化工原理課程設(shè)計

設(shè)計原始數(shù)1精餾原料:粗含乙醇50%,水50%(質(zhì)量分率),由20℃預(yù)熱至泡點塔頂產(chǎn)品:含乙醇不低于92%,78.3℃蒸汽冷凝為飽和液體回品冷卻為35℃液體；0.5%,99.3℃35℃2項，查閱收集相關(guān)資料，1天2月25日-3月2日：確定方案并進(jìn)行設(shè)計計算：63月3日-3月4日：繪圖：23月5日-3月7日：整理設(shè)計數(shù)據(jù)，編寫設(shè)計說明書：3設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)化學(xué)工程手冊編委會.化學(xué)工程手冊(第1，12，13篇).化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)設(shè)計院石油化工設(shè)備設(shè)計建設(shè)組.化工設(shè)備圖冊化學(xué)學(xué)院等.化學(xué)工程(下冊).化學(xué)工業(yè)化工原理教研室.化工原理課程設(shè)計.科學(xué)技術(shù)審核批準(zhǔn)意系（教研室）（簽字在此次化工原理課程設(shè)計中，設(shè)計任務(wù)多種多樣，列管換熱器的設(shè)計便是其U等。在計算過程中遇到很多，但在的努力下還是一一克服，對培養(yǎng)設(shè)計計算換熱器伴隨工業(yè)生產(chǎn)的始終，其效果的好壞直接影響化工生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)效益為了完成年產(chǎn)3.2萬噸的生產(chǎn)任務(wù)并節(jié)約能源減少對環(huán)境的污染原料加熱到一定溫度然后再用高溫蒸汽來加熱料液塔頂蒸汽經(jīng)過全凝器用卻水使蒸汽冷卻至液體，再經(jīng)過冷卻器是產(chǎn)品冷卻至25度。符號說S——與Km2；W——流體的質(zhì)量流量T——熱流體的溫度，℃；tr——飽和蒸氣的冷凝潛熱，kJ／kgKOi OiR、R do、di、dm——分別為換熱器列管的外徑、內(nèi)徑及平均直徑b——列管管壁厚度,P1PaP2Ft——結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，φ25×2.5mm1.4；φ19×2mm1.5；NsNpξ——阻力系數(shù)，列管換熱器管內(nèi)NBu0——按殼程流通面積So計算的流速，m/s第一章?lián)Q熱系統(tǒng)的流程方案的確 流體溫度的確 第二章設(shè)計的工藝計 附 第一章?lián)Q熱系統(tǒng)的流程方案的確力降；重量輕且能承受操作壓力；有可靠的使用；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全可靠；所使用的材料與過程流體相容；設(shè)計計算方便，制造簡單，安裝容易，易于與維在實際選型中，這些選擇原則往往是相互、相互制約的。在具體選型時，我解決主要。50℃70℃之間的選擇帶補償圈的固定管板式換熱器，50℃的選擇固定管板式換熱器。50℃70℃600Kpa1慮傳熱效果、耐腐蝕性能、可焊性等。常用管徑和壁厚有￠19×2，￠25×2.51500mm、2000mm3000mm；材料有普碳鋼或不銹鋼等。ф19mm×2mm25×2.5mm碳。本次設(shè)計采用ф25×2.5mm碳。排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動程度高，對流傳熱系數(shù)大，但管外較正方形排列便于機械同心圓排列用于小殼徑換熱器外圓管布管均勻，2換熱器管板是用來固定管束連接殼體和端蓋的一個圓形厚板，它的受力關(guān)系比較復(fù)20303下管箱對管子進(jìn)行或更換1質(zhì)。直徑小于400mm的殼體通常用制成，大于400mm的用鋼板卷焊而成。根據(jù)工流體流動空間的選 表1-2- 工業(yè)一般流體流流速在換熱器的設(shè)計中被處理的物料溫度溫度由工藝要求確定加熱劑或冷一般來說設(shè)計時所采用的冷卻水溫5℃，50℃，以防止壁面過多結(jié)垢。接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)冷凝器的管程接管直徑通常直徑較為精餾換熱器，壓力、流量都不大，所選接管的壁厚也不大。123450.86k7和K選K計/K選=1.1-1.25,則初選的設(shè)備合格。否則需另設(shè)K選值，重復(fù)以上計算步 S——與Km2；1.熱負(fù)荷(傳熱速率Q＝WhCph(T1-T2)＝Wc(t2-Q＝Whr＝Wc(t2一式中WT——熱流體的溫度，℃；tr——飽和蒸氣的冷凝潛熱，kJ／kg下標(biāo)hc122.傳熱平均溫度差

t2 lnT-溫差校正系數(shù)，TfPRPt2RT1t2總傳熱系數(shù)定的KK確定了選用的換熱器后，需要對換熱器的總傳熱系數(shù)KKo

dhdobdoRdh

i

k 式中K0do、di、dm——分別為換熱器列管的外徑、內(nèi)徑及平均直徑,m；b——列管管壁厚度,m；kw／(m·℃)對于低粘度流體(μ2uN0.023Re0.8uλi0.023λ

Re0.8當(dāng)流體被冷卻時ρ、μ——分別為流體的密度和粘度，kg／m3、、Cp——分別為流體的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容,w/(m·℃)、J/kg?℃;d——列管內(nèi)徑，m將上式算出的α乘以（1+（d/L）0.7）特征尺寸：管內(nèi)徑定性溫度：取流體溫度的算術(shù)平均值14r214 2c3doth 2c3dot—冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，w／(m·℃)；μ——冷凝液的粘度，Pa·s；γΔt——蒸汽的飽和溫度與壁溫之差，Δt＝ts-tw此處取Δt=5 nn... nc n0.75n0.75...

