【精编完整版】年产3466万吨酒精精馏系统换热器毕业论文说明书

此文档为WORD格式，下载后您可任意编辑修改（毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名日期指导教师签名日期使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名日期学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名日期年月日导师签名日期年月日内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称食品工程原理学院班级学生姓名学号指导教师一、题目年产36万吨酒精精馏系统换热器设计二、目的与意义课程设计是“食品工程原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计，从以下几个方面对学生进行训练1查阅资料、选用公式和搜集数据的能力；2树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；3迅速准确地进行工程计算（包括电算）的能力；4用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）1设计原始数据精馏原料粗酒精含乙醇50,水50质量分率,由20预热至泡点819；塔顶产品含乙醇不低于93,783饱和蒸汽冷凝为饱和液体回流，产品冷却为35液体储存；塔底残液含乙醇不高于05,993冷却为35液体。精馏过程回流比R2呼和浩特地区水温152设计要求（1）确定换热系统的流程方案，并将流程方案绘制成带控制点的流程图；（2）为所制定的流程方案配置换热器并选型；（3）选择并确定塔顶冷凝器、塔顶产品冷却器和原料预热器的结构尺寸包括设计计算换热器的热负荷、传热面积、换热器接管、壳体、管板、隔板等；（4）核算总传热系数和换热器流动阻力,选择原料泵；（5）绘制塔顶产品冷却器的总装图；（6）编写课程设计说明书。四、工作内容、进度安排第1日设计动员，下达设计任务，讲解设计方案的确定方法、设计过程的步骤及注意事项，查阅收集相关图书资料，1天第28日确定方案并进行设计计算7天第910日绘图2天第1112日整理设计数据，编写设计说明书2天五、主要参考资料1柴诚敬，张国亮化工流体流动与传热M北京化学工业出版社，20032姚玉英等化工原理M天津天津科学技术出版社，20013贾绍义，柴诚敬化工原理课程设计M天津天津大学出版社，20064化学工程手册编委会化学工程手册第1篇，化工基础数据M北京化学工业出版社，19895贺运初换热器的传热强化与优化设计J化工装备技术1997，18（2）25286钱颂文，朱冬生，李庆领，等管式换热器强化传热技术M北京化学工业出版社，2003审核意见系（教研室）主任（签字）年月日摘要本次课程设计是对同学们自己动手查阅资料，设计流程，应用公式等等综合能力的考查。在此次设计过程中我设计了年产36万吨酒精精馏换热器，其中包括原料预热器、塔顶全凝器，塔顶冷却器，塔底再沸器，塔底冷却器的设计。自6月27日开始查阅相关资料，经过两天的查阅，基本对工艺流程与接下来要做的事有了基本的了解。在设计过程中大家一起集思广益，遇到难点时一起讨论，对原料预热器、塔顶全凝器、塔顶产品冷却器、塔底残液冷却器、塔底再沸器进行计算。其中只对原料预热器、塔顶全凝器和塔顶产品冷却器进行精算；其余只进行粗算。关键词换热器、冷却器、全凝器、预热器。目录前言1第一章换热系统的流程方案的确定211换热系统的流程方案的设计212换热器设计方案的确定2121换热器类型的选择2122固定管板式换热器结构的确定2123流体流动空间的选择4124流体流速的选择4125流体进出口温度的确定4126接管的确定5127管程和壳程数的确定513固定管板式换热器的设计计算5131设计计算步骤521全塔物料恒算622原料预热器的设计和计算6221确定设计方案6222根据定性温度确定物理参数6223换热器的衡算723塔顶冷凝器的设计和计算12231确定设计方案12232根据定性温度确定物性参数13233换热器的衡算1424塔顶冷却器的设计19241确定设计方案19242根据定性温度确定物性参数19243换热器的衡算2025塔底冷却器的设计25251确定设计方案25252根据定性温度确定物性参数25253换热器的衡算2626塔底再沸器工艺粗算27第三章汇总表3131原料预热器结果汇总表3122塔顶全凝器结果汇总表3223塔顶冷却器结果汇总表33第四章课程设计评论34心得体会35参考文献36附录37致谢39前言列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。