酒精精馏换热器课程设计

列管换热器的应用已有悠久的历史，在很多工业部门中，列管换热器仍处于主导地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型的换热器相继问世。
符号说明
Q——传热速率(即热负荷)，W；
K——总传热系数，W／(m2．℃)；
酒精精馏换热器课程设计
课程设计说明书
题目：年产3.7万吨酒精精馏换热
器来自百度文库计
学生姓名：
学院：化工学院
班级：
指导教师：
2011年7月8日
摘要
在石油、食品加工、轻工、制药、重工业等行业的生产过程中，换热器是必用工艺设备，可用作加热器、冷却器、冷凝器、全凝器、蒸发器和再沸器等，换热器类型，性能不同，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。由于生产的规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。
——直管中因摩擦阻力引起的压力降Pa ；
——回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa；
——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；
——串联的壳程数；
——管程数。
ξ—— 阻力系数，列管换热器管内ξ=3
——折流挡板数目；
——按壳程流通面积So计算的流速，m/s
关键字：换热器、设计、加工
前言
课程设计是化工原理课程中综合性和实践性较强的一个环节，它是理论联系实际的桥梁，是进行体察工程实际问题复杂性的初次尝试。
工业生产中过程中，两种物流之间热的交换通过换热器实现。在石油、化工、食品加工、轻工、制药等行业的生产过程中，换热器是通用的工艺设备，可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，换热器的类型性能各异，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，本次设计采用应用广泛的列管换热器。
本次设计任务是年产3.7万吨酒精精馏系统换热器设计，其中包括了生产工艺流程中四个换热器：原料预热器、塔顶全凝器、塔顶冷却器、塔底冷却器。对每个换热器进行了精算，经反复选择与核算之后，选取了合适的换热器类型及其结构尺寸等其他工艺指标要求。
此次设计参考了较多的文献资料，结合实际生成需求采用了科学严谨的计算方法和精确严密的计算步骤，设计出了较符合生成需求，经济实惠，安全可靠，操作简便，易于清洗、维修的列管换热器。
本次换热系统为精馏系统的换热设备，包括原料预热器，塔顶全凝器，塔顶产品冷却器，塔底再沸器，塔底残液冷却器。对原料预热器和塔顶产品冷凝器进行精算，塔顶冷却器和塔底残液冷却器只作初算，而塔底再沸器不作要求。
1.3 换热器设计方案的确定
1.3.1换热器的类型
列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广，历史悠久，设计资料完善，并已有系列化标准，特别是在高温、高压和大型换热设备中占绝对优势。
1.2 换热系统流程方案的设计
进行换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方框图并选用适当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。
流程方案图的初步设计中，考虑使用塔底残液的废热来预热原料液，达到废热再利用的效果，实现节能减排，资源的综合利用。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
换热器伴随工业生产的始终，其效果的好坏直接影响工业生产的质量和生产效益，为了完成年产3.7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达到酒精泡点温度再进精馏塔。塔顶酒精蒸汽经过全凝器，用冷却水将酒精蒸汽冷却至液体，再经过冷却器是产品冷却至35度。
S——与K值对应的换热器传热面积，m2；
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 ——饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ／kg。
K。——基于换热器外表面积的总传热系数，w／((m2．℃)；
不同形式的列管换热器主要针对换热器管程与壳程流体的温度差的不同设计。由于列管式换热器管束与壳体内通过流体的温度不同，会引起管束与壳体热膨胀程度的差异，若两侧流体的温度差较大时，就可能由于热应力二引起管子弯曲或使管子从管板上拉托，因此，必须考虑热补偿。根据热补偿方法的不同，列管换热器有以下几种形式。
1、固定管板式换热器
——基于管内及管外的对流传热系数，w／(m2·℃)；
Rso、Rsi——分别为管外侧及管内侧表面上的污垢热阻，(m2．℃)／w;
do、di、dm——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，
nc——水平管束在垂直列上的管数；
第1章 确定设计方案
1.1设计设备在生产中的作用
换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，是必不可少的单元设备，在生产中占有很重要的地位。据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装备建设总投资的30%-40%；在合成氨厂中，换热器占全部设备台数的10%，由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。