【正文】 熱 r kJ/kg 乙醇液（ ℃） 764 104 水（ ℃） 105 水 (℃ ) 104 水蒸汽 (℃ ) 原料預(yù)熱器的工藝計(jì)算 ，初換熱器 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 PCC =?(+)=? ?WhkgCWQ PCC363t??????????－ (2)蒸汽的消耗量 )( 12 ttCWrWQ Pcch == (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 125℃ ← 125℃ 原料液 t 20℃ → ℃ △ t 105℃ ℃ ℃－－ 105ln ttt1212m ???? ????tt 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 計(jì)算 R： 1 2 1 2( ) / ( ) 0R T T t t? ? ? ? 無(wú)需校正 Δmt 初選 K 估算傳熱面積，參照《換熱器》，取 K 選 =900 W/(m2 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 hF hkgW / / 33?? ??第二章 設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算 全塔物料恒算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知：塔頂產(chǎn)品乙醇的質(zhì)量 D= 萬(wàn)噸，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)XD=,精餾原料粗乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) XF=,塔底殘液乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) XW= hD kg10530024 36 ????? 由 WDF XWXDXFWDF ????? ?? 求得 回流比： R=2 所以hkgDDLV / 43 ???????? 原料預(yù)熱器的設(shè)計(jì)和計(jì)算 確定設(shè)計(jì)方案 1．選擇換熱器的類(lèi)型 換熱器中兩流體溫度差不大，殼程壓力較小，故可選擇固定管板式換熱器。 選用換熱器 熱負(fù)荷的計(jì)算，冷卻介質(zhì)用量的計(jì)算或加熱介質(zhì)用量的計(jì)算； 平均溫度差的計(jì)算，當(dāng)兩側(cè)流體均為變溫傳熱時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度差的校正； 流動(dòng)空間的選擇； 初估總傳熱系數(shù)，計(jì)算換熱面積，初選換熱器。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)。 流體流速的選擇 增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從 而可減小換熱器的傳熱面積。這次設(shè)計(jì)中的原料預(yù)熱器和塔頂全凝器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。 本次設(shè)計(jì)選擇正三角形的排列方式。固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分。 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定 換熱器類(lèi)型的選擇 對(duì)于所選擇的換熱器，應(yīng)盡量滿(mǎn)足以下要求：具有較高的傳熱效率、較低的壓力降；重量輕且能承受操作壓力；有可靠的使用壽命；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全可靠；所使用的材料與過(guò)程流體相容；設(shè)計(jì)計(jì)算方便，制造簡(jiǎn)單，安裝容易，易于維護(hù)與維修。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱(chēng)之管程；另 種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱(chēng)為殼程 .在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置成為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。自 6 月 27 日開(kāi)始查閱相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)兩天的查閱，基本對(duì)工藝流程與接下來(lái)要做的事有了基本的了解。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向 國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 （ 食品工程原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 年產(chǎn) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中我設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 萬(wàn)噸酒精精餾換熱器，其中包括：原料預(yù)熱器、塔頂全凝器，塔頂冷卻器，塔底再沸器，塔底冷卻器的設(shè)計(jì)。所需材質(zhì)，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。對(duì)原料預(yù)熱器和塔頂產(chǎn)品冷凝器進(jìn)行精算，塔頂冷卻器和塔底殘葉冷卻器只作初算，而塔底再沸器不作要求。所以必須注意固定管板式換熱器的連接方法和質(zhì)量。 換熱管 管板上的排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圓排列，正三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。用以分配液體和起封頭的作用。同時(shí)它還起支撐管束的作用。飽和蒸汽一般通入殼程以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，殼程可不必清洗。 對(duì)于熱流體的溫差可根據(jù)工藝要求計(jì)算。 固定 管板式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 系統(tǒng)物料衡算 根據(jù)產(chǎn)量要求，計(jì)算換熱系統(tǒng)的原料量、產(chǎn)品量，再進(jìn)一步確定所需計(jì)算的換熱器，逐步進(jìn)行換熱器的選用。例如，若換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降 (阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力 費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，總傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降降低，又受到安裝換熱器允許的尺寸的限制，且換熱器的造價(jià)也提高了?！?) 粘度μ Pa 2ρ)1(Δ21 osco uNnFfP +=′ 2ρ)(Δ 22 oB uDBNP ??? 因管子排列方式為正三角形，所以 F=。全凝器中兩種流體溫度變化不大（ 50℃ 70℃），選擇帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器?！?) 