在化工、石油动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的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。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸在工业生产中，要实现热量的交换，需采用一定的设备，此种交换热量的设备统称为换热器。第一章换热系统的流程方案的确定11换热系统的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案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。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叶冷却器只作初算，而塔底再沸器不作要求。12换热器设计方案的确定121换热器类型的选择对于所选择的换热器，应尽量满足以下要求具有较高的传热效率、较低的压力降；重量轻且能承受操作压力；有可靠的使用寿命；产品质量高，操作安全可靠；所使用的材料与过程流体相容；设计计算方便，制造简单，安装容易，易于维护与维修。在实际选型中，这些选择原则往往是相互矛盾、相互制约的。在具体选型时，我们需要抓住实际工况下最重要的影响因素或者说是所需换热器要满足的最主要目的，解决主要矛盾。本文中两流体温差介于50和70之间的选择带补偿圈的固定管板式换热器，小于50的选择固定管板式换热器。根据制定的流程方案，可选择带补偿圈的和不带补偿圈的固定管板式换热器，此类换热器的结构简单，价格低廉，宜处理两流体温差50到70且壳方流体较清洁及不宜结垢的物料，流体压强不高于600KPA的情况。122固定管板式换热器结构的确定固定管板式换热器由管板、壳体、封头等组成。固定管板式换热器最容易出现的故障就是管子和管板连接部分泄漏。所以必须注意固定管板式换热器的连接方法和质量。固定管板式换热器主要分为管程和壳程两大部分。1221管程结构换热器管程由换热管、管板、封头或管箱组成。1、换热管布置和排列间距管束的多少和长短由传热面积的大小和换热器结构来决定，它的材质选择主要考虑传热效果、耐腐蚀性能、可焊性等。常用管径和壁厚有192，2525等；管长有1500MM、2000MM和3000MM；材料有普碳钢或不锈钢等。在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用19MM2MM直径的管子更为合理。这次用到的换热器的压力不大，换热器中流体没有腐蚀性，所以选择2525MM碳钢管。本次设计采用2525MM碳钢管。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圆排列，正三角形排列比较紧凑，管板利用率高，管外流体湍动程度高，对流传热系数大，但管外清洗较困难；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。本次设计选择正三角形的排列方式。2、管子与管板及其连接方式的选择管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。列管式换热器管板是用来固定管束连接壳体和端盖的一个圆形厚板，它的受力关系比较复杂。厚度计算应根据我国“钢制压力容器设计规定”进行，一般采用20到30个毫米的。管板与管子的连接可胀接，焊接和胀焊并用。焊接法应用广泛，这次用到的换热器内流体温度不高，压力不大，所以选择焊接的方式连接管子和管板。3、封头、管箱的确定列管式换热器管箱即换热器的端盖，也叫分配室。用以分配液体和起封头的作用。压力较低时可采用平盖，压力较高时则采用凸形盖，用法兰与管板连接。检修时可拆下管箱对管子进行清洗或更换。1222壳程结构壳程内的结构，主要由折流板、支承板、纵向隔板及缓冲板等元件组成。1、换热器壳体的确定根据管间压力、直径大小和温差力决定它的壁厚；由介质的腐蚀情况决定它的材质。直径小于400MM的壳体通常用钢管制成，大于400MM的用钢板卷焊而成。根据工作温度选择壳体材料，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。2、列管式换热器折流板的作用是；增强流体在管间流动的湍流程度；增大传热系数；提高传热效率。同时它还起支撑管束的作用。这次设计中的原料预热器和塔顶全凝器的壳程走的是蒸汽所以不安装折流板。123流体流动空间的选择在列管式换热器的设计计算过程中，需要预先确定哪一种流体走管程，那种流体走壳程，成为流体流动空间的选择。影响选择结果的因素很多，主要考虑以下三方面1传热效果（1）粘度大的流体或流量小的流体宜走管程。将两流体中热阻较大的一方安排在壳程，可提高对流传热系数，强化传热。