生物化工課程設(shè)計

1、學號36江西理工大學化工原理課程設(shè)計說明書專 業(yè)： 生 物 工 程學生班級： 二一級 1 班學生姓名： 胡發(fā)彪指導教師： 陳 喜 蓉 資源與環(huán)境工程學院2012年9月15日目 錄1化工原理課程設(shè)計任務(wù)書工藝條件：設(shè)計一冷凝器，冷凝乙醇-水系統(tǒng)精餾塔頂部的餾出產(chǎn)品。產(chǎn)品中乙醇的濃度為95%，處理量為10萬t/y。要求全部冷凝。 冷凝操作壓為常壓，冷卻介質(zhì)為水，其壓力為0.3Mpa。進口溫度為30,出口溫度為4 2。1進水管道的直觀阻力系數(shù)取0.0252出水管道的直觀阻力系數(shù)取0.0183冷凝器的管程殼程壓降均不超過0.3atm4設(shè)計換熱器放置距離地面7.5米處。相應(yīng)管件與直管總長則依據(jù)所繪工藝流

2、程圖計算。處理量10萬噸/年設(shè)計要求：1處理量10萬噸/年2操作壓力常壓3冷卻介質(zhì)水（壓力為0.3Mpa出口溫度及進口溫度30 /424乙醇全部冷凝進口溫度79.4 出口溫度48.6。2概述與設(shè)計方案簡介采用薯類與谷類原料進行發(fā)酵。發(fā)酵法制乙醇是一個很復雜的生化過程，發(fā)酵在密封的發(fā)酵罐中進行產(chǎn)生的CO2的純度餓達9999.5%以上，其余為氣態(tài)雜質(zhì)，組分(以CO2質(zhì)量為基準)為：乙醇0.40.8%，脂類0.030.4%，酸類0.080.09 。該冷凝器是用來冷凝乙醇-水精餾塔出來的濃度為95%的乙醇器的冷卻介質(zhì)為水,即冷卻水與95%乙醇通過逆流傳熱過程將乙醇冷凝。其中因為是蒸汽冷凝，所以乙醇水走

3、殼程,冷卻水走管程以便于排出冷凝液乙醇。乙醇-水的進口溫度為79.4,出口溫度為48.6。設(shè)計條件及主要物性參數(shù)表主要物理參數(shù)參數(shù)95%乙醇冷卻水定性溫度T=64t=36密度定壓比熱容Cp1=3.50kj/(kg.)Cp2=4.174 kj/(kg.)導熱系數(shù)黏度60乙醇和水的有關(guān)物理參數(shù)參數(shù)乙醇水比汽化熱870kj/kg.2343kj/ kg.摩爾濃度0.950.05摩爾質(zhì)量46181選擇換熱器類型該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，該換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差比較小，因此初步確定選用固定管板式換熱器。選用192mm的碳鋼管,管內(nèi)流體流速取速取 1.5m/s2流程安排由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流

4、速太低，將會加快污垢的增長速度，使得換熱器傳熱速率下降，所以應(yīng)使循環(huán)水走管程又因為便于收集冷卻后的乙醇產(chǎn)品(二)計算總傳熱系數(shù)1.熱流量=3.404t=64時,乙醇的比汽化熱為870,乙醇的摩爾質(zhì)量為46,所以摩爾汽化熱為87046=40020。t=64時,水的比汽化熱為2343,摩爾質(zhì)量為18 ,摩爾汽化熱為234318=42174 ,所以組分中乙醇含量為為0.95的乙醇-水溶液的摩爾汽化熱rc=400200.95+421740.05=40128該組分的平均摩爾質(zhì)量M=0.9546+0.0518=44.6所以乙醇-水的摩爾流量= =0.0763乙醇-水在相變過程中放出熱量=0.0763401

