乙醇-水精馏塔顶产品全凝器设计.docxVIP

PAGE  PAGE 14 《化工原理》课程设计说明书 题目： 6.9×104吨/年 乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计 姓名： 　 　 班级学号：　　 指导老师：　 　　 完成时间：　　 1.设计任务书 1.1设计题目 《乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计》 1.2设计任务及操作条件 处理能力 6.9×104 吨/年 产品浓度 含乙醇95%（w/w） 操作压力 常压 操作温度 78℃ 冷却介质 循环水，入口温度30℃，出口温度40℃ 允许压降 ﹤105 Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行。 1.3设计项目 设计方案简介 对确定的工艺流程及换热器型式进行简要叙述。 换热器的工艺计算 确定换热器的传热面积 换热器的主要结构尺寸设计 对本设计的评述 绘制换热器总装配图 一张主视图；一张剖面图；一张局部放大图（选作） 2.设计方案简介 2.1选择换热器的类型 因为夹套式换热器、套管式换热器、板式换热器等都有着传热面积小、金属消耗量大、流量小且处理量不大等缺点。因此列管式换热器由于其结构简单、坚固、适应性强、制造容易且处理量大等优点被广泛应用。 对于本次课设，初步选择使用的便是浮头式换热器。 2.2流动空间及流速的确定 循环水不清洁且易结垢，为方便水垢清洗。加之水流动压力比乙醇蒸汽高，液态水粘度较高，因此循环水应走管程。而作为饱和乙醇蒸汽在管间冷凝，易于及时排出冷凝液，且走壳程便于高温乙醇蒸汽的散热。 综上所诉，应使冷却水走管程，乙醇蒸汽走壳程冷凝。取管径为?25mm×2mm的不锈钢管，管内流速为1 m/s。 3.工艺流程草图及说明 如图所示，由精馏塔上升乙醇蒸汽作为进料。蒸出乙醇气体从1号接管进入换热器，再从2号接管流出进入冷凝液储槽。循环水从3号接管进入再从4号接管出来。到达冷凝液储槽的冷凝液，一部分作回流液回流，另一部分经冷却后为产品。 4.工艺计算及主体设备设计 4.1确定物性参数 壳程乙醇蒸汽定性温度为 T=78℃+78℃2=78℃ 管程冷却水的定性温度 t=30℃+40℃2=35℃ 因此，通过查阅课本文献获得以下数据 名称温度℃密度kg/m3导热系数 W/m-1?K-1粘度Pa·s比热容kJ/kg·℃比汽化热kJ/kg水35993.950.62657.274×10-44.174241295%乙醇78738.590.16475.566×10-43.550953.76 4.2计算总热负荷 乙醇的进料速度 q=6.9×104×100024×300×3600=2.4200kg/s 95%乙醇比汽化热 γ=0.95γ纯乙醇+0.05γ水 =885.1×0.95+2258.4×0.05 =953.76kJ/kg 因此可以计算出设备的热负荷 Q=q·γ=2.400kg/s×953.76kJ/kg=2289kw 4.3对于错流的平均温差的计算 求温度矫正系数 P=t2-t1T1-t1=40-3078-30=0.208 R=T1-T2t2-t1=0 通过差温差校正系数图中的1壳程图得其φ≈1，大于0.8 。因此，选用但壳程的列管式换热器。 78→7840←3038 48 逆流计算温差 Δtm=48+382=43℃ 校正后温差 Δtm=φΔtm=43℃ 4.4估算设备K值与换热面积A 于是根据书中表4-7的有机物粘度μ=0.5～1 mPa·s（乙醇为0.7274mPa·s）有机物冷凝—水体系K值的大致范围为200～700 W/m2·K 初选530 W/m2·K，得 A估=QK估Δtm=2289×1000530×43=100.44m2 换热器工艺结构尺寸 4.5管程流量的计算 水的流量可以通过热量恒算求得 Q=2289kw=q水·c水·Δt 既 q水=Qc水·Δt=2289kw4.174kJ/kg·℃×（40-30）℃=54.84kg/s 4.6通过估算面积和流量计算管程数和管子根数 管程管子选择?25mm×2mm的不锈钢