年产15万吨乙醇——水精馏塔塔顶全凝器的工艺设计

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1、化工原理课程设计年产1.5万吨乙醇-水精馏塔塔顶全凝器的工艺设计目录摘要3化工原理课程设计任务书41. 确定设计方案61.1 选择列管换热器的类型61.2 选择冷却剂的类型和进出口温度61.2.1冷却剂的类型61.2.2进出口温度：61.3 查阅介质的物性数据71.3.1 水的物性数据71.3.2 乙醇的物性数据81.4 选择冷热流体流动的空间及流速81.4.1 冷热流体流动空间的选择：81.4.2冷热流体流动的流速：92. 估算换热器的传热面积S102.1 计算热负荷Q102.2 计算平均温度102.3 估算换热面积113. 初选换热器规格114. 校核换热器的传热面积124.1 换热器的实

2、际换热面积124.2 校核总传热系数124.2.1计算管程对流传热系数124.2.2计算壳程对流传热系数124.2.3确定污垢热阻134.2.4总传热系数K0134.2.5核算壁温与冷凝器流型145. 计算压降145.1 计算管程压降146. 管程和壳程的管口设计166.1 冷流体进出口接管直径计算166.2 热流体进出口管直径计算166.2.1进口直径计算166.2.2出口直径计算167. 其他主要附件167.1 折流挡板16 7.2 拉杆、定距管17 7.3 防冲挡板187.4 换热管197.5 法兰和管板197.6 垫片198. 换热器主要工艺结构尺寸和计算结果一览表199. 结束语20

3、符号说明22参考文献24摘要全凝器是工业生产过程热量传递中应用较为广泛的一种换热器，在精馏塔塔顶的工艺设计中尤为常见。顾名思义，在全凝器内，发生伴有相变的热蒸汽冷凝，放出大量的潜热，但热流体温度不发生变化。正如该课程设计任务，年产1.5万吨乙醇水精馏塔塔顶全凝器的工艺设计，就是要解决上述问题。参照化工原理中学到的关于两种流体换热的有关知识,确定介质物性数据，热负荷，流速等，从而选择最佳的标准系列换热器类型，并进行总传热系数，传热面积，管程和壳程的压降等的核算，使其满足工艺要求即可。Abstract Total condenser is the heat transfer in industri

4、al processes,which is widely used as a heat exchanger,and it is particularly common in the distillation tower process design. As the name implies, in the whole condenser, the occurrence of the phase transition accompanied by steam condensation heat could emit large amounts of latent heat, but the th

5、ermal fluid temperature does not change.The curriculum design task, with an annual 15,000 tons of ethanol - water distillation tower condenser whole process design ,is to solve the above problems.Refer to Chemical Engineering knowledge learned about two kinds of heat transfer fluid,we can determine

6、the dielectric properties of the data, the heat load, flow rate, etc., thus choose the best type of standard series of heat exchangers and for the overall heat transfer coefficient of heat transfer area, tube and shell side pressure drop of accounting,until it can meet the technical requirements.关键词

7、：全凝器 乙醇水 相变 标准设备化工原理课程设计任务书 一、设计题目：年产1.5万吨乙醇-水精馏塔塔顶全凝器的工艺设计二、设计条件1. 生产能力：（1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5.5、5.5）吨每年乙醇2. 设备型式：立式列管换热器3. 操作压力：常压4. 乙醇的冷凝温度为75，冷凝液与饱和温度下离开冷凝器。5. 换热器热损失为热流体热负荷的3.5%6. 每年按330天计，每天24小时连续生产7. 建厂地址：兰州地区8. 要求管程和壳程的阻力都不大于104Pa, 9. 标准系列列管式换热器的选型三、设计步骤及要求1. 确定设计方案（1）选择列管换热器的类型（2）选择冷却剂的类型

8、和进出口温度（3）查阅介质的物性数据（4）选择冷热流体流动的空间及流速2. 初步估算换热器的传热面积S3. 初选换热器的规格4. 校核（1）核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10%,不大于20%.（2）核算管程和壳程的流体阻力损失。如果不符合上述要求重新进行以上计算.5. 附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型7. 将计算结果列表（见下表）四、设计成果1. 设计说明书（A4纸）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。2. 换热器工艺条件图（2号图纸）（手绘）五、时间安排（1

9、）第十九周第二十二周（2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟.六、设计考核（1）设计是否独立完成；（2）设计说明书的编写是否规范（3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（4）答辩七、参考资料1、化工原理课程设计贾绍义 柴诚敬 天津科学技术出版社2、换热器设计手册 化学工业出版社3、化工原理 夏清 天津科学技术出版社241. 确定设计方案1.1 选择列管换热器的类型在本次设计任务中,两流体温度变化情况为热流体为乙醇蒸汽，进口温度75，出口温度75，冷流体(井水)进口温度25，出口温度37。该换热器用水厂给水作为冷却介质，受环境影

10、响，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不大（50），因此初步确定选用固定管板式换热器。1.2 选择冷却剂的类型和进出口温度1.2.1冷却剂的类型水（河水、井水、水厂给水)，使用温度范围：， 特点：来源广，价格便宜，冷却效果好，但水温受季节和气候影响大。空气： 特点:缺水地区宜用，但对流传热系数小，温度受季节和气候影响大。冷冻盐水：0 特点：用于低温冷却，成本高。液氨：特点：利用液态氨的挥发制冷。 从以上得出，兰州地区水资源较为丰富，且空气传热效果不好，受温度影响大，因此不选用空气，冷冻盐水温度不符合温度范围，并且成本高，液氨也不适用，因此选用井水。1.2.2进出

11、口温度：表1 兰州地区气候数据月份123456789101112极端最高温度17.121.026.034.634.736.839.837.334.427.420.314.0极端最低温度-17.7-17.6-11.6-5.7-0.15.79.88.61.6-7.1-12.3-19.7 根据表格得兰州地区 ：最高温度为，所以冷却水进口温度设为，出口温度设为30。 查得：兰州地区海拔高度为,兰州大气压为水柱。 （） 换算得1.3 查阅介质的物性数据1.3.1 水的物性数据 =2 所以用算术平均温度作为定性温度， 水的平均温度：，查，31下水的物性数据如下： 密度：995.3360/ 粘度：0.780

12、7 导热系数：0.6171 比热：4.17971.3.2 乙醇的物性数据 校正公式：Y= Y（） X() 经校正可知，符合兰州地区建厂规则，故乙醇蒸汽只发生75下的相变 乙醇的平均的温度： ，查，75下乙醇的物性数据下： 密度：748.1500 粘度0.5215 导热系数：0.1652 比热：2.9633 乙醇蒸汽密度：表2 乙醇和水的物性数据【1】物性流体温度T()密度kg/m3粘度MPas比热容CpkJ/(Kg)热导系数W/(m)液化潜热r/(kJ/kg)乙醇75748.15000.52152.96330.1652849.7826井水31995.33600.78074.17970.6171

13、2426.721.4 选择冷热流体流动的空间及流速1.4.1 冷热流体流动空间的选择：（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子；（2）腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗；（3）高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量；（4）饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程；（5）被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果；（6）有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏； 粘度较大或流量较小的流体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流体流向和流速不断改变，在很低的雷诺数（Re,粘度高的流体常按滞流设计。下面列出一些工业上常用的流速范围，供设计时参考。 表3 列管式换热器内常用的流速范围流体种类 流速/ 管 程 壳 程一般液体易结垢液体气体 0.53 1 530 0.21.5 0.5 315表4 不同粘度液体