【正文】 殼式換熱器的設(shè)計與選型的核心是計算換熱器的傳熱面積，進(jìn)而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號。將冷凝器裝在塔頂附近的臺架上，靠改變臺架的高度來獲得回流和采出所需的位差。將冷凝器與精餾塔作成一體。前四種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。圖53為整塊式塔板中的定距管式塔板結(jié)構(gòu)。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800～900mm之間，設(shè)計時可按便于制造、安裝的具體情況選定。其值視具體情況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時間的容量時，塔底產(chǎn)品的停留時間可取3～5分鐘，否則需有10～15分鐘的儲量，以保證塔底料液不致流空。 人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。 塔體總高度 板式塔的塔高如圖52所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： (51)式中 HD——塔頂空間，m； HB——塔底空間，m；HT——塔板間距，m；HT’——開有人孔的塔板間距，m； HF——進(jìn)料段高度，m； Np——實際塔板數(shù)；S——人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有10～15min的停留時間，使塔底液體不致流空。為了檢修方便，有時在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動的吊柱。如不符合要求，且難以加大板間距來調(diào)整時，也可在此先作塔徑的調(diào)整。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。另一類計算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。對完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價增加。基于以上原因，在設(shè)計過程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計出較為滿意的板式塔。板式塔為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。(3) 進(jìn)料線方程（ q線方程） （313） 直接蒸汽加熱（1）全塔總物料衡算總物料 （314）易揮發(fā)組分 （315）式中 V0 ——直接加熱蒸汽的流量，kmol/h；У0 ——加熱蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率，一般У0=0；W* ——直接蒸汽加熱時釜液流量，kmol/h；χ*W——直接蒸汽加熱時釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。 常規(guī)塔常規(guī)塔指僅有一處進(jìn)料和塔頂、塔底各有一個產(chǎn)品，塔釜間接蒸汽加熱的精餾塔。物料衡算主要解決以下問題：（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)所給定的處理原料量、原料濃度及分離要求（塔頂、塔底產(chǎn)品的濃度）計算出每小時塔頂、塔底的產(chǎn)量；（2）在加料熱狀態(tài)q和回流比R選定后，分別算出精餾段和提餾段的上升蒸汽量和下降液體量；（3）寫出精餾段和提餾段的操作線方程，通過物料衡算可以確定精餾塔中各股物料的流量和組成情況，塔內(nèi)各段的上升蒸汽量和下降液體量，為計算理論板數(shù)以及塔徑和塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)提供依據(jù)。以上三項原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟敗⑺椎膹U熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。因為設(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器則可回收溫度比塔頂高的熱量。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。精餾過程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)采用飽和水蒸汽作為加熱劑時，選用較高的蒸汽壓力，可以提高傳熱溫度差，從而提高傳熱效率，但蒸汽壓力的提高對鍋爐提出了更高的要求。對于酒精水溶液，~（表壓）。這樣，可節(jié)省一些操作費用和設(shè)備費用。蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。例如，采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式、余熱利用方案以及安全、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測量控制儀表的設(shè)置等。 （４）管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。(７) 結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。 (４) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400～660N/m2。國外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m，塔高可達(dá)80m，板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。 篩板塔的缺點是： (１) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有： (１) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的設(shè)計將在其他分冊中作詳細(xì)介紹，故本書將只介紹板式塔。 (６) 塔內(nèi)的滯留量要小。 (３) 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。這一環(huán)節(jié)在高等院校的教學(xué)中，屬于化工機(jī)械專業(yè)中的專業(yè)課程，在設(shè)計部門則屬于機(jī)械設(shè)計組的職責(zé)。主體設(shè)備工藝條件圖是將設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的計算結(jié)果用一張總圖表示出來。表02 單元設(shè)備分類代號單元設(shè)備代號單元設(shè)備代號現(xiàn)場裝置,基礎(chǔ),混凝土構(gòu)件轉(zhuǎn)化器,反應(yīng)器,再生器槽、儲罐泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、驅(qū)動機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)特殊裝置儀表ADFJLQ爐子換熱器塔管道電氣BCEMN四、主體設(shè)備工藝條件圖主體設(shè)備是指在每個單元操作中處于核心地位的關(guān)鍵設(shè)備，如傳熱中的換熱器，蒸發(fā)中的蒸發(fā)器，蒸餾和吸收中的塔設(shè)備(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。流程圖的繪制步驟如下：1. 用細(xì)實線()畫出設(shè)備簡單外形，設(shè)備一般按1:100或1:50的比例繪制，如某種設(shè)備過高(如精餾塔)，過大或過小，則可適當(dāng)放大或縮?。?. 常用設(shè)備外形可參照圖01所示，對于無示例的設(shè)備可繪出其象征性的簡單外形，表明設(shè)備的特征即可；3. 用粗實線()畫出連接設(shè)備的主要物料管線，并注出流向箭頭；4. 物料平衡數(shù)據(jù)可直接在物料管道上用細(xì)實線引出并列成表；5. 輔助物料管道(如冷卻水、加熱蒸汽等)，用中粗實線()表示；6. 設(shè)備的布置原則上按流程圖由左至右，圖上一律不標(biāo)示設(shè)備的支腳、支架和平臺等，一般情況下也不標(biāo)注尺寸。公開答辯是在個別答辯的基礎(chǔ)上，選出幾個有代表性的學(xué)生在全班公開答辯，實際上是以他們的中心發(fā)言來引導(dǎo)全班性的討論，目的是交流心得、探討問題和擴(kuò)大收獲。設(shè)計后期的答辯，及時了解學(xué)生設(shè)計能力的補(bǔ)充過程，也是提高設(shè)計水平，交流心得和擴(kuò)大收獲的重要過程。說明書是設(shè)計的書面總結(jié)，也是后續(xù)設(shè)計工作的主要依據(jù)，應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：（1）封面（課程設(shè)計題目、班級、姓名、指導(dǎo)教師、時間 ）；（2）目錄；（3）設(shè)計任務(wù)書；（4）設(shè)計方案簡介；（5）設(shè)計條件及主要物性參數(shù)表；（6）工藝設(shè)計計算；（7）輔助設(shè)備的計算及選型；（8）設(shè)計結(jié)果匯總表；（9）設(shè)計評述及設(shè)計者對本設(shè)計有關(guān)問題的討論；（10）工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖；（11）參考資料。 課程設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。二、化工原理課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟 （一）課程設(shè)計的基本內(nèi)容 1. 設(shè)計方案簡介 對給定或選定的工藝流程，主要的設(shè)備型式進(jìn)行簡要的論述； 2. 主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3. 典型輔助設(shè)備的選型和計算 包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計算和設(shè)備型號規(guī)格的選定； 4. 帶控制點的工藝流程簡圖 以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測量點； 5. 主體設(shè)備工藝條件圖 圖面上應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表；完整的課程設(shè)計由說明書和圖紙兩部分組成。論述應(yīng)該條理清晰，觀點明確；計算要求方法正確，誤差小于設(shè)計要求，計算公式和所用數(shù)據(jù)必須注明出處；圖表應(yīng)能簡要表達(dá)計算的結(jié)果。