【正文】 實際換熱面積 253m1 ??????? KQS K值校正 2232 ?????? KKKKK 11 ????SS 故所選擇的換熱器是合適的。 (1)管程流體進出口接管的選擇 根據(jù)液體一般在管中的流速大小，選擇原料液進出接管的流速為 ? ，則接管 內徑為 1?????? ? SV 根據(jù)《化工原理教材上冊》附錄 375 頁的 熱 軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 68mm 3mm,di=62mm= 核算流速 2 ??? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適。 (2)殼程流體進口接管的選擇 根據(jù)飽和蒸汽一般在管中的流速大小，選擇水蒸汽進入接管時的蒸汽的流速為 ? ，則接管內徑為 ???? ?? 根據(jù)熱軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 114mm 4mm, ? ?CWK o?? 23 m/ ?? KK ??SS 管程流體進出口接管選擇規(guī)格為φ 68mm3mm 的熱軋無縫鋼管 殼程流體進口接管選擇規(guī)格為φ 114mm2mm 的熱軋無縫鋼管 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 35 mm10642141d i ??? 核算流速 smo 2 ???? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適。 （ 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的流速為 ? ，則接管內徑為 0 84d ???? ?? 根據(jù)《 食品工程原理 》附錄 433 頁的 熱 軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 76mm 3mm， di=70mm= 核算流速 2 ???? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適 殼程流體 出口接管選擇規(guī)格為φ 76mm 3mm的冷軋無縫鋼管 塔頂全凝器的設計 確定設計方案 1．選擇換熱器的類型 塔頂冷卻器是把 ℃的含乙醇 92%的飽和蒸汽冷凝為 ℃的液體，熱流體的進口溫度都是 ℃，熱流體的出口溫度是 ℃。冷卻水的進口溫度是 15℃，出口溫度是 25℃ . 冷卻器中流體溫度差不大，殼里壓力是常壓，可選擇固定管板式換熱器。 2．確定流體的流經(jīng)和管材。 由于冷卻水可能含有渣滓 ,走管程利于清洗，由于壁面的原因熱流體走殼程有利于提高冷卻效果，所以塔頂餾出液 走殼程，冷卻水走管程。換熱器內的流體沒有腐蝕性所以選用碳鋼管，可降低設備費。 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱流體 T ℃ → ℃ 冷流體 t 25℃ ← 15℃（呼和浩特地區(qū)水溫 15℃） △ t ℃ ℃ 熱流體的定性溫度為 ℃?T 。 冷流體的定性溫度為 ℃t 202 2515 ??? 。 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 36 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 8 塔頂 冷凝 器原料物性參數(shù) 名稱 密度ρ Kg/m3 定壓比熱Cp kJ/(Kg℃ ) 導熱系數(shù) ? ，W/(m℃ ) 粘度μ Pa s 汽化熱r g/KKJ 冷卻水 (20℃ ) 103 乙醇（ ℃） ? 572 水（ ℃） 換熱器的衡算 塔頂冷卻器的工藝計算 備注 （ 1）熱負荷的計算 ? ? rWtCWQ hPCC ??? 12t 回流比 R=2 F= hK/g W= hK/g D= hK/g 2??DLR g / KDL ?? g / 5 4 1 6 KDLV ??? kgKJ / 3 1 ????? 冷凝產(chǎn)品放熱為： rh??WQ KWQ 5360 0 16 3 ???? （ 2）冷卻水消耗量 在定性溫度 202 25152 ttt 21 ????? ℃下 kkgkj ?? / ph ? ?1221 )( ttCWTTCWQ pccPhh ???????? /V kg h? KW? 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 37 25)t(tC 21ph ???? kwQW c (3) 計算平均溫度差 按單殼程、雙管程考慮，一側恒溫，求逆流時的平均溫度差： 熱流體 T ℃ → ℃ 冷流體 t 25℃ ← 15℃ △ t ℃ ℃ 3 . 353 . 36ttln ttt1212m ???? ????℃ （ 4）選 K值 ,估算傳熱面積 取 K=1000W/(m2℃) 23m ?? ???? K QS 由固定管板式換熱器的系列標準，初選型號為 G400Ⅱ 主要參數(shù)如下： 公稱 直徑 500mm 管子尺寸 φ 19 2 管子數(shù) 275 管長 管中心距 管程數(shù) Np 1 排列方式 正三角形 管程流通面積 ㎡ 實際換熱面積： )()( mLdnS oO ???????? ? 采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： )./( 23m00 ℃mWSQK ?????? 2 核算壓降 ① 管程壓降 ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? /Wc kg s? omtC?? ? ? 20 /K W m??℃ 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 38 選用φ 19 2 ㎜的碳鋼管 ? , 1?SN , 1?pN ， 3?? 