乙醇-水精餾塔頂產(chǎn)品全凝器的設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計說明書題目：6.9X104噸/年 乙醇-水精儲塔頂產(chǎn)品全凝器的設(shè)計姓名：班級學(xué)號：指導(dǎo)老師：完成時間：1 .設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目乙醇-水精儲塔頂產(chǎn)品全凝器的設(shè)計1.2 設(shè)計任務(wù)及操作條件處理能力6.9 X 10噸/年產(chǎn)品濃度含乙醇95% (w/w)操作壓力常壓操作溫度78 C冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度30 C,出口溫度40 cWord資料允許壓降<105 Pa每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行。1.3 設(shè)計項目設(shè)計方案簡介對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要敘述。換熱器的工藝計算確定換熱器的傳熱面積換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計對本設(shè)計的評述繪制換熱器總裝配圖一張主視圖

2、；一張剖面圖；一張局部放大圖（選作）2 .設(shè)計方案簡介2.1 選擇換熱器的類型因為夾套式換熱器、套管式換熱器、板式換熱器等都有著傳熱面積小、金屬消耗量大、流量小且處理量不大等缺點。因此列管式換熱器由于其結(jié)構(gòu)簡單、堅固、適應(yīng) 性強、制造容易且處理量大等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。對于本次課設(shè)，初步選擇使用的便是浮頭式換熱器。2.2 流動空間及流速的確定循環(huán)水不清潔且易結(jié)垢，為方便水垢清洗。加之水流動壓力比乙醇蒸汽高，液態(tài) 水粘度較高，因此循環(huán)水應(yīng)走管程。而作為飽和乙醇蒸汽在管間冷凝，易于及時排出 冷凝液，且走殼程便于高溫乙醇蒸汽的散熱。綜上所訴，應(yīng)使冷卻水走管程，乙醇蒸汽走殼程冷凝。取管徑為 ？25mmX

3、2mm 的不銹鋼管，管內(nèi)流速為1 m/s。3 .工藝流程草圖及說明廠甲醉蒸汽y2回流裱如圖所示，由精微塔上升乙醇蒸汽作為進料。蒸出乙醇氣體從1號接管進入換熱器，再從2號接管流出進入冷凝液儲槽。循環(huán)水從 3號接管進入再從4號接管出來到達冷凝液儲槽的冷凝液，一部分作回流液回流，另一部分經(jīng)冷卻后為產(chǎn)品4 .工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計4.1 確定物性參數(shù)殼程乙醇蒸汽定性溫度為管程冷卻水的定性溫度因此，通過查閱課本文獻獲得以下數(shù)據(jù)名稱溫度C密度kg/m 3導(dǎo)熱系數(shù)W/m -1?K-1粘度Pa - s比熱容kJ/kgC比汽化熱kJ/kg水35993.950.62657.274x10-44.174241295%

4、乙醇78738.590.16475.5663.550953.76X10-44.2 計算總熱負(fù)荷乙醇的進料速度6.9X1O+X100Oq=2.4200kg/4 24X300X360。 的95%乙醇比汽化熱Y =0.95純利享+0.05不=885.1 X 0.95+2258.4 X 0.05=953.76kJ/kg因此可以計算出設(shè)備的熱負(fù)荷Q=q 丫 =2.400kg/s X 953.76kJ/kg=2289kw4.3 對于錯流的平均溫差的計算求溫度矯正系數(shù)通過差溫差校正系數(shù)圖中的1殼程圖得其小=1 ,大于0.8 。因此，選用但殼程的列管式換熱器。78 I 7b逆流計算溫差48+3s =43i校正

5、后溫差4.4 估算設(shè)備K值與換熱面積A于是根據(jù)書中表4-7的有機物粘度產(chǎn)0.51 mPa s （乙酉*為0.7274mPa s）有機物冷凝一水體系K值的大致范圍為200700 W/m 2 - K初選 530 W/m 2 K,得換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.5 管程流量的計算水的流量可以通過熱量恒算求得Q=2289kw=q 水 c 水 t既4.6 通過估算面積和流量計算管程數(shù)和管子根數(shù)管程管子選擇？25mmX 2mm的不銹鋼管，內(nèi)徑d1=21mm ,外徑d2=25mm 。管內(nèi)水流速初選u=1m/s估算單程管根數(shù)根據(jù)傳熱面積估算管子長度若使用2管程，則每管程官長選用l=4500mm ,管子數(shù)約為320根。

