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工业酒精精馏塔的换热器的设计计算案例

目录

TOC\o1-3\h\u10703工业酒精精馏塔的换热器的设计计算案例 1

142861.1塔釜间接蒸汽加热 1

236721.2塔顶蒸汽冷凝器 2

67791.3塔顶产品冷却器 5

216631.4塔底釜液冷却器 7

84701.5汇总 9

列管换热器具有构造较简单、结构坚固、性能可靠、加工和安装制造难度比较低、应用范围广等优点，所以广泛应用在石油化工的生产场所中。本设计采用列管式间壁式换热器，传热计算的基本方程为传热速率方程见公式(4-1)。

Q

(4-1)

其中，Q—热负荷(W)；K—传热系数[W/(m2?℃)]；A—传热面积(m2)；?tm—有效平均温度差(℃)[NOTEREF_Re\h32]。

1.1塔釜间接蒸汽加热

塔釜再沸器用于加热塔釜料液使之部分气化产生气液两相，随后气相上升再经过多次部分气化部分冷凝，最终使酒精浓度不断得到提高。本设计中，乙醇—水体系中，水是难挥发组分，在塔底的浓度高，所以塔底再沸采用间接水蒸汽加热的方式，来提高传热的效果。因为采用泡点进料，q=1，所以提馏段的蒸汽流量等于精馏段蒸汽流量。即：

V=V=801.17kmol/h

（1）查液体汽化潜热共线图[陈敏恒,丛德滋,方图南

陈敏恒,丛德滋,方图南等.《化工原理》上册[M].第三版.北京:化学工业出版社,2006.

①乙醇：tc?t=243?98.76=144.24℃，其中tc为临界温度，℃

r=A

(4-2)

其中拟合参数A=113，B=0.4218，所以：

r=113×144.24

②水：tc?t=374?78.23=275.24℃，其中tc为临界温度，℃；t

r=A

(4-3)

其中拟合参数A=445.6，B=0.3003，所以：

r=445.6×

③塔顶的潜热：

r

其中xi

（2）计算塔釜液体再沸所需的热量：

塔底蒸汽：V=803.95kmol/h，塔底气相平均分子量为18.44kmol/kg，换算成质量流率：

q=803.95×18.44=14824.84kg/h

塔釜液体再沸所需的热量的计算方法见公式(4-4)。

Q=q

(4-4)

代入数据，得：

Q=14824.84×2351.84=

设实际的热损失为5%,则：

Q

（3）计算需要的蒸汽量：

利用温度为120℃的饱和水蒸汽作为载热体，已知其单位冷凝热为r=2205.2kJ/kg，设需要的蒸汽量为q水蒸汽

q

(4-5)

代入数据，得：

q

1.2塔顶蒸汽冷凝器

用水作冷流体使塔顶馏出物全部由78.23℃蒸汽冷凝成78.23℃的液相。设冷却水与塔顶蒸汽交换热量后，温度从20℃升到30℃。冷却水硬度较高，受热后容易结垢，在管内冷却水比较容易维持高速，可避免悬浮颗粒大量沉积在管内，故走冷却水管程。塔顶蒸汽走壳程。

（1）查液体汽化潜热共线图得，78.23℃时：

①乙醇：tc

r=113×

②水：tc

r=445.6×

③塔顶的潜热：

r

其中xi

（2）计算塔顶馏出物冷凝放出的热量：

塔顶馏出的蒸汽速率：V=803.95kmol/h，塔顶气相平均分子量为40.88kmol/kg，换算成质量流率：

q=803.95×40.88=32865.48

根据公式(4-4)，塔顶馏出物冷凝放出的热量：

Q=q

（3）计算所需的冷却水量：

冷却水定性温度为：

20+30

查水的物理性质表得，25℃时，水的比热容：内插法得：

CP=1.179kj/(kg?

所需的冷却水量计算方法见公式(4-6)。

Q=

(4-6)

代入数据Q=3.60×107kj/h，则：

q

（4）计算冷热流体的对数平均温差：

逆流时：T1=78.23℃，T2=78.23℃，t2=30℃，t

?

(4-7)

代入数据，得到冷热流体的对数平均温差和平均温差校正系数P、R、ψ：

?

P=

R=

ψ=(

平均温差校正方法见公式(4-8)。

?

(4-8)

代入数据，得?tm=52.98

查换热器常见流体大致范围表，见表4-1。

表4-1换热器常见流体的传热系数大致范围表

Table4-1Tableoftheapproximaterangeofheattransfercoefficientofcommonfluidsinheatexchanger

管程

壳程

总传热系数

/[W/(m3·℃)]

水（流速为0.9~1.5m/s）

水

冷水

冷水

冷水

盐水

有机溶剂

轻有机物μ0.5mPa·s

中有机物μ=0.5~1mPa·s

重有机物μ1mPa·s

水（流速为1m/s）

水

水（流速为0.9~1.5