【正文】 垢熱阻 管子數(shù) n 245 管長(zhǎng) L/mm 4500 管中心距 mm 32 管程數(shù) Np 1 管子排列方式 正方形 管程流通面積 / 2m )/( 2600 ℃???????? mWtS QKm內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 根據(jù)《化工流體流動(dòng)與傳熱》書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為： W　℃mRs i /)(107 1 9 24 ??? ? W℃mRs o /)(108 5 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K 1 1o o oioi i i m oK d d b dR s R sd d d? ? ?? ?? ? ? ??? %%100900 ????? 選選計(jì) ）（ KKK 故所選擇的換熱器是合適的。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： 表 232 列管參數(shù) 公稱直徑 600mm 管子尺寸 φ 25 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 實(shí)際換熱面積 200 ?????? ）（）（ LdnS ? (1)管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? ??????? BBAA ww ??? 4 ????? ?? ?pi C 對(duì)于低粘度流體， iiii d?? 所以)/()( CmWi ????????? (2)殼程對(duì)流傳熱系數(shù) o? 若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)： 4132????????????????tdngroco ???? 式中 ? 、μ、ρ均為蒸汽在 ℃時(shí)液體的物性參數(shù)。 (1)熱負(fù)荷的計(jì)算 hkgV /4?? hkr J / ????? 64 ???????? rWQ h (2)冷卻水的消耗量 ? ?12 ttCWrWQ pcch ?????? cW =? ? 4612 ?????? ttC QW pc (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 ℃ ← ℃ 冷流體 t 15℃ → 35℃ △ t ℃ ℃ ℃52. 67 3ln63 .3/4 . 363. 3t ??? (4)初選 K值，估算傳熱面積 由表 3，取 K 選 =900 )/( 2℃mW ? . 傳熱面積 S： 26 mtK QSm?? ???? 由于兩流體溫差為 176?！?) 粘度μ Pa 根據(jù)定性溫度分別查取的物性參數(shù)如下： 表 231 塔頂冷凝器內(nèi)原料物性參數(shù) 名 稱 密度ρ Kg/m3 定壓比熱 Cp kJ/(Kg因碳鋼管價(jià)格低強(qiáng)度好，全凝器中的流體沒(méi)有腐蝕性，所以選用 碳鋼管。粘度大，流量較小的冷卻水易結(jié)垢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)。 流動(dòng)空間和管材的選用。 全凝器是把 ℃的含乙醇 91%的蒸汽冷凝為 ℃的的飽和液體，冷卻水的進(jìn)口溫度是 15℃，由于呼和浩特地區(qū)是缺水地區(qū)，所以選擇冷卻水的出口溫度為35℃。 (2)殼程流體進(jìn)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(jìn)入接管時(shí)的蒸汽的流速為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 smu /240 ?，則接管內(nèi)徑為 mmuqd v ???? ??? ? 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 108mm 3mm, di=102mm= 核算流速 smdqu v /)( 22 ???? ??? ? 故選擇的接管規(guī)格合適。 ? ? K PaPaNFPPP st ??????????? 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。 ??? nn c 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 ????? ?NtD 殼程流通面積 2222020 )()(4 mndDA ??????? ? 殼程流速 smAVu s / ????? 雷諾數(shù) 520xx ??? ???? ?? ?ud ???? ??f ? ? PauNFfnP sc )11( 22039。 (1)管程壓降 144????? ?????????K內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 ??? id? ? ? psti NNFPPP 21 ΔΔΔ∑ ?? 其中 ?TF, SN, 4PN? ， 3?? 3////1 mkg wwmBAM?? ??? ??? g m i g il x l???? 平均粘度 sPau m ???? ? 管程流速 smAwu im ci / ???? ? 雷諾數(shù) 44 ???? ??? ?? ?iii ud(湍流 ) 對(duì)于碳鋼管 ,取管壁粗糙度ε =，所以 由《食品工程原理》書的λ Re 關(guān)系圖中可查得 λ = PaudLP i 21 ??????? ?? PauP 222 ????????? ???????????? ?? K paK PaP i )( ????????? (2)殼程壓降 ? ? sso NFPPP ′21′ ΔΔΔ∑ ?? ,其中 Ft=（氣體）， Ns=1。 ) ( 4/143/2 320 ????? ????? ?W/ Cm ??2 (3)污垢熱阻 根據(jù)《化工原理課程 設(shè)計(jì)》書中的附錄二十查得管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為： W　℃mRs i /)(107 1 9 24 ??? ? W℃mRs o /)(108 5 24 ??? ? (4)總傳熱系數(shù) K mmd m 2025ln2025 ??? 1 1o o oioi i i m oK d d b dR s R sd d d? ? ?? ?? ? ? ??? 即 K 計(jì) =(m2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：表 222 列管參數(shù) 公稱直徑 325mm 管子尺寸 Φ 25 管子數(shù) n 40 管長(zhǎng) L/mm 3000 管中心距 mm 32 管程數(shù) Np 4 管子排列方式 正方形排列 管程流通面積 /m2 實(shí)際換熱面積 SO ? ? ? ?200 mLdnS ???????? ? 采用此換熱面積的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為： ? ?℃??? ????? mWS QK P / 3mp (1)管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? 熱導(dǎo)率： ?? 查表得出 ? ? ?????? BBAA ww ??? 4 ?????? ?k uC pi 對(duì)于低粘度流體， iiii d?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 所以 )/()( kmWi ???????? (2)殼程對(duì)流傳熱系數(shù) o? 若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)： 4132????????????????tdngroco ???? 式中 ? 、μ、ρ均為水在 125℃時(shí)液體的物性參數(shù)。 s 汽化熱 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 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℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) λ W/(m 根據(jù)定性溫度確定物性參數(shù) 熱流體： 125oC → 125oC 定性溫度為 T=125oC （絕對(duì)壓力 ） 冷流體： 20oC ← 定性溫度為 2 0 8 1 .9 ???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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 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。它們之間往往是矛盾的。 計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 計(jì)算出選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降，如超過(guò)工藝允許的范圍，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。比較 K 計(jì)和 K 選 ，若 K 計(jì) /K 選 =,則初選的設(shè)備合格。 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。這次采用單殼程多管程（ 4）固定管板式換熱器。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)。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。 表 121 工業(yè)一般流體流速 液體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 m／ s 管程 － 3 ＞ 1 5－ 30 殼程 － ＞ 2－ 15 為了節(jié)省水，可提高水的出口溫度，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。 因此，應(yīng)選擇適當(dāng)流速。 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。 不潔凈的或易結(jié)垢的流體宜走管程，便于清洗管子。 （ 2）待冷卻的流體宜走殼程，便于傳熱。影響選擇結(jié)果的因素很多，主要考慮以 下三方面： （ 1）粘度大的流體或流量小的流體宜走管程。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 4 的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。 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。直徑小于 400mm 的殼體通常用鋼管制成，大于 400mm 的用鋼板卷焊而成。 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。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。 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。 管板與管子的連接可脹接，焊接和脹焊并用。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)選擇正三角形的排列方式。本次設(shè)計(jì)采用ф 25 mm 碳鋼管。 在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用ф 19mm 2mm 直徑的管子更為合理。 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)選擇主要考內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 慮傳熱效果、耐腐蝕性能、可焊性等。固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分。固定管