化工原理课程设计

设计原始数1精馏原料:粗含乙醇50%,水50%(质量分率),由20℃预热至泡点塔顶产品:含乙醇不低于92%,78.3℃蒸汽冷凝为饱和液体回品冷却为35℃液体；0.5%,99.3℃35℃2项，查阅收集相关资料，1天2月25日-3月2日：确定方案并进行设计计算：63月3日-3月4日：绘图：23月5日-3月7日：整理设计数据，编写设计说明书：3设计院.化工工艺设计手册.化学工业化学工程手册编委会.化学工程手册(第1，12，13篇).化学工业化学工业设计院石油化工设备设计建设组.化工设备图册化学学院等.化学工程(下册).化学工业化工原理教研室.化工原理课程设计.科学技术审核批准意系（教研室）（签字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U等。在计算过程中遇到很多，但在的努力下还是一一克服，对培养设计计算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3.2万吨的生产任务并节约能源减少对环境的污染原料加热到一定温度然后再用高温蒸汽来加热料液塔顶蒸汽经过全凝器用却水使蒸汽冷却至液体，再经过冷却器是产品冷却至25度。符号说S——与Km2；W——流体的质量流量T——热流体的温度，℃；tr——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ／kgKOi OiR、R do、di、dm——分别为换热器列管的外径、内径及平均直径b——列管管壁厚度,P1PaP2Ft——结垢校正系数，无因次，φ25×2.5mm1.4；φ19×2mm1.5；NsNpξ——阻力系数，列管换热器管内NBu0——按壳程流通面积So计算的流速，m/s第一章换热系统的流程方案的确 流体温度的确 第二章设计的工艺计 附 第一章换热系统的流程方案的确力降；重量轻且能承受操作压力；有可靠的使用；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，易于与维在实际选型中，这些选择原则往往是相互、相互制约的。在具体选型时，我解决主要。50℃70℃之间的选择带补偿圈的固定管板式换热器，50℃的选择固定管板式换热器。50℃70℃600Kpa1虑传热效果、耐腐蚀性能、可焊性等。常用管径和壁厚有￠19×2，￠25×2.51500mm、2000mm3000mm；材料有普碳钢或不锈钢等。ф19mm×2mm25×2.5mm碳。本次设计采用ф25×2.5mm碳。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，但管外较正方形排列便于机械同心圆排列用于小壳径换热器外圆管布管均匀，2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20303下管箱对管子进行或更换1质。直径小于400mm的壳体通常用制成，大于400mm的用钢板卷焊而成。根据工流体流动空间的选 表1-2- 工业一般流体流流速在换热器的设计中被处理的物料温度温度由工艺要求确定加热剂或冷一般来说设计时所采用的冷却水温5℃，50℃，以防止壁面过多结垢。接管的选择与流体的流速和流量有关冷凝器的管程接管直径通常直径较为精馏换热器，压力、流量都不大，所选接管的壁厚也不大。123450.86k7和K选K计/K选=1.1-1.25,则初选的设备合格。否则需另设K选值，重复以上计算步 S——与Km2；1.热负荷(传热速率Q＝WhCph(T1-T2)＝Wc(t2-Q＝Whr＝Wc(t2一式中WT——热流体的温度，℃；tr——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ／kg下标hc122.传热平均温度差

t2 lnT-温差校正系数，TfPRPt2RT1t2总传热系数定的KK确定了选用的换热器后，需要对换热器的总传热系数KKo

dhdobdoRdh

i

k 式中K0do、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；kw／(m·℃)对于低粘度流体(μ2uN0.023Re0.8uλi0.023λ

Re0.8当流体被冷却时ρ、μ——分别为流体的密度和粘度，kg／m3、、Cp——分别为流体的导热系数和比热容,w/(m·℃)、J/kg•℃;d——列管内径，m将上式算出的α乘以（1+（d/L）0.7）特征尺寸：管内径定性温度：取流体温度的算术平均值14r214 2c3doth 2c3dot—冷凝液的导热系数，w／(m·℃)；μ——冷凝液的粘度，Pa·s；γΔt——蒸汽的饱和温度与壁温之差，Δt＝ts-tw此处取Δt=5 nn... nc n0.75n0.75...