（2）待冷却的流体宜走壳程，便于传热。2设备结构高压的流体、腐蚀性的流体宜在管内流过。3清洗方便不洁净的或易结垢的流体宜走管程，便于清洗管子。饱和蒸汽一般通入壳程以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，壳程可不必清洗。124流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。因此，应选择适当流速。下表列出工业一般采用的流体流速范围。表121工业一般流体流速液体的种类一般液体易结垢液体气体管程0531530流速MS壳程021505215125流体进出口温度的确定为了节省水，可提高水的出口温度，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。设计时可采取冷却水两端温差为810。缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。对于热流体的温差可根据工艺要求计算。126接管的确定接管的选择与流体的流速和流量有关。冷凝器的管程进出口接管直径通常直径较大采用热轧无缝钢管，管壁较厚，壳程流体出口接管选择冷轧无缝钢管。这次设计的为酒精精馏换热器，压力、流量都不大，所选接管的壁厚也不大。127管程和壳程数的确定当管内流体流量较小时，会使管内流速较低，对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，将导致管程流体阻力增加，面积的利用率也降低。这次采用单壳程多管程（2、4）固定管板式换热器。13固定管板式换热器的设计计算131设计计算步骤1311系统物料衡算根据产量要求，计算换热系统的原料量、产品量，再进一步确定所需计算的换热器，逐步进行换热器的选用。1312选用换热器1、热负荷的计算，冷却介质用量的计算或加热介质用量的计算；2、平均温度差的计算，当两侧流体均为变温传热时，应进行温度差的校正；3、流动空间的选择；4、初估总传热系数，计算换热面积，初选换热器。1313核算总传热系数计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，在计算总传热系数K计。比较K计和K选，若K计K选11125,则初选的设备合格。否则需另设K选值，重复以上计算步骤。1314计算管、壳程压强降计算出选设备的管、壳程流体的压强降，如超过工艺允许的范围，要调整流速，再确定管程数，或选择另一规格的换热器，重新计算压强降直至满足要求为止。1315接管尺寸计算通常，进行换热器的设计时，应在满足传热要求的前提下，再考虑其他的问题。它们之间往往是矛盾的。例如，若换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换热器的表面积，总传热系数和压强降降低，又受到安装换热器允许的尺寸的限制，且换热器的造价也提高了。第二章设计的工艺计算21全塔物料恒算根据设计要求可知塔顶产品乙醇的质量D32万吨，乙醇的质量分数XD092,精馏原料粗乙醇的质量分数XF05,塔底残液乙醇的质量分数XW0005由求得回流比R2所以HKGDLV/10534322原料预热器的设计和计算221确定设计方案1选择换热器的类型换热器中两流体温度差不大，壳程压力较小，故可选择固定管板式换热器。2流动空间和管材的选用设计任务的热流体为水蒸汽，冷流体为原料液乙醇。由于蒸汽比较干净不易结垢，所以蒸汽走壳程以便于及时排除冷凝液，原料液中可能含有杂质、易结垢，而粘度大、流量较小的原料液中的水为易结垢液体，所以原料液走管程便于清洗管子。因碳钢管价格低强度好，预热器中的流体没有腐蚀性，所以选用碳钢管。222根据定性温度确定物性参数热流体125125定性温度为T125（绝对压力02MPA）冷流体20819定性温度为。根据定性温度分别查取的物性参数如下表221预热器内原料物性参数名称密度KGM3定压比热CPKJKG导热系数WM粘度PAS汽化热RKJKG乙醇液（5095）76427301570104水（5095）98814170655494105水120294314260068622373104水蒸汽12021127322046223换热器的衡算原料预热器的工艺计算1估算传热面积，初换热器1热负荷的计算05273417345KJHWHKGCWQP3631054/10952984T2蒸汽的消耗量3计算平均温度差一侧恒温，求逆流时的平均温度差蒸汽T125125原料液T20819T1054315691430LNLTT12M计算R无需校正初选K估算传热面积，参照换热器，取K选900WM2传热面积S865901234MTQ5初选换热器型号由于两流体温差大于50，小于70，可选用带有补偿圈的固定管板式换热器。