【正文】 (2)殼程壓降 ? ? so NFPPP t′21′ ΔΔΔ∑ ?? , 其中 tF =（氣體）， sN =1。 s 汽化熱r kJ/kg 乙醇液（ ℃） 水（ ℃） 水 (℃ ) 水蒸汽(℃ ) 764 104 104 104 105 換熱器的衡算 原料預(yù)熱器的工藝計(jì)算 備注 ，初換熱器 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 hKJC PC /)( ????? ? ? ?hJQ ttCW PCC/821???????? ? ?WQ 58 ???? (2)蒸汽的消耗量 )( 12 ttCWrWQ PCch ??? hkgFhkgW/ 5/ 4??WhJQ58/???? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 hKgrQW h / 58 ????? (3)計(jì)算平均溫度差 一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 蒸汽 T ℃ ← ℃ 原料液 T ℃ → ℃ △ T ℃ ℃ 1212 ????? ?????tt tt m℃ 初 選 K估算傳熱面積，參照《換熱器》 「 1」 ，取 K 選 =820(M2 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 塔底釜?dú)堃旱臒崃縼?lái)先預(yù)熱熱原料液： 殘液（熱流體）： ℃ → 35℃ 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 原料液（冷流體）： ← 20℃ )()( 2112 TTWCttFCQ phpc ??? 求得 ?t ℃ 熱流體： → 定性溫度為 ? oC （絕 對(duì)壓力 ） 冷流體： ← 定性溫度為 2 ???T oC。由于蒸汽比較干凈不易結(jié)垢，所以蒸汽走殼程以便于及時(shí)排除冷凝液，原料液中可能含有雜質(zhì)、易結(jié)垢，而粘度大、流量較小的原料液中的水為易結(jié)垢液體，所以原料液走管程便于清洗管子，此外還可以提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)。1P 流體橫過(guò)管束的壓力降 Pa ； ??? 39。 ? ?nLdS p ?? ? 實(shí)際傳熱面積應(yīng)該比所需傳熱面積大一些，稱(chēng)為面積裕度，一般面積裕度控制在 10%30%比較合適。 (2)蒸汽在水平管束上冷凝時(shí)的冷凝傳熱系數(shù) 若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)： 413232 )(tdn grh oco ??? ? ?? 式中： ? — 冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)， w／ (m 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 確定了選用的換熱器后，需要對(duì)換熱器的總傳熱系數(shù) K 進(jìn)行核算，總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算按下列公式： osomoiosiiioo hRkdbdddRdh dK 11 ?????? 式中 oK —— 基于換熱器外表面積的總傳熱系數(shù)， )℃/( 2?mw ； io hh、 —— 分別為管外及管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)， )℃/( 2?mw ； siso RR、 — 一分別為管外側(cè)及管內(nèi)側(cè)表面上的污垢熱阻 ， wm /)℃( 2? 。 1. 熱負(fù)荷 (傳熱速率 )Q 無(wú)相變傳熱 )t(tCW)T(TCWQ pccphh 1221 ???? 相變傳熱 (蒸汽冷凝且冷凝液在飽和溫度下離開(kāi)換熱器 ) )()( 1221 ttCWTTCWQ pccphh ???? 式中 W —— 流體的質(zhì)量流量， kg／ h； Cp—— 流體的平均定壓比熱容， J／ (kg比較 K 計(jì) 和 K 選 ，若 （ ? ? 25%~10%/KKK 選選計(jì) ?? ,則初選的設(shè)備合格。 這次采用單殼 程多管程（ 4）固定管板式換熱器。這次設(shè)計(jì)的為酒精精餾換熱器，壓力、流量都不大，所選接管的壁厚也不大。 缺水地區(qū)選用較大的溫度差，水源豐富地區(qū)選用較小的溫度差。 因此，應(yīng)選擇適當(dāng)流速。 不潔凈的或易結(jié)垢的流體宜走管程，便于清洗管子。影響選擇結(jié)果的因素很多，主要從以下三方面考慮： （ 1）粘度大的流體或流量小的流體宜走管程。 列管式換熱器折流板的作用是；增強(qiáng)流體在管間流動(dòng)的湍流程度；增大傳熱系數(shù)；提高傳熱效率。 殼程結(jié)構(gòu) 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板及緩沖板等元件組成。 封頭、管箱的確定 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。列管式換熱器管板是用來(lái)固定管束連接殼體和端蓋的一個(gè)圓形厚板，它的受力關(guān)系比較復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)采 用ф 25 mm 無(wú)縫 鋼管。 換熱管布置和排列間距 管束的多少和長(zhǎng)短由傳熱面積的大小和換熱器結(jié)構(gòu)來(lái)決定，它的材質(zhì)選擇主要考慮傳熱效果、耐腐蝕性能、可焊性等。固定管板式換熱器最容易出現(xiàn)的故障就是管子和管板連接部分泄漏。在具體選型時(shí)，我們需要抓住實(shí)際工況下最重要的影響因素或者說(shuō)是所需換熱器要滿(mǎn)足的最主要目的，解決主要矛盾。 本次換熱系統(tǒng)為精餾系統(tǒng)的換熱設(shè)備，包括原料預(yù)熱器，塔頂全凝器，塔頂產(chǎn)品冷卻器，塔底再沸器，塔底殘液冷卻器。 ξ —— 阻力系數(shù)，列管換熱器管內(nèi)ξ =3 BN —— 折流擋板數(shù)目； 0u —— 按殼程流通面積 So計(jì)算的流速， m/s。 —— 基于換熱器外表面積的總傳熱系數(shù)， w／ ((m2．℃ )； i? O? —— 基于管內(nèi)及管外的對(duì)流傳熱系數(shù)， w／ (m2 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 符號(hào)說(shuō)明 Q—— 傳熱速率 (即熱負(fù)荷 )， W； K—— 總傳熱系數(shù)， W／ (m2．℃ )； S—— 與 K值對(duì)應(yīng)的換熱器傳熱面積， m2； Δ tm—— 平均溫度差，℃。常用換熱器主要有固定板式換熱器、浮頭式換熱器、 U型換熱器等。 化工原理課程設(shè)計(jì)是針對(duì)學(xué)習(xí)化工原理課程的學(xué)生開(kāi)設(shè)的具有強(qiáng)化性的實(shí)訓(xùn)課程。 在 此次的 原料預(yù)熱器 、塔頂冷凝器、塔頂冷卻器均 選用 固定管板式換熱器， 型號(hào)： JB/T 471592。 C，且殼方流體壓強(qiáng)不高于 600Kpa 的情況。 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) 萬(wàn)噸酒精的生產(chǎn)任務(wù)并節(jié)約能源，減少對(duì)環(huán)境的污染，本次換熱器設(shè)計(jì)的思路為用塔底釜?dú)堃旱臒崃縼?lái)先加熱原料液，使原料液加熱到一定溫度 （由原來(lái)的 20℃加熱到 ℃） ，然后再用高溫蒸汽來(lái) 繼續(xù) 加熱原料液。 