6、有換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)初選浮頭式換熱器型號為 BES-800-2.5-125.4-4.5/25-2 H。相關(guān)參數(shù)如下表。公稱直徑DN/mm800公稱壓力PN/MPa2.5管程數(shù)Np2管子根數(shù)n366中心管子根數(shù)n15管子直徑mm25X2換熱管長度mm4.5換熱面積S/m2125若選擇該型號的換熱器，則該過程的總傳熱系數(shù)為二 425.861Vu _ Q _2289kv% = SAt = 12Smz X43i5換熱器核算5.1 計算管程對流傳熱系數(shù)管程流動面積進一步計算出流速?iIX =自4m = 0.87s計算出雷諾數(shù)>10000湍流圓形直管強制湍流公式Nu=0.023Re 08Pfn其中；Cp

7、比熱容；N黏度；入熱導(dǎo)率；水流被加熱n取0.4alNu =心 , 由 A 得管程對流傳熱系數(shù)a= O.OzaYY08 YYn5.2 計算殼程對流傳熱系數(shù)殼程為95%乙醇冷凝，而冷凝器為臥式，故冷凝為水管外冷凝，使用公式a = 0.725 YfY 可YY皿At %其中丫為比汽化熱J/kg; p為冷凝液密度kg/m3;人為冷凝熱導(dǎo)率W/(m k);以為冷凝液黏度Pa s； &為飽和溫度ts與壁面溫度tw之差；nt為管子總數(shù)；定性溫度為膜溫，既，特征尺寸管外直徑d0 o壁溫tw的計算Q xC + Rdzj= 120.6X0.7 = 85 一 、， 、，;Q 為 2289kw ; a 為 42

8、50.6W/k m2;Rd2為 0.58 X10-3m2 k/W解得 tw=56.95 C繼續(xù)計算Tw其中 Q=2289kw , b=4 義 10-3,入=45W/m k, “舊120.6 + 85=30 河”O(jiān)解得 Tw=58.93 C因此可獲得式子中A t的大小為78 C -54.4 C =21.05 C ,而定性溫度為66.07 C。由文獻得 ns=1.370nT°-518,解得 r=29,則 ny/ns=12.6.算得殼程傳熱系數(shù)a = 0.72 SY73S.592 X %8 X 953.76 X IQ3 X 01647=0.725 Y5.566 X 10M X 21.05

9、X 0.023 X 12.555.3 總傳熱系數(shù)（以外壁為基準(zhǔn)）確定污垢內(nèi)阻水塔用水5.8X10-4 m2 k/W95%乙醇 1.76X10-4 m2 - k/W則總傳熱計算系數(shù)計算式為 1ft/?.I3解得 K=476.6 W/m2 C >實際換熱器面積為該換熱器的面積裕度為穿熱氣面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。5.4 核算壓強降2 Api=丫力/同吃丫耳其中 Ft=1.5 , Ns=1 , Np=2管程流動面積進一步計算得出Q|m=0. &7- 河4£計算其雷諾數(shù)>10000湍流設(shè)管壁的粗糙度A0.1mm , d 210*1|3= 4.76 X 101

10、3查化工原理P37 2-Re圖得：入=0.033=。.033*需*照生史也= =26=2660 Pa993-95 X 0.872-=3 X= 1128 Pa= Y2660 + 1128Y X 1.5 X 1 X 2 = 11364 Pa<105Pa管程壓強降壓符合要求。殼程為乙醇氣體且流量低，估算壓降遠小于要求。6 .輔助設(shè)備的計算及選型折流擋板計算采用圓缺形折流擋板，切去圓缺高度為內(nèi)徑的 25% ,78 i 7b因此可取高度h=0.25 X 800得200mm ,擋流板的間距B=0.5D得400mm。算得折流板數(shù)由下表查詢可知，折流板厚度選 4mm公稱直徑DN (mm)換熱管無支撐跨距

11、<3003006006009009001200120015001500折笳板的最小厚度(麗)<40034581010|400700456101012700 飛 005681012-16如廣。68101216167 .設(shè)計一覽表換熱器型式：浮頭式換熱器工2參數(shù)流體空間殼程物料名稱循環(huán)水甲醇蒸汽操作溫度C30/4078/78操作壓力MPa0.10130.1013流體密度kg/m 3993.95738.59流速m/s0.87優(yōu)里kg/s54.842.42傳熱量kw2289對流傳熱系數(shù)W/ m 2 K4250.61167.98思傳熱系數(shù)W/m 2 - K476.6污垢系數(shù)m2 K/W5.8 X10-41.76 X 10-4程數(shù)21使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格25X2管數(shù)366根管長4500mm管間距mm32排列方式45度斜止方形折流板型式上下間距400切口高度200mm殼體內(nèi)徑800換熱面積125m 28 .對本設(shè)計的評述在這次設(shè)計中，流速確定后的換熱器選擇嘗試了四次。過程實確