年产3.2万吨酒精精馏系统 换热器设计

学校代码： 10128

学号：************

课程设计说明书

题目：年产 3.2万吨酒精精馏系统

换热器设计

****：***

学院：化工学院

班级：制药11-2班

指导教师：智科端

二零一四年三月十日

内蒙古工业大学课程设计任务书

学院（系）：化工学院课程名称：化工原理指导教师（签名）：智科端

专业班级：制药11-2学生姓名：白晨洁学号： 201120515030

前言

化工原理课程设计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。通过课程设计，达到综合运用化工原理课程的基本知识、基本原理和基本计算，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务的能力。掌握化工单元操作设计的主要程序和方法；树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的科学工作作风。

在工业生产过程中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。

换热器作为工艺过程必不可少的单元设备，可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。广泛应用于石油、化工、动力、轻工业、制药、生物等行业的生产过程中，据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的30%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数的40%。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影响，充分理解与掌握换热器的应用，对我们而言也有着十分重要的意义。

换热器的类型、性能各异，各种形式的换热器各具特点。换热器的种类很多，但设计所依据的传热基本原理相同。为此，本书仅对设计成熟、应用广泛的固定管板式换热器的工艺设计做一介绍，其中包含了物性参数的选择与计算、生产工艺流程图、原料预热器的粗算、塔顶全凝器的精算、离心泵的选择、以及个人对此设计的理解和感想。

在本书的编写过程中参考了各种文献资料，结合实际生产需求，采用了科学严谨的计算方法，设计出了比较符合生产实际、经济实惠的固定管板式换热器。设计期间有智老师的精心指导、同学之间的相互帮助，为此表示衷心感谢。

摘要

固定管板式换热器在很多工业部门中仍处于主导地位，是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少工业设备。随着我国工业的不断发展，对资源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究将十分活跃。

本书对年产3.2万吨酒精精馏系统换热器进行设计介绍。

设计总体思路：原料液经离心泵输送至预热器，预热后再被送进精馏塔，乙醇混合气体经精馏塔顶进入全凝器，经冷却乙醇由蒸汽变为液体，再通过分配器将其部分回流，塔顶馏出液再经过塔顶冷却器冷却储存，作为产品。塔底重组分由再沸器送回精馏塔继续分离，达到要求后再被冷却回收。

设计过程中本着经济、效率的原则选择合适的换热器，核算换热器的传热系数、压强降，确保设备的安全系数在合理的范围内。在课程设计中，熟悉掌握换热器的用途、设计方法、及注意事项。

关键词：固定管板式换热器；预热器；全凝器；对流传热系数；压降；离心泵。

符号说明

Q ——传热速率(即热负荷)，W ；

S ——与K 值对应的换热器传热面积，2m ；

K ——总传热系数，W ／(2m ．℃)；

W ——流体的质量流量，h Kg /；

m t ∆——平均温度差，℃。

p C ——流体的平均定压比热容，Kg KJ （

/.℃)； T ——热流体的温度，℃；

t ——冷流体的温度，℃；

r ——饱和蒸气的冷凝潜热，Kg KJ /。

o K ——基于换热器外表面积的总传热系数，W ／(2m ．℃)；

i α O α——基于管内及管外的对流传热系数，W ／(2m ．℃)；

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

m o i d d d 、、——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 ／(2m ．℃)；

t ∆——蒸汽的饱和温度与壁温之差，

c n ——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强降，Pa ；

2P ∆——回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，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；

o u ——按壳程流通面积o S 计算的流速，s m /。

目录

第一章 换热系统的流程方案的确定 (8)

1.1换热系统的流程方案的设计 (8)

1.2 换热器设计方案的确定 ............................ 错误!未定义书签。

1.2.1换热器类型的选择 ........................... 错误!未定义书签。

1.2.2固定管板式换热器结构的确定 ................. 错误!未定义书签。

1.2.3流体流动空间的选择 ......................... 错误!未定义书签。

1.2.4 流体流速的选择 .......................... 错误!未定义书签。

1.2.5流体进出口温度的确定 ....................... 错误!未定义书签。

1.2.6接管的确定 ................................. 错误!未定义书签。

1.2.7管程和壳程数的确定 ......................... 错误!未定义书签。

1.3固定管板式换热器的设计计算 ...................... 错误!未定义书签。

1.3.1设计计算步骤 ............................... 错误!未定义书签。

1.3.2传热计算的主要公式 ......................... 错误!未定义书签。

第二章 设计的工艺计算 .................................. 错误!未定义书签。

2.1 全塔物料恒算 .................................... 错误!未定义书签。

2.2 原料预热器的设计和计算 .......................... 错误!未定义书签。

2.2.1 确定设计方案 .............................. 错误!未定义书签。

2.2.2 根据定性温度确定物性参数 .................. 错误!未定义书签。

2.2.3预热器的工艺计算 (21)

2.3塔底再沸器的计算 (32)

2.4塔底冷却器计算 (34)

2.5 塔顶冷却器的设计 (36)

2.5.1 确定设计方案 (36)

2.5.2 根据定性温度确定物性参数 (37)

附录 (43)