主要参数如下表222列管参数公称直径325MM管子尺寸2525管子数N40管长LMM3000管中心距MM32管程数NP4管子排列方式正方形排列管程流通面积M200031实际换热面积SO203970614306LDN采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为MWSQKP/79563972T3MP3核算总传热系数1管程对流传热系数热导率查表得出40815605BAW7934813PRKUCPI对于低粘度流体，所以/7631491043028208KMWI2壳程对流传热系数若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式计算冷凝传热系数41323750TDNGROCO式中、均为水在125时液体的物性参数。为水在125下的汽化热。W683250212435768958019204/1/33污垢热阻根据化工原理课程设计书中的附录二十查得管内、外侧污垢热阻分别为WMRSI/107924O854总传热系数K11OOOIIMODBDRSRS即K计107581WM24190/81075/选选计故所选择的换热器是合适的。3核算压降1管程压降PSTINFP21其中,，平均粘度管程流速SMAWUIMCI/98031985762雷诺数湍流1040RE4IID对于碳钢管,取管壁粗糙度01MM，所以由食品工程原理书的RE关系图中可查得0032PAUDLPI431972805032198722KPAPPI5091748912354972壳程压降,其中FT10（气体），NS1。SONP21因管子排列方式为正三角形，所以F03。5374019NC301/42/05NTD壳程流通面积222200593014MNDA壳程流速SVUS/68590雷诺数5067410342RE50D8675282800FPAUNFFNPSC42013153031201因壳程通过的是水蒸汽，故不需加折流挡板，即NB0，因此。KPAFPST542042210计算结果表明,管程和壳程的压降均能满足设计要求。4接管的选择1管程流体进出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择原料液进出接管的流速为，则接管内径为MUQDV9436098572143根据化工流体流动与转热附录二十二的热轧无缝钢管的标准规格选择规格为50MM3MM,DI44MM0044M核算流速SMDQUIVI/94136085704139422故选择的接管规格合适。2壳程流体进口接管的选择根据饱和蒸汽一般在管中的流速大小，选择水蒸汽进入接管时的蒸汽的流速为，则接管内径为MUQDV810362914304根据热轧无缝钢管的标准规格选择规格为108MM3MM,DI102MM0102M核算流速SDQUV/9236029101432故选择的接管规格合适。（3）壳程流体出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择冷凝液流出接管时的流速为，则接管内径为MUQDV42536097514,3根据化工流体流动与转热附录二十二的冷轧无缝钢管的标准规格选择规格为32MM3MM，DI26MM0026M核算流速SDQUI/87136059702143V故选择的接管规格合适23塔顶冷凝器的设计和计算231确定设计方案1、选择换热器的类型。全凝器是把783的含乙醇91的蒸汽冷凝为783的的饱和液体，冷却水的进口温度是15，由于呼和浩特地区是缺水地区，所以选择冷却水的出口温度为35。全凝器中两种流体温度变化不大（5070），选择带补偿圈的固定管板式换热器。2、流动空间和管材的选用。由于蒸汽是热流体且比较干净不易结垢，蒸汽走壳程便于散热，可提高冷却效果，不必清洗管子而且便于及时排除冷凝液。粘度大，流量较小的冷却水易结垢走管程便于清洗管子，此外还可以提高流速以增大其对流传热系数。所以，蒸汽走壳程，冷却水走管程。因碳钢管价格低强度好，全凝器中的流体没有腐蚀性，所以选用碳钢管。232根据定性温度确定物性参数热流体T783783冷流体T1535T633433冷流体的定性温度为25热流体的定性温度为T783。根据定性温度分别查取的物性参数如下表231塔顶冷凝器内原料物性参数名称密度KGM3定压比热CPKJKG导热系数，WM粘度PAS汽化热RKJKG乙醇（783）7367753840153244104864乙醇蒸气（783）1624818046002210381105水（783）9965417820672836202104水蒸气（783）02752062280364210323118冷却水25997641810603209535103233换热器的衡算塔顶冷凝器的工艺计算1估算传热面积，初选换热器。