【導(dǎo)讀】工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，兩種物料之間的熱交換一般是通過(guò)換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要根據(jù)各自設(shè)備特點(diǎn)采用不同的計(jì)算方法。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，一定溫度，然后再用高溫蒸汽來(lái)繼續(xù)加熱原料液。產(chǎn)品冷卻至35度。固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、C，且殼方流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50。C且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。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，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/T4715-92。離心泵選用Y型離心油泵系列中50Y-60A型離心油泵。分析和比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)，并且滿足工程實(shí)際情況。

　　

【正文】 導(dǎo)熱系數(shù)k，W/(m℃ ) 粘度μ Pa s 汽化熱r kJ/kg 冷卻水 (20℃ ) 乙醇（ ℃） 水（ ℃） 103 103 489 106 572 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 塔頂冷卻器 換熱器的衡算 塔頂冷卻器的工藝計(jì)算 備注 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 0 .9 2 2 .7 5 0 .0 8 4 .1 8 4 2 .8 6 /phC KJ h? ? ? ? ? h4 8 6 1 .1 1 k g /?? hWD ? ?12h p hQ W C T T? ? ? ? W53 101 .6 7)( 8 6 1 ??????? （ 2）冷卻水消耗量 ? ?1221 )( ttCWTTCWQ pccPhh ???????? h40 04 .19K g /)1525( )( 3 512 ???? ???? TTC QW PCC (3)計(jì)算平均溫度差 按單殼程、雙管程考慮，一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 熱流體 T ℃ → 35℃ 冷流體 t 25℃ ← 15℃ △ t ℃ 20℃ 20 1212 ????? ?????tt ttt m℃ (4)初選 K值，估算傳熱面積 由表 3，取 )/(670 2 kmWK ??選 ) 傳熱面積 S： 25 mK QSm ??????? 由于兩 流體溫差為 ℃，選擇帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。根據(jù)固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選的固定管板式換熱器型號(hào)為： JB/T 471592 主要參數(shù)如下： kg/h?hW WQ ?? hKgWC/? ??mt ℃ )/(6702 kmWK??選 mS? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 表 26 列管參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 公稱直徑 管子數(shù) n 管中心距 mm 管子排列方式 325mm 68 25 正三角形 管子尺寸 /mm 管長(zhǎng) L/mm 管程數(shù) Np 管程流通面積 / 2m φ 19 3000 2 實(shí)際換熱面積 SO )()( mLdnS oO ???????? ? 實(shí)際 K 值 )/( 25 kmWQK tS mOO ???????? (1)管程壓降 ? ?12Δ Δ Δi t s pP P P F N N?? 其中 ? , 1=SN , 2PN? 管程流速 smAWu Ci / ???? ? 雷諾數(shù) 3 ?? ???? ?? ? iiii ud 對(duì)于無(wú)縫鋼管壁粗糙度ε =，所以 ??id? 由《化工 流體流動(dòng)與轉(zhuǎn)熱》書的λ Re 關(guān)系圖中可查得 λ= PauLP ii 221 ??????? ?? PaPPauPii1 6 8 5 .5 )( 222??????????????? (2)殼程壓降 由于兩流體溫差為℃，選擇固定管板式換熱器 型號(hào)為： JB/T 471592 smui /? ?i 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 ? ? StO NFPPP 39。39。39。 21 ????? ,其中 Ft=（氣體）， Ns=1。 21 ρΔ ( 1) 2oo c B uP F f n N??? 22 ρ2Δ (3 .5 ) 2 oB uBPN D? ?? 因管子排列方式為正三角形，所以 F=。 殼程流通面積 h兩擋板間的距離 = t相鄰兩管的中心距 = )()/1( mtdhDA oO ????????? sPalxlmkgwwigimgmBBAAm???????????4m3////1???????平均黏度?? 殼程流速 smAVu OSo / 33 ???? ??? ? 雷諾數(shù) 731000 42 ?? ???? ?? ?ooo ud ? ?( ??????????NnRRfceeo ） 21 ρΔ ( 1) 2oo c B uP F f n N??? 2 ???????? ）（ 加擋板：對(duì)數(shù) 2n? ，間距 ? ，殼徑 ? mAo ? 3/ mkgm ?? sPa ??? ?4m ?smuo /? ? ?of 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 PauDBNPB2)(22)(39。 222?????????? ? ? ? StO NFPPP 39。39。39。 21 ????? 1 0 ) 5 7 6( ????? 計(jì)算結(jié)果表明 ,管程和殼程的壓降均能滿足設(shè)計(jì)要求。 (1)管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 33 ?????? ???pi c 對(duì)于低粘度流體， iiii d?? 所以 )/()( kmWi ???????? (2) 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) o? 