管程流速： i ????? AM S? 30268 3iiii ?? ?????? ? ?R10000(湍流 ) 對于碳鋼管， 取管壁粗糙度ε = ㎜ ??i? 由λ — Re 關系圖中查得λ = 22ii1PLP ???????? ? 702 u( 22i2 PP ??????? ）?? pa FNNPPP ) ssp21i? ?????????????? ）（（ ② 殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? 其中 Fs=,Ns=1 管子為正三角形排列 F=, ??? 222221 1 8 )0 1 7 (4)(4mndDA oo??????? ? 在定性溫度 ttt 21 ????? ℃下查得 pc? = 3/%8%92 mkgpwph ???? ?? pcμ = spwph p a .14 3 9 %8%92 30????? μμ smAVAV OOso / 2??????? ? /iu m s? Re 30268i ? ?? 928 Pa?? ? ? ? /ou m s? 0Re 1565? 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 39 3 ?? ?????? ?? ?ooeo udR ?? R 2u1nf22osco1PNFP??????????????? ?）（， ? ? ∑ ′21′ ??? sso NFPPP 50kPa 計算結果表明 ,管程和殼程的壓降均能滿足設計條件 核算總傳熱系數(shù) ① 管程對流傳熱系數(shù) 30268ei ?R 10000 湍流 33i ipri ??????? ?? ?P iiii d?? ℃./ mW????? ② 殼程對流傳熱系數(shù) 4132327 2 ????????????????tdngroco ???? 式中 ? 、μ、ρ均為 蒸汽冷凝液 在 ℃時液體的物性參數(shù)。 r 為 飽和蒸汽 在 ℃下的汽化熱。 ?? ? [ 67 332 323 ???? ???? ] 41 = ③ 污垢熱阻 參考附錄 ,管內 ,外側污垢熱阻分別取 W　℃mRs i /)( 24 ??? ? ? 0 811 Pa?? ? Re 30268i ? Pr ? 2 /()iawm??℃ 0 pa? 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 40 W℃mRs o /)( 24 ??? ? ④總傳熱系數(shù) K ddd iom ????? 1 1o o oioi i i m oK d d b dRs Rsd d d? ? ?? ?? ? ? ??? paK343???????????? 實際換熱面積 233m ?? ????? KQS K值校正 2232 ?????? KKKKK 289 ????SS 故所選換熱器符合要求，安全系數(shù)為： ?? % 4 .接管的選擇 (1)管程流體進出口接管的選擇 根據(jù)液體一般在管中的流速大小，選擇原料液進出接管的流速為 ? ，則接管內徑為 00 1???? ??? ? SV 根據(jù)《化工原理教材上冊》附 錄 375 頁的熱軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 273mm di=260mm= 核算流速 2 ???? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適。 (2)殼程流體進口接管的選擇 根據(jù)飽和蒸汽一般在管中的流速大小，選擇水蒸汽進入接管時的蒸汽 3 pa? ? 2 ??? ? 管程 接 管選擇規(guī)格為 273 ? ? mm的 熱軋 無縫鋼管 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 41 的流速為 ? ，則接管內徑為 1u4d ? SV? 4164 ???? ?? 根據(jù)熱軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 426mm 9mm, mm40892426d i ??? 核算流速 smo 2 ???? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適。 （ 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的流速為? ，則接管內徑為 ???? ?? 根據(jù)《化工原理教材上冊》附錄 358 頁的冷軋無縫鋼管的標準規(guī)格選擇規(guī)格為φ 65mm ， di== 核算流速 2 ???? ?? 故選擇的接管規(guī)格合適 殼程 出口接管選擇規(guī)格為426 9? ? mm 的 熱軋 無縫鋼管 殼程 出口接管選擇規(guī) 為65 ? ? mm 的 熱軋 無縫鋼管 內蒙古工業(yè)大學本科課程設計 42 第 4 章 匯總表 塔頂預熱器 塔頂預熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器型式：固定管板式 管口表 換熱面積（ m2）： 符 號 尺寸(mm) 用途 連接形式 工藝參數(shù) a DN45 原料液入口 平面 名稱 管程 殼程 b DN45 原料液出口 平面 物料名稱 50%乙醇和50%水 120 ℃水蒸氣 c DN108 熱蒸氣入口 凹凸面 操作壓力 MPa d DN13 冷凝液出口 凹凸面 操作溫度℃ 120 e DN120 排氣口 凹凸面 流量 Kg/s f DN120 放凈口 凹凸面 流體密度Kg/m3 869 流速 m/s 傳熱量 W 105 總傳熱系數(shù) W/(m2℃ ) K計 K計 /K選 K選 傳熱系數(shù) W/(m2℃ ) 污垢系數(shù) (m2℃ )/W 104 104 壓力降 Pa 程數(shù) 4 1 推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 管子