1热负荷的计算HKRJ/3469582107864930610205WQH2冷却水的消耗量12TCRPCH46120840TPC3计算平均温度差按单壳程、双管程考虑，一侧恒温，求逆流时的平均温度差热流体T783783冷流体T1535T6335334初选K值，估算传热面积由表3，取K选900传热面积S26847590124MTKQSM由于两流体温差为5267C（5070），选择带有补偿圈的固定管板式换热器。根据固定管板式换热器的系列标准，初选的固定管板式换热器型号为JBT主要参数如下表232列管参数实际换热面积20M316805420132456）（）（LDNS2核算总传热系数1管程对流传热系数62703072930BAW167418PR4PIC对于低粘度流体，所以/21093702023484CMWI2壳程对流传热系数若蒸汽在水平管束上冷凝，用下式计算冷凝传热系数41323750TDNGROCO式中、均为蒸汽在783时液体的物性参数。为蒸汽在783下的汽化热。/4185025162318678970275024143CMW3污垢热阻公称直径600MM管子尺寸2525管子数N245管长LMM4500管中心距MM32管程数NP1管子排列方式正方形管程流通面积00769根据化工流体流动与传热书中的附录二十查得管内、外侧污垢热阻分别为WMRSI/107924O854总传热系数K11OOOIIMODBDRSRS91709106/选选计）（K故所选择的换热器是合适的。3核算压降1管程压降PSTINFP21其中,，管程流速SMAWUIMCI/8306570913雷诺数湍流126482RE44IID对于碳钢管,取管壁粗糙度01MM，所以由化工流体流动与转热书的RE关系图中可查得0028。KPAUDLPI629183057204821AI35732KPAPI506714629102壳程压降,其中FS115，NS1。SONF21因管子排列方式为正方角形，所以F03。631824519NC680/2450/05ND壳程流通面积222200684134MNDA壳程流速SVUS/3705790雷诺数501132RE40D9200575284280FPAP437631931加挡板对数，间距，壳径D068MAUDBN9742681052342532159740KPAP计算结果表明,管程和壳程的压降均能满足设计要求。4接管的选择1管程流体进出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择原料液进出接管的流速为，则接管内径为MUQDV647503621484根据化工流体流动与传热附录二十二的热轧无缝钢管的标准规格选择规格为54MM3MM,DI48MM0048M核算流速SMDQUIV/76150360481314242故选择的接管规格合适。2壳程流体进口接管的选择根据饱和蒸汽一般在管中的流速大小，选择水蒸汽进入接管时的蒸汽的流速为，则接管内径为MUQDV134605721433根据热轧无缝钢管的标准规格选择规格为42MM35MM,DI35MM0035M核算流速SDQUV/62130570143122故选择的接管规格合适。（3）壳程流体出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择冷凝液流出接管时的流速为U20MS，则接管内径为MUVDS4536073021419根据化工流体流动与传热附录二十二的冷轧无缝钢管的标准规格选择规格为58MM2MM，DI54MM0054核算流速SDQUIV/98136075041321942故选择的接管规格合适。24塔顶冷却器的设计241确定设计方案1选择换热器的类型塔顶冷却器是把783的含乙醇92的饱和液冷却储存，热流体的进口温度都是783，热流体的出口温度是35。冷却水的进口温度是12，出口温度是25冷却器中流体温度差不大，壳里压力是常压，可选择固定管板式换热器。2确定流体的流经和管材。由于冷却水可能含有渣滓,走管程利于清洗，由于壁面的原因热流体走壳程有利于提高冷却效果，所以塔顶馏出液走壳程，冷却水走管程。换热器内的流体没有腐蚀性所以选用碳钢管，可降低设备费。242根据定性温度确定物性参数热流体T78335冷流体T2515（呼和浩特地区水温15）T53320热流体的定性温度为。冷流体的定性温度为。根据定性温度分别查取的物性参数如下表241塔顶冷却器原料物性参数名称密度KGM3定压比热CPKJKG导热系数K，WM粘度PAS汽化热RKJKG冷却水2099824183059891005103乙醇（5665）77829293801830635103572水（5665）984254184065489106243换热器的衡算塔顶冷却器的工艺计算1估算传热面积1热负荷的计算HKJCPH/862140752930351802641078355567/KJHW（2）冷却水消耗量1221TCTCWQPCPH542170210/483CPKGHT3计算平均温度差按单壳程、双管程考虑，一侧恒温，求逆流时的平均温度差热流体T78335冷流体T3515T533202153208LNLOMTC4初选K值，估算传热面积由表3，取K选840传热面积S由于两流体温差为333，选择带有补偿圈的固定管板式换热器。