h

du0.p0

cp

)3

)0 SpSpd0L10%-30%10—50kPa，10kPaP

u2u2 2P1Pa；P2NSNpξ——阻力系數(shù)，列管換熱器管內(nèi)i12sSPP'P'Fi12sSρu1ΔP=1

(Ns

+1) 2ΔP

(3.5

ρu) Nfo5.0N

-0.228

ence

正三角形排1P'Pa；12P'Pa；2Fs1.15；1.0；FF=0.5；正方形排列F=0.3；fo殼程流體的摩擦系數(shù)；nc橫過管束中心線的管數(shù)D——殼體直徑NBuoSo計算的流速，m/s第二章計的工藝計根據(jù)設(shè)計要求可知：塔頂產(chǎn)品乙醇的質(zhì)量D=3.2萬噸，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)aD0.92,精餾原料粗乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)aF0.5,塔底殘液乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)aw0.005,乙醇的摩爾質(zhì)量MA=46kg/kmol,MB=18kg/kmol。3.2D300FDW由

4444kg/FXFDXDW求 F=8210W=3770kg/hD=4440回流比所 V=L+D=3D=13300,確定設(shè)計方預(yù)熱器是把經(jīng)塔底冷卻器加熱到20℃的原料液預(yù)熱到泡點81.9℃，采用250kPa壓力下127.2℃的飽和蒸汽進(jìn)行加熱。熱流體的溫度都是127.2℃，原料液的20℃，81.9℃。冷流體的定性溫度為t2081.950.952T=127.2℃密度導(dǎo)熱系粘度汽化熱r水1

aB

xlg，

a

50%50.95℃m導(dǎo)熱系數(shù)km粘度預(yù)熱器的工藝計(1)QW t C (3)液 81.9℃蒸 127.2℃← 45.3 t

Q=72400tm 2 1 （4）選擇KS Ktm

公稱直徑公稱壓力公稱直徑公稱壓力換熱面積/m管子數(shù)1管子排列方管程流通面積m SndL0.06

S0

Ko

S0

mK0

（5）PPPFN

1,NP

uii

0.84m

diui

對于 ,取管壁粗糙度ε=0.1mm，所以

0.152λ-Reλ=0.034 1 Lu2 1

3881.360.842

u

881.360.8423 3iP1902.98932.831.4121.59104i2.3 ρ密度粘度乙醇水根據(jù)混合液體的物性參數(shù)計算式1aAaB k0.9ak，lgxlg， a 20℃原料液（50﹪乙醇，50﹪水） 881.36kg/0.5 乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)：x1 0.280.5 水的摩爾分?jǐn)?shù)x21x110.28lgm0.28lg1.15 所 m1.04QF82109.32m3/h2.59103m3/ 利用離心泵送料，設(shè)速度 42.59 d u 選用543mm的離心則d542348mmVsd4 2.59103所以u 21.43m/d 4由已知:安裝高度設(shè)液面絕對壓力為101.3kPa,精餾塔進(jìn)口處的絕對壓力為124.5kPa u uz

1He

2 z2z1

p1

p2881.36kg/

u1

u21.43m/

uRedu0.0481.43882.365.82 0.12.0810

Hf10.0260.048

2

Le217

Le41.56

34

f 0.026 6212 f4 24

pi1.5910所 Hf39.81881.36H

3.393.191.84 uHezg2gHHe15

3.2

2

8.42 Q=Wh*r=Wc=35.42（2）蒸汽T 78.3℃← 冷卻水 t2t163.335.3 計算 無需校正(3)t2T2tm℃ρ定壓比熱導(dǎo)熱系數(shù)k，粘度汽化熱r-----水----- 10-水 10-(4)K793傳熱面積S K 1130o選公稱直徑公稱壓力o選公稱直徑公稱壓力4換熱面積/m管子數(shù)4管子排列方管程流通面積m實際換熱面積

Ko

S0

2.核算壁設(shè)壁溫

nc

Rein(2)殼程對流傳熱系數(shù)n1r2gk h0.725 n23dt 11119.891000753.6629.810.2583 h

P 16.39234.41040.025 對于低粘度流體h0.023Re08Prd di

uwc

cic

995.95

oAoRedu0.022.04995.95 uo12.5m/

cpk

h0.0230.615749575.27085.57048025.71W

m2

0.859104(m2℃)

Po1Tm1

tw00

1Rs

hihtm△t=78.3-所以△t=3總傳熱系數(shù)K

PriK

doddodi

dohi

i

式中k為壁面材料碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，由《化工流體流動與傳熱 K

計即k計k3k2

1337.21

19.8510﹪<K計-K選/K選設(shè)計結(jié)果：選用固定管板式換熱器，型號：JB/T4715—92

1,NPii

uVS

0.27m

diui

對于 ,取管壁粗糙度ε=0.1mm，所以

0.1

u i0.03152

995.952

K計

u i3

2

K計/K(2)m導(dǎo)熱系數(shù)km粘度1Po1

FsNs,其中Fs=1.15(氣體)，Ns=12onc2o

ou o

2zu

φ×P1Ffonc

Ns2

,P2NB(3.5D

因管子排列方式為正三角形，所以F=0.5。0.15，29A(D2 V

2)3.14(0.622220.0252)0.03m

φ54mm

usoo

0.27m/

Redouo0.0250.27753.66 fo5.0

0o

5.011561.830

2Bu

2/