀情况决定它的材质。直径小于400mm的壳体通常用钢管制成，大于400mm的用钢板卷焊而成。根据工作温度选择壳体材料，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。2、列管式换热器折流板的作用是；增强流体在管间流动的湍流程度；增大传热系数；提高传热效率。同时它还起支撑管束的作用。这次设计中的原料预热器和塔顶全凝器的壳程走的是蒸汽所以不安装折流板。1.2.3流体流动空间的选择在列管式换热器的设计计算过程中，需要预先确定哪一种流体走管程，那种流体走壳程，成为流体流动空间的选择。影响选择结果的因素很多，主要考虑以下三方面：1.传热效果（1）粘度大的流体或流量小的流体宜走管程。将两流体中热阻较大的一方安排在壳程，可提高对流传热系数，强化传热。（2）待冷却的流体宜走壳程，便于传热。2.设备结构
