年产3.7万吨酒精精馏系统换热器设计

内蒙古工业大学课程设计任务书

课程名称：化工原理学院：化工学院班级：化11-3学生姓名学号： \ 指导教师：马克思、恩格斯

前言

化工原理课程设计是针对学习化工原理课程的学生开设的具有强化性的实训课程。课程设计主要是提高学生的动手能力，设计能力以及对化工原理课程内容的掌握。

在此次化工原理课程设计中，设计任务多种多样，列管换热器的设计便是其中之一。换热器是工业常用设备之一，在工业生产中扮演着重要的角色。换热器主要作用是对工业原料及产物的热性质进行改变。根据用途主要又分为加热器与冷凝器。常用换热器主要有固定板式换热器、浮头式换热器、U型换热器等。

在课设中主要选用固定板式换热器，对其进行了物料衡算、换热管的选择、换热器的选型等一系列工业设计。熟悉掌握换热器的化工工艺用途、设计方法、设计注意事项。

在设计过程程中查阅相关资料获得所需物料的物化特性，在遇到不懂设计难题向老师提问有关问题，对我们的设计是至关重要的，同时这也是我们必须学习掌握的一门技巧。

目录

摘要 (1)

符号说明 (2)

第一章换热系统的流程方案的确定 (3)

1.1换热系统的流程方案的设计 (3)

1.2换热器设计方案的确定 (3)

1.2.1换热器类型的选择 (3)

1.2.2固定管板式换热器结构的确定 (3)

1.2.3流体流动空间的选择 (5)

1.2.4 流体流速的选择 (5)

1.2.5流体进出口温度的确定 (5)

1.2.6接管的确定 (5)

1.2.7管程和壳程数的确定 (6)

1.3固定管板式换热器的设计计算 (6)

1.3.1设计计算步骤 (6)

1.3.2传热计算的主要公式 (6)

第二章设计的工艺计算 (11)

2.1全塔物料恒算 (11)

2.2原料预热器的设计和计算 (11)

2.2.1 确定设计方案 (11)

2.2.3换热器的衡算 (12)

2.3塔顶冷凝器的设计和计算 (18)

2.3.1确定设计方案 (18)

2.3.2 根据定性温度确定物性参数 (18)

2.3.3 塔顶冷凝器换热器的衡算 (19)

2.4塔顶冷却器的设计 (24)

2.4.1 确定设计方案 (25)

2.4.2 根据定性温度确定物性参数 (25)

2.4.3 塔顶冷却器换热器的衡算 (25)

2.5塔底再沸器工艺粗算 (30)

2.6塔底冷却器换热器的粗算 (31)

2.7离心泵的选型与计算 (32)

2.7.1物性参数的获取 (33)

2.7.2离心泵的选型 (33)

第三章汇总表 (35)

3.1原料预热器汇总表 (35)

3.2塔顶冷凝器汇总表 (36)

3.3塔顶冷却器汇总表 (37)

主要参考文献 (38)

附录 (39)

致辞 (41)

附图 (42)

摘要

在石油、化工、食品加工、轻工、制药等行业的生产过程中，换热器是通用工艺设备，可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，换热器类型，性能各异，但设计所依据的传热基本原理相同，不同之处是在结构设计上需要根据各自设备特点采用不同的计算方法。

换热器伴随工业生产的始终，其效果的好坏直接影响化工生产的质量和生产效益，为了完成年产3.7万吨酒精的生产任务并节约能源，减少对环境的污染，本次换热器设计的思路为用塔底釜残液的热量来先加热原料液，是原料液加热到一定温度，然后再用高温蒸汽来加热原料液。塔顶酒精蒸汽经过全凝器，用冷却水是酒精蒸汽冷却至液体，再经过冷却器是产品冷却至35度。

固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50。C且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。补偿圈的弹性变形可减少温差应力，这种补偿方法使用于两流体温差小于70。C，且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。

关键词：换热器、冷却器、全凝器、预热器。

符号说明

Q ——传热速率(即热负荷)，W ；

K ——总传热系数，W ／(m 2．℃)；

S ——与K 值对应的换热器传热面积，m 2；

Δtm ——平均温度差，℃。

W ——流体的质量流量，kg ／h ；

Cp ——流体的平均定压比热容，J ／(kg ·℃)；

T ——热流体的温度，℃；

t ——冷流体的温度，℃；

r ——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ ／kg 。

K 。——基于换热器外表面积的总传热系数，w ／((m 2．℃)；

i α O α——基于管内及管外的对流传热系数，w ／(m 2·℃)；

R so 、R si —一分别为管外侧及管内侧表面上的污垢热阻，(m 2．℃)／w;

d o 、d i 、d m ——分别为换热器列管的外径、内径及平均直径,m ；

b ——列管管壁厚度, m ；

k 一列管管壁的导热系数，w ／(m ·℃)

Δt ——蒸汽的饱和温度与壁温之差，

n c ——水平管束在垂直列上的管数；

1P ∆——直管中因摩擦阻力引起的压力降Pa ；

2P ∆——回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa ；

t F ——结垢校正系数，无因次，φ25×2.5mm 的换热管取1.4；φ19×2mm 的换

热管取1.5；

s N ——串联的壳程数；

p N ——管程数。

ξ—— 阻力系数，列管换热器管内ξ=3

B N ——折流挡板数目；

0u ——按壳程流通面积S o 计算的流速，m/s 。