根据固定管如下表232列管参数公称直径273MM管子尺寸MM1920管子数N56管长LMM2000管中心距MM25管程数NP2管子排列方式正方形管程流通面积00049实际换热面积SO2065314092648ONDLM0788OMQKWKSTA2核算总传热系数1管程对流传热系数33418051PR7029PIC对于低粘度流体，所以08404250231398/IWMKA（）2壳程对流传热系数若热流体在水平管束上冷却，用下式计算冷却传热系数0535030198236REPR686OD3污垢热阻根据化工流体流动与传热书中的附录二十查得管内、外侧污垢热阻分别为421790/IRSMKW85O4总传热系数K11OOOIIMODBDRSRS4425250251179890894841382K即K计/84637982/4630128计（）故所选择的换热器是合适的。3核算压降1管程压降其中,管程流速4152308609SIIVUMSA雷诺数湍流4486RE107IID对于碳钢管,取管壁粗糙度01MM，所以由化工流体流动与转热书的RE关系图中可查得0038。221295086038191IULPKPAD2295634IA1841905IPKPK2壳程压降4601MABWPAS31789/ABKGM22204401936ETDDM壳程流通面积320001915273480DAHDMT壳程流速30860/41794SVUS因管子排列方式为正方形，所以F03。雷诺数44025789RE106ODU028028553OOF2789403802311KPA加挡板对数，间距，壳径22208953535327BUPNKAD10161KPA计算结果表明,管程和壳程的压降均能满足设计要求。4接管的选择1管程流体进出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择冷却液进出接管的流速为，则接管内径为441523057896SVDMU根据化工流体流动与传热附录二十二的热轧无缝钢管的标准规格选择规格为65MM35MM,DI58MM0058M核算流速42241530160/389IVUSD故选择的接管规格合适。2壳程流体进出口接管的选择根据液体一般在管中的流速大小，选择待冷却进入接管时流速为，则接管内径为344518058376SVDMU根据热轧无缝钢管的标准规格选择规格为42MM3MM,DI36MM0036M核算流速322445180178/367SIVUSD故选择的接管规格合适。25塔底冷却器的设计251确定设计方案1选择换热器的类型冷却器是把993的含乙醇05的釜底液冷却储存，热流体的进口温度是993，热流体的出口温度是35,为了节约热量选择用原料液来冷却釜底液体冷流体的进口温度是12,出口温度25。2确定流体的流经由于原料液可能含有渣滓,走管程利于清洗，且原料液可通过热流体的传热提高温度，在进入原料预热器时可节省蒸汽用量；热流体走壳程可通过壳壁面向空气中散热，有利于冷却。所以原料液走管程，釜底液走壳程。换热器内的流体没有腐蚀性，所以选用碳钢管，可降低设备费。252根据定性温度确定物性参数热流体T99335冷流体T2512（呼和浩特地区水温12）T74323热流体的定性温度为。冷流体的定性温度为。根据定性温度分别查取的物性参数如下表251塔底冷却器原料物性参数名称密度KGM3定压比热CPKJKG导热系数K，WM粘度PAS05乙醇液（6715）97937424066084202104冷却水（20）99824183059891005103253换热器的衡算热量衡算1估算传热面积1热负荷的计算2冷WTCWQPH5312109721035924604却水消耗量1221TCPCPHHKGTCP/1087205384974213计算平均温度差按单壳程、双管程考虑，一侧恒温，求逆流时的平均温度差热流体T99335冷流体T3512T64323CTTM01217436LNL26塔底再沸器工艺粗算塔底再沸器物料衡算（1）估算传热面积，初选换热器型号热流体加热蒸汽冷流体釜残液本物性数据的查取釜残液的定性温度993加热蒸汽定性温度125由于釜残液中乙醇含量很低，粗略计算时，可按纯水计算。查得993的水和125的水的汽化热分别为和热负荷计算由,和泡点进料得HKMOLHKGV/4732/10541因此所以WQ610362478蒸汽流量HKGTCWPH/478193036确定流体的流径设计任务的冷流体为釜残液，热流体为水蒸汽，为提高加热效果，令釜残液走壳程，蒸汽走管程。