h

du0.p0

cp

)3

)0 SpSpd0L10%-30%10—50kPa，10kPaP

u2u2 2P1Pa；P2NSNpξ——阻力系数，列管换热器管内i12sSPP'P'Fi12sSρu1ΔP=1

(Ns

+1) 2ΔP

(3.5

ρu) Nfo5.0N

-0.228

ence

正三角形排1P'Pa；12P'Pa；2Fs1.15；1.0；FF=0.5；正方形排列F=0.3；fo壳程流体的摩擦系数；nc横过管束中心线的管数D——壳体直径NBuoSo计算的流速，m/s第二章计的工艺计根据设计要求可知：塔顶产品乙醇的质量D=3.2万吨，乙醇的质量分数aD0.92,精馏原料粗乙醇的质量分数aF0.5,塔底残液乙醇的质量分数aw0.005,乙醇的摩尔质量MA=46kg/kmol,MB=18kg/kmol。3.2D300FDW由

4444kg/FXFDXDW求 F=8210W=3770kg/hD=4440回流比所 V=L+D=3D=13300,确定设计方预热器是把经塔底冷却器加热到20℃的原料液预热到泡点81.9℃，采用250kPa压力下127.2℃的饱和蒸汽进行加热。热流体的温度都是127.2℃，原料液的20℃，81.9℃。冷流体的定性温度为t2081.950.952T=127.2℃密度导热系粘度汽化热r水1

aB

xlg，

a

50%50.95℃m导热系数km粘度预热器的工艺计(1)QW t C (3)液 81.9℃蒸 127.2℃← 45.3 t

Q=72400tm 2 1 （4）选择KS Ktm

公称直径公称压力公称直径公称压力换热面积/m管子数1管子排列方管程流通面积m SndL0.06

S0

Ko

S0

mK0

（5）PPPFN

1,NP

uii

0.84m

diui

对于 ,取管壁粗糙度ε=0.1mm，所以

0.152λ-Reλ=0.034 1 Lu2 1

3881.360.842

u

881.360.8423 3iP1902.98932.831.4121.59104i2.3 ρ密度粘度乙醇水根据混合液体的物性参数计算式1aAaB k0.9ak，lgxlg， a 20℃原料液（50﹪乙醇，50﹪水） 881.36kg/0.5 乙醇的摩尔分数：x1 0.280.5 水的摩尔分数x21x110.28lgm0.28lg1.15 所 m1.04QF82109.32m3/h2.59103m3/ 利用离心泵送料，设速度 42.59 d u 选用543mm的离心则d542348mmVsd4 2.59103所以u 21.43m/d 4由已知:安装高度设液面绝对压力为101.3kPa,精馏塔进口处的绝对压力为124.5kPa u uz

1He

2 z2z1

p1

p2881.36kg/

u1

u21.43m/

uRedu0.0481.43882.365.82 0.12.0810

Hf10.0260.048

2

Le217

Le41.56

34

f 0.026 6212 f4 24

pi1.5910所 Hf39.81881.36H

3.393.191.84 uHezg2gHHe15

3.2

2

8.42 Q=Wh*r=Wc=35.42（2）蒸汽T 78.3℃← 冷却水 t2t163.335.3 计算 无需校正(3)t2T2tm℃ρ定压比热导热系数k，粘度汽化热r-----水----- 10-水 10-(4)K793传热面积S K 1130o选公称直径公称压力o选公称直径公称压力4换热面积/m管子数4管子排列方管程流通面积m实际换热面积

Ko

S0

2.核算壁设壁温

nc

Rein(2)壳程对流传热系数n1r2gk h0.725 n23dt 11119.891000753.6629.810.2583 h

P 16.39234.41040.025 对于低粘度流体h0.023Re08Prd di

uwc

cic

995.95

oAoRedu0.022.04995.95 uo12.5m/

cpk

h0.0230.615749575.27085.57048025.71W

m2

0.859104(m2℃)

Po1Tm1

tw00

1Rs

hihtm△t=78.3-所以△t=3总传热系数K

PriK

doddodi

dohi

i

式中k为壁面材料碳钢的导热系数，由《化工流体流动与传热 K

计即k计k3k2

1337.21

19.8510﹪<K计-K选/K选设计结果：选用固定管板式换热器，型号：JB/T4715—92

1,NPii

uVS

0.27m

diui

对于 ,取管壁粗糙度ε=0.1mm，所以

0.1

u i0.03152

995.952

K计

u i3

2

K计/K(2)m导热系数km粘度1Po1

FsNs,其中Fs=1.15(气体)，Ns=12onc2o

ou o

2zu

φ×P1Ffonc

Ns2

,P2NB(3.5D

因管子排列方式为正三角形，所以F=0.5。0.15，29A(D2 V

2)3.14(0.622220.0252)0.03m

φ54mm

usoo

0.27m/

Redouo0.0250.27753.66 fo5.0

0o

5.011561.830

2Bu

2/