5、28=3061.8。乙醇和水變成液體后降溫過程中釋放出的熱量為= ()+()=0.95×3.404×3.5×(78.3-48.6)+0.05×3.404×4.174×(78.3-48.6)=433.72kj/s.所以總傳熱量=+=3061.8+433.72=3495.52kj/s2.平均傳熱溫差由于操作壓力為常壓，可選較小的k值，取k=500w/（.)則估算傳熱面積 =18.8/0.6985=26.91 3.冷卻水用量冷卻水因為乙醇是易結(jié)構(gòu)的流體而實驗中也是為了獲得乙醇，所以乙醇水應(yīng)選用管程，只選用，選取192mm管程速度=19mm

6、= 19-4=15mm=0.015m單程管長度:按單管設(shè)計傳熱管過長，不符合實際，現(xiàn)取 =4.5m 殼程數(shù)： 管子總根數(shù)：n=4×265=1060根平均溫差的校正：按單殼程4管程查圖得0.93由于平均傳熱溫度差校正系數(shù)大于0.8.同時殼程流體流量較大故取單殼程合適4) . 傳熱管排列和分程法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列，剩余的用正方形排列于補充.取管心距,則各程相鄰的管心距為38mm每程各有傳熱管265根，4管程。 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率為=0.75,則殼體內(nèi)徑為殼程直徑經(jīng)查數(shù)據(jù)得192mm管徑的換熱器的基本參數(shù)如下：,管程數(shù)N=4，管子總根數(shù)n=1186根

7、，換熱管長度L=4.5m，中心管子數(shù)39，熱面積=311.5，通過這些初步信息可以選用換熱器型號：BES 1000- -311.5-19/4.5-4 傳熱管折流板采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑25%,則切去的圓缺高度為h=0.251000=250mm,固定管板式換熱器h=200mm取折流板間距可取B=0.3D=0.31000=300mm 折流板數(shù)=傳熱管長/折流板間距-1=(塊)折流板圓缺水平裝配其他附件本換熱器殼體內(nèi)徑為700mm查表得其拉桿直徑拉桿數(shù)6個。(6).接管殼程流體進出口接管:取接管內(nèi)95%乙醇流速為u=0.2m/s,則接管內(nèi)徑為接管內(nèi)直徑=0.170m圓整后標準

8、直徑50mm管程流體進出口接管:取接管內(nèi)水流速U=2.5m/s,則接管內(nèi)徑為=0.189m取標準管徑為(5).換熱器核算(1)殼程對流傳熱系數(shù)對于有相變時，蒸汽在水平管外冷凝的對流傳熱系數(shù)為： 壁溫的計算 ： 當量直徑,由正三角形排列得殼程流通截面 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為(2) 管程對流傳熱系數(shù)管程流通截面積 管程流體流速=1.34m/s普朗特常數(shù) 由此可求得 污垢熱阻和管壁熱阻，查化工設(shè)計書附錄9，管外側(cè)污垢熱阻，管內(nèi)側(cè)污垢熱阻，碳鋼在該條件下的熱導率。=492滿足相對面積寬裕度所以符合條件。換熱器壓降管程阻力 其中=1，=4，=1.5由=26926，傳熱管相對粗糙度0.01，查得=0

9、.038，所以流速=1.34m/s,=994kg/=10173.5=2677.2=(10173.5+2677.2)141.5=77104.2殼體阻力 其中=1， =1 流體流經(jīng)管束的阻力 =0.5，=，=，=14，=754 kg/，=0.063 m/s。=419.1流體流過折流板缺口阻力= 其中h=0.3m,D=1.0m=121.5=419.1+121.5=540.6參數(shù)管程殼程流量Kg/s 38.11 1.902進出口溫度/30（42）79.4（48.6）壓力/MPa物性定性溫度/3664密度/kg/m3 994754比熱容/KJ/kg· 4.1743.5黏度/Pa·s0

10、.742×10.10熱導系數(shù)/W/(m·)0.0.1普朗特數(shù).設(shè)備及參數(shù)型式固定管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm臺數(shù)1管徑/mm25×2.5管心距/mm22管長/mm管子排列正三角形管數(shù)目/根折流板數(shù)/個29傳熱面積/.折流板間距/mm管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/m/s.0.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/（m）污垢熱阻/./W×10.×10阻力/KPa18.26210.156傳熱溫差/K.傳熱系數(shù)/W/(·)裕度/.設(shè)備操作條件及結(jié)構(gòu)尺寸一覽表黃燕1.dwg熱器型式定列管式管口表換熱面積（）：.符號尺寸用途連接方式工藝參數(shù)a200冷卻水