導(dǎo)熱系數(shù) ? ，W/(m (1)管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? 其中 ? , 1=SN ,1?pN，3?? 管程流速 smAWu im Ci / 5 ??? ??? ? 雷諾數(shù) 44 ???? ???? ?? ?iii ud(湍流 ) 對(duì)于碳鋼管 ,取管壁粗糙度ε =，所以 ε 20id ?? 由《化工流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)熱》書(shū)的λ Re 關(guān)系圖中可查得 λ =。 （ 3）殼程流體出口接管的選擇 根據(jù)液體一般在管中的流速大小，選擇冷凝液流出接管時(shí)的流速為 u=，則接管內(nèi)徑為 mmuVd s ???? ??? ? 根據(jù)《化工流體流動(dòng)與傳熱》附錄二十二的冷軋無(wú)縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格為φ58mm 2mm， di=54mm= 核算流速 smdqu iv / 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 241 塔頂冷卻器原料物性參數(shù) 名稱(chēng) 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg 設(shè)計(jì)結(jié)果 ：選用固定管板式換熱器，型號(hào)： JB/T 471592 (1)管程流體進(jìn)出口接管的選擇 根據(jù)液體一般在管中的流速大小，選擇冷卻液進(jìn)出接管的流速為 /u m s? ，則接管內(nèi)徑為 44 4 1 . 5 2 3 1 0 5 4 . 73 . 1 4 1 . 8 9 9 9 . 5 3 6 0 0sVd m mu? ??? ? ?? ? ? ? 根據(jù)《化工流體流動(dòng)與傳熱》附錄二十二的熱軋無(wú)縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格為φ65mm ,di=58mm= 核算流速 4224 4 1 . 5 2 3 1 0 1 . 6 0 /3 . 1 4 0 . 0 5 8 9 9 9 . 5 3 6 0 0iVu m sd? ??? ? ?? ? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 251 塔底冷卻器原料物性參數(shù) 名稱(chēng) 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg s 20℃水 10? 20℃乙醇 790 10? 20℃原料液（ 50%乙醇， 50%水） 882 10? ⑴ 體積流量 smmkg skgFQ /????? ? ⑵ 設(shè)計(jì)輸送高度（儲(chǔ)罐液面與精餾塔進(jìn)料口高度差）為 20mZ? ，根據(jù)預(yù)熱器接管的計(jì)算，已知輸送管道為令儲(chǔ)罐液面保持恒定，并且設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐液面上方維持常壓并以?xún)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 此為基準(zhǔn)面，設(shè)液面絕對(duì)壓力為 ，設(shè)計(jì)精餾塔進(jìn)料口處的塔內(nèi)絕對(duì)壓力為. ⑶ 以?xún)?chǔ)罐液面為基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面和精餾塔出口水平面之間列柏努利方程得壓頭計(jì)算式： 管路的壓頭 2221b b 2 1efu u p p= Z + + +2 g gHH?? ? 其中 Z =20m 1bu =0m/s smAQub /)(4232 ??????? ?? ⑷阻力壓頭損失的計(jì)算 ① 直管阻力壓頭損失的計(jì)算 32 ?? ?????? ?uudR bie ? 取碳鋼管的粗糙度為 =? ，則i= = 36? 由 Re? 圖，查得 =? 直管長(zhǎng) L=100m，則直管壓降 221 i u 1 0 0 2 .1 8f = = 0 .0 3 3 = 2 2 . 2md 2 g 0 .0 3 6 2 9 .8 1LH ? ?? ?? 直管管路中各部件包括 1個(gè)截止閥、 1個(gè)取樣閥、 1 個(gè)調(diào)節(jié)閥、 4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭： 截止閥： e=1 15=15mL ? 調(diào)節(jié)閥（全開(kāi)）： =6? 標(biāo)準(zhǔn)彎頭： e=4 6mL ?? 出口阻力系數(shù)： =1? 進(jìn)口阻力系數(shù)： =? 共有進(jìn)口 2 個(gè)，出口 2 個(gè) 所以局部阻力壓降 為 221f= 2luH dg??????????? ? ? ) 3 6150 3 ( 2 ?????????? 冷卻器管程壓降為 11200 Pa, 預(yù)熱器管程壓降為 10615Pa 換熱器的總壓降為 ?！?) 管程壓強(qiáng)降 殼程壓強(qiáng)降 管程接管 進(jìn)： do=50,b=3,di=44mm 殼程接管 進(jìn)： do=108,b=3,di=102mm 出： do=50,b=3,di=44mm 出： do=32,b=3di=26mm 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 塔頂全凝器結(jié)果匯總表 熱流體 ℃ ℃ 乙醇 蒸氣 管子根數(shù) n 245 冷流體 15℃ 35℃冷卻水 管心距 32mm 熱負(fù)荷 ? w 換熱管長(zhǎng)度 L 4500mm Wh 15000 Kg/h 管子排列方式 正方形 Wc 48100Kg/h 管程流通面積 Δ tm ℃ 管程對(duì)流傳熱系數(shù) W/(m2℃ ) 管程壓強(qiáng)降 殼程壓強(qiáng)降 管程接管 進(jìn)： do=42,b=3,di=36mm 殼程接管 進(jìn)： do=38,b=3,di=32mm 出： do=42,b=3,di=36mm 出： do=38,b=,di=29mm 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 第四章課程設(shè)計(jì)評(píng)論 在此次化工原理課程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)任務(wù)多種多 樣，列管換熱器的設(shè)計(jì)便是其中之一。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 心得體會(huì) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)換熱器方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 參考文獻(xiàn) [1] 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司 組織編寫(xiě)K ）］ 水（流速為 ～ ） 水（流速為 ～ ） 582～ 698 水 水（流過(guò)較高時(shí)） 814～ 1163 冷水 輕有機(jī)物 μ ＜ s 中有機(jī)物 μ ＝ ～ l mPas 水蒸氣冷凝 114～ 349 水 有機(jī)物蒸汽及水蒸氣冷凝 582～ 1163 水 重有機(jī)物蒸汽（常壓）冷凝 116～ 349 水 重有機(jī)物蒸汽（負(fù)壓）冷凝 58～ 174 水 飽和有機(jī)溶劑蒸汽（常壓）冷凝 582～ 1163 水 含飽和水蒸氣的氯氣（＜ 50℃ ） 174～ 349 水 SO2 冷凝 814～ 1163 水 NH3 冷凝 698～ 930 水 氟里昂冷凝