若熱流體在水平管束上冷卻，用下式計(jì)算冷卻傳熱系數(shù)： ooddtde?? )423(4 22 ?? = )/()( kmWd eo???????? ?? (3)污垢熱阻 根據(jù)《化工流體流動(dòng)與傳熱》 「 4」 書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為： 421 .7 1 9 7 1 0 ( ) /iR s m k W?? ? ? 10 ( ) /oRs m k W?? ? ? ?i )/(24kmWi???? )/(2 kmWi??? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 30 (4)總傳熱系數(shù) K 1 1o o oioi i i m oK d d b dRs Rsd d d? ? ?? ?? ? ? ??? )/(151912544kmWK???????????????? K 計(jì) K 選 )/ K 計(jì) =()/=％ 故所選擇的換熱器是合適的。 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，選擇原料液進(jìn)出接管的流速為 smu /? ， 則接管內(nèi)徑為 muVd s ???? ??? ? 根據(jù)《食品工程原理》 「 3」 附錄 7 的熱 軋無(wú)縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格 為φ 38mm 4mm,di=30mm= 核算流速 smdVu iS / 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 (2)殼程流體進(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 待冷卻 進(jìn)入接管時(shí)流速為 /u m s? ，則接管內(nèi)徑為 muVd s ???? ??? ? 根據(jù)熱軋無(wú)縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇規(guī)格為φ 45mm 5mm, di=35mm= )/(2 kmWK?? %/ ?? 計(jì)KK 管程流體進(jìn)出口接管選擇規(guī)格為φ38mm 4mm的熱 軋無(wú)縫鋼管 殼程流體進(jìn)口接管選擇內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 核算流速 smdVu iS / 6144 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 規(guī)格為φ42mm 5mm熱軋無(wú)縫鋼管。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 塔底再沸器工藝粗算 塔底再沸器物料衡算 備注 （ 1）估算傳熱面積，初選換熱器型號(hào) 熱流體：加熱蒸汽 冷流體：釜?dú)堃? ①本物性數(shù)據(jù)的查取 釜?dú)堃旱亩ㄐ詼囟龋? Co 加熱蒸汽定性溫度 ： Co 由于釜?dú)堃褐幸掖己亢艿?，粗略?jì)算時(shí)，可按純水計(jì)算。查得 Co 的水和 Co 的水的汽化熱分 別為1 225 /r kJ kg? 和 2 216 /r kJ kg? ②熱負(fù)荷計(jì)算 由 WLV ?? // , F D W?? 和 qFLL ??/ 泡點(diǎn)進(jìn)料 1?q得 hk mo lhKgVV / 1 5/39。 4 ???? 因此 / 11 8 1 0 0 03600VrQ ? ? ?? 所以 WQ ??? ????? 蒸汽流量： hKgTC QW PCh / 36 ??? ?????? ③確定流體的流徑 設(shè)計(jì)任務(wù)的冷流體為釜?dú)堃?，熱流體為水蒸汽，為提高加熱效果，令釜?dú)堃鹤邭こ蹋羝?走管程。 hkmolV/39。? WQ ?? hKgWh / 3?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33 塔底冷卻器的計(jì)算 備注 熱量衡算 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 WTTCWQ Ph521h)(10 0 0 041 2 8)(????????? (2)冷卻水消耗量 ? ?1221 )( ttCWTTCWQ pccPhh ???????? hkgttC QW PCC /)( )( 3521 ????? ????? (3)計(jì)算平均溫度差 按單殼程、雙管程考慮， 一側(cè)恒溫，求逆流時(shí)的平均溫度差： 熱流體 (殘液 )溫度 T ℃ → 35℃ 冷流體 (冷流體 )溫度 t ℃ ← 20℃ t? ℃ 15℃ 15 1212 ????? ?????tt ttt m℃ WQ ?? hkgWC/ 3?? ?? mt℃ 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 34 離心泵的選型與計(jì)算 該設(shè)計(jì)離心泵 用于原料液的輸送， 按照要求， 離心泵 的任務(wù)是 完成從儲(chǔ) 料 罐輸送原料液經(jīng) 過(guò) 100m 長(zhǎng)的直管管路、管路中各部件（包括 2 個(gè)全開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)閥、 4個(gè) 90176。彎頭）、預(yù)熱器管程，再到精餾塔進(jìn)料口。 物性參數(shù)的獲取 考慮到直管中流動(dòng)的是不可壓縮的液體，溫度使密度變化的不大，可以近似認(rèn)為原料液物性參數(shù)取初始溫度為 20℃ 時(shí)的數(shù)據(jù)。 表 27 管路中原料液?jiǎn)我晃镔|(zhì)與混合物體的物性參數(shù) 名稱 密度 ρ （ kg/m3） 粘度 μ （ Pas ） 水 （ 20℃ ） 乙醇 （ 20℃ ） 789 10? 10? 原料液平均密度：3m 1= =8 81k g / m50% 50%+998 .2 789? 所以，摩爾分率 M??乙 醇 乙 醇 M??水 水 = 7 1 .8 7nnn? ? ?水水水 乙 醇％， =2 8. 13nnn? ? ?乙 醇乙 醇水 乙 醇％ mBAB 3 3l g = l g + l g0 . 2 8 1 3 l g ( 1 . 2 7 1 0 ) + 0 . 7 1 8 7 l g ( 1 . 0 0 5 1 0 )A? ? ? ? ?? ? ? ? ? 則： 平均黏度 3m = 4 10 a sP? ?? 離心泵的選型 體積流量 hmFQ /881 5 3??? ? 設(shè)計(jì)輸送高度 ，即 儲(chǔ) 料 罐液面與精餾塔進(jìn)料口高度差 ， 為 mZ 20?? 。 設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐液面上方維持常壓，設(shè)該液面絕對(duì)壓力為 ，設(shè)計(jì)精餾塔進(jìn)料口以上有 20層塔板，單板壓降為 700Pa，出口處為常壓。 阻力壓頭損失的計(jì)算 在儲(chǔ)料罐液面 1— 1’ 和精餾塔進(jìn)管口 2— 2’ 之間列