11、進口平面名稱管程殼程b200乙醇蒸汽入口凹面物料名稱水乙醇-水c20放氣口凹面操作壓力，atm d70乙醇物料出口凸面操作溫度,/./.e20排凈口凸面流量kg/s.f200冷卻水入口平面流速，0.1.附圖： 流體密度，總傳熱量，w.總傳熱系數(shù),.對流傳熱系數(shù),污垢系數(shù),.程數(shù)1使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù)332管長：6000mm管間距：mm22排列方式三角形排列折流板型式上 下間距：200mm切口高度200mm殼體內(nèi)徑：mm500保溫層mm28S20-056-3頂絲M208Q235-A16接管25×3227JB/T4704墊片800-0.61耐油橡膠石棉板15換熱管25×

12、2.533226JB/T81法蘭70-101Q235-A14GB/T41螺母M121625JB/T4712鞍座B1800-F.S2Q235-A.F13S20-056-3拆流板Q235-A24筒體直徑600116MNRL=700012S20-056-3拉桿12623JB/T81法蘭70-101Q235-A11S20-056-3拉桿12622接管76×4110L=15710定距管25×2.51021JB/T4737橢圓封頭DN600×101Q235-A9定距管25×2.51020S20-056-1防沖板1Q235-A8定距管25×2.51019JB

13、/T4704墊片800-0.61耐油橡膠石棉板7定距管25×2.51018S20-056-1后管板116MNR6JB/T81法蘭200-10Q235-A17JB/T81法蘭20-101Q235-A5接管219×610L=1556S20-056-2前管板1L=60005GB/T41螺母M20484GB/T5780螺栓M20×4.048L=103S20-056-2管箱1L=28002L=23201L=930江西理工大學生物091 15號L=460乙醇換熱器直徑700×6000設(shè)計評述（對設(shè)計的評價和設(shè)計體會） 此換熱器能完全符合該廠的需求，考慮比較全面，管路

14、設(shè)計較合理，計算也合理。設(shè)計體會：以前總覺得作為工科的學生處理數(shù)據(jù)挺困難的，尤其是沒有耐心的人，更加煩惱。經(jīng)過短短兩個星期的設(shè)計，選型設(shè)計是一個反復試算的過程，我在一次次煩躁中靜下心來一遍又一遍的處理數(shù)據(jù)，如果中間有一步算錯將導致后面的計算錯誤，而且心不靜出錯的概率越大通過一次次核算。我反復算了四次，非常辛苦，連續(xù)六天與數(shù)字打交道，途中我有好幾次想甩筆不干了，但想想這點事都做不來以后自己還能干什么了。但很慶幸我選到了一個合適的換熱器和輔助設(shè)備，這使我真正懂得了堅持就是勝利。 化工原理課程設(shè)計使我初步掌握了化工單元操作設(shè)計的基本方法和程序，提高了我的計算、繪圖、運用設(shè)計資料、使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，估算和處理數(shù)據(jù)的能力、利用化工原理解決實際問題的能力。當然通過這次我的辦公軟件尤其是word的使用越來越熟練了。 當然這中途我很是抱歉，因為很多問題自己無法解決，經(jīng)常去煩老師，當然也很感謝陳喜蓉老師，她真的很耐心也很樂于幫助我們，記得我的Word沒有公式編輯器，陳老師也耐心的告訴我如何去下載。我想沒有她的幫助我根本無法順利完成這次設(shè)計，她跟個大姐姐似的。黃燕2.dwg工藝流程圖發(fā)酵罐精餾塔釜液罐產(chǎn)品-儲罐冷凝器符號說明符號意義及單位符號意義及單位B折流板間距，mD殼體內(nèi)徑，m熱阻，Re雷諾數(shù)對流傳熱系數(shù)導熱系數(shù)粘度，PaSA傳熱