27离心泵的选型与计算设计任务要求离心泵用于原料液的输送，是原料泵，根据流程图，该离心泵需要完成从储罐输送原料液流经100M长的直管管路、管路中各部件（包括1个截止阀、1个取样阀、1个调节阀、2个标准弯头）、预热器管程，再到精馏塔进料口。271物性参数的获取考虑到直管中流动的是不可压缩的液体，温度使密度变化的不大，可以近似认为原料液物性参数取初始温度为20时的数据。20时，乙醇的密度为水的密度为原料液平均密度3M182KG/M5097由33MLG028L1L40所以平均黏度SMKGFQ/10632/8/93表271管路中原料液单一物质与混合物体的物性参数名称密度KGM3粘度PAS20水998220乙醇79020原料液（50乙醇，50水）882272离心泵的选型体积流量SMKGSFQ/10632/833设计输送高度（储罐液面与精馏塔进料口高度差）为，根据预热器接管的计算，已知输送管道为令储罐液面保持恒定，并且设计储罐液面上方维持常压并以此为基准面，设液面绝对压力为1013KPA，设计精馏塔进料口处的塔内绝对压力为1210KPA以储罐液面为基准面，在基准面和精馏塔出口水平面之间列柏努利方程得压头计算式管路的压头221B1EFUPZGHHA其中20M0MSSMQB/632024632阻力压头损失的计算直管阻力压头损失的计算27953110586322UDRBIE取碳钢管的粗糙度为，则由图，查得直管长L100M，则直管压降221IU108F3MDG69LH直管管路中各部件包括1个截止阀、1个取样阀、1个调节阀、4个标准弯头截止阀调节阀（全开）标准弯头出口阻力系数进口阻力系数共有进口2个，出口2个所以局部阻力压降为21FLUHDGM9681235060315冷却器管程压降为11200PA,预热器管程压降为10615PA换热器的总压降为3120615F2G898PH冷却预热管路的压头21B21EFUPZAM4又因为输送的液体为有机溶剂，属于易燃物品，所以要求必须有较高的密封性能，故选用油泵（Y型）。根据，从Y型离心油泵系列中选取50Y60型离心泵。表27250Y60型离心泵主要参数体积流量扬程M轴功率KW转速RMIN效率12560595295035由于原料液的密度小于水的密度，所以不需核算泵所需的轴功率，而从上面有关数据科看出，泵所提供的流量Q和扬程H均稍大于管路系统要求值，实际生产操作中流量可通过泵出口阀开度来调节。第三章汇总表31原料预热器结果汇总表热流体125125水蒸气管子根数N40冷流体20819原料液管心距32MM热负荷5543W换热管长度L3000MMWH91021KGH管子排列方式正方形WC9343KGH管程流通面积00031M2TM695管程对流传热系数314176WM2K选900WM壳程对流传热系数632368WM公称直径DN325MMRSO08598104W换热面积739M2RSI17197104W管程数NP4总传热系数K107581WM2管程压强降1799KPA壳程压强降2044PA进DO50,B3,DI44MM进DO108,B3,DI102MM管程接管出壳程接管出DO32,B3DI26MMDO50,B3,DI44MM22塔顶全凝器结果汇总表热流体783783乙醇蒸气管子根数N245冷流体1535冷却水管心距32MM热负荷W换热管长度L4500MMWH15000KGH管子排列方式正方形WC48100KGH管程流通面积00769M2TM5267管程对流传热系数10292WM2K选900WM壳程对流传热系数85484WM公称直径DN600MMRSO17197104W换热面积6831M2RSI0859104W管程数NP1总传热系数K10611WM2管程压强降3367KPA壳程压强降1326PA进DO54,B3,DI48MM进DO42,B35,DI35MM管程接管出DO54,B3,DI48MM壳程接管出DO58,B2,DI54MM23塔顶冷却器结果汇总表热流体78335产品管子根数N56冷流体1535冷却水管心距32MM热负荷W换热管长度L2000MMWH4030KGH管子排列方式正方形WC15200KGH管程流通面积00049M2TM3580管程对流传热系数394849WM2K选840WM壳程对流传热系数4130489WM公称直径DN273MMRSO0859104W换热面积648M2RSI17197104W管程数NP2总传热系数K848633WM2管程压强降9066KPA壳程压强降632KPA进DO42,B3,DI36MM进DO38,B3,DI32MM管程接管出DO42,B3,DI36MM壳程接管出DO38,B45,DI29MM第四章课程设计评论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