換熱器類(lèi)型，性能各異，但設(shè)計(jì)所依據(jù)的傳熱基本原理相同，不同之處是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要根據(jù)各自設(shè)備特點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法。這類(lèi)換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，補(bǔ)償圈的彈性變形可減少溫差應(yīng)力，這種補(bǔ)償方法使用于兩流體溫差小于 70。 原料預(yù)熱器殼程走 ℃的蒸汽，管程走原料液；塔頂冷凝器殼程走乙醇蒸汽，管程走冷卻水；塔頂冷卻器殼程走乙醇液體，管程走冷卻水。 關(guān)鍵詞：換熱器；離心泵；設(shè)計(jì)與選型；工藝流程圖；裝配圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 前言 ................................................................ 1 符號(hào)說(shuō)明 ............................................................ 2 第一章 換熱系統(tǒng)的流程方案的確定 ..................................... 3 換熱系統(tǒng)的流程方案的設(shè)計(jì) ...................................... 3 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定 .......................................... 3 換熱器類(lèi)型的選擇 ........................................... 3 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)的確定 ................................. 3 流體流動(dòng)空間的選擇 ......................................... 5 流體流速的選擇 ............................................ 5 流體進(jìn)出口溫度的確定 ....................................... 5 接管的確定 ................................................. 6 管程和殼程數(shù)的確定 ......................................... 6 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................... 6 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 ............................................... 6 傳熱計(jì)算的主要公式 ......................................... 7 第二章 設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算 .............................................. 11 全塔物料衡算 ................................................. 11 預(yù)熱器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ........................................... 11 確定設(shè)計(jì)方案 ............................................. 11 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) ................................. 11 換熱器的衡算 .............................................. 12 塔頂冷凝器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ....................................... 18 確定設(shè)計(jì)方案 .............................................. 18 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) ................................. 18 塔頂冷凝器換熱器的衡算 ................................... 19 塔頂冷卻器的設(shè)計(jì) ............................................. 25 確定設(shè)計(jì)方案 ............................................. 25 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) ................................. 25 塔頂冷卻器換熱器的衡算 ................................... 26 塔底再沸器工藝粗算 ........................................... 32 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 離心泵的選型與計(jì)算 ........................................... 34 物性參數(shù)的獲取 ............................................ 34 離心泵的選型 .............................................. 34 第三章 匯總表 ...................................................... 37 原料預(yù)熱器匯總表 ............................................. 37 塔頂冷凝器匯總表 ............................................. 39 塔頂冷卻器匯總表 ............................................. 41 第四章 結(jié)論 ........................................................ 43 參考文獻(xiàn) ........................................................... 44 附 錄 ............................................................. 45 謝辭 .....................................................