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1、平顶山学院 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰目 录1 绪 论 .11.1 换热器简介 .11.2 换热器分类 .11.3 设计的背景和目的 .12 工艺设计及计算 .22.1 设计的主要参数 .22.2 物性参数 .22.3 换热器型式的选择 .32.4 估计传热面积，初选换热器型号 .32.4.1 温度的有关计算 .32.4.2 乙醇、正丙纯混合物物性参数计算 .42.4.3 估计传热面积 .42.5 换热器的核算 .82.5.1 核算压降 .82.5.2 核算总传热系数 .103 换热器设计结果 .124 结 论 .14参考文献 .14致 谢 .16平顶山学院
2、 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰11 绪 论换热器是化工生产中的重要环节，因此它的研究和发展得到各国的重视，至今技术已经比较成熟。1.1 换热器简介将热流体的部分热量传递给冷流体的设备称为换热器，又称做热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产过程中热量交换和传递不可缺少的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器常用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。1.2 换热器分类混合式换热器：利用冷热流体直接接触而进行传热的交换器
3、。这种传热方式避免了传热间壁及两侧的污垢热阻，只要流体间的接触良好就有较大的传热速率。蓄热式换热器：用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。蓄热式换热器换热分两个阶段，一、热量传递给蓄热装置蓄热；二、冷流体通过蓄热设备带走热量。这两个过程交替进行达到换热目的。间壁式换热器：两种不同温度的流体在固定的传热面相隔的空间里流动，通过传热面的导热和传热面表面的对流对流换热进行热量传递，有称表面换热器。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等 2。 1.3 设计的背景和目的换
4、热器是化工、石油、制药、及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。据统计，现代化学工业中所用换热器的投资大约占总设备投资的 30%，在炼油厂中换热器占全部工业设备的 40%左右，海水淡化工业装置则几乎全部是有换热器组成的，上个世纪 70 年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了技能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发使用不同工业过程要求的高效能换热平顶山学院 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰2设备。因此几十年来，换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效的换热器 3。2 工艺设计及计算2.1 设计的主要参数表
5、1 设计参数项目 参数装置设计年产量 吨。设备运行时间 330 天/年乙醇98.8%进料组成正丙醇1.2%进料温度 70出料温度 30冷却水入口温度 25冷却水出口温度 282.2 物性参数设计涉及到的各主要物质物性如表 2、表 3：表 2 物质的物理性质物质沸点（760mmHg） （）熔点（） 折光率乙醇 78.4 -114.3 1.3614正丙醇 83.0 -103.5 1.4465表 3 换热器的基本设计条件物料 流量 q (kg/h)m进口温度 t（）出口温度 t（ ）平顶山学院 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰3乙醇、正丙醇混合物12626.3 70 3
6、0冷却水 49477.7 25 282.3 换热器型式的选择在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器，故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的文图差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝，进口温度为 70，出口温度为 30。冷却介质为水，入口 温度为 25，出口温度为 28 ，两流体的温度差不是很大，再根据各类型换热器的叙述，综合以上可以选用固定管板式换热器。2.4 估计传热面积，初选换热器型号2.4.1温度的有关计算(1) 两流体温度变化情况：热流体进口温度 70,出口温度 30，冷流体进口温度 25，出口温度 2
7、8，该换热器用循环冷却水冷却，估计该换热器的管壁温和壳体温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。由于与乙醇、正丙纯相比，水易结垢，且对流传热系数一般较大，所以冷水走换热器的管程；被冷却的流体易走壳程，这样可以利用壳程的对外散热作用，增强冷却效果，因此选定乙醇、正丙纯混合物走壳程 4。(2) 定性温度：乙醇、正丙纯的定性温度： 502)(出进 tm冷却水的定性温度： =26.5）（ 出进 ot根据定性温度，分别查取管程和壳程流体的物性参数如下表 4 所示：表 4 管程和壳程流体的物性参数 4组分黏度 ()smpa热导率(W/m ） 密度( )3/Kgm比定压热容 )/(0CKgJ
8、p平顶山学院 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰4乙醇 0.7075 0.1174 776.8 1.223正丙纯 1.1345 0.1533 780.4 1.558冷却水 0.8641 0.6106 996.06 4.1742.4.2乙醇、正丙纯混合物物性参数计算(1) 乙醇、正丙纯混合物密度计算776.844.780%21.6912m 3/Kgm(2) 乙醇、正丙纯混合物比热容计算 CCOgJpm /2.115.3.8(3) 乙醇、正丙纯混合物导热系数计算0.1178 W/m53.0%.74.0.9)(i(4) 乙醇、正丙纯混合物黏度计算0.8918 31313131 4.2.8.iinm smpa乙醇、正丙纯混合物黏度： sa960m表 5 己醇、正丙纯和冷却水的主要物理参数组分黏度()spa热导率(W/m) 密度( )3Kgm比 定 压 热 容 )/(0CKgJp乙醇、正丙纯混合物 3.2 0.118 776.8 0.1227冷却水 0.769 0.622 994.8 4.1742.4.3估计传热面积(1) 热负荷计算1乙醇、正丙纯混合物质量流量平顶山学院 2012 届毕业生论文 十万吨/每年乙醇换热器生产设计 朱战杰5hkqghm/3.12643013, 2热流量 KWsTCQ JhpmT 1.72.1)3
