此文檔收集于網絡，如有侵權，請聯系網站刪除化工原理課程設計任務書一、設計名稱：精餾塔頂產品全凝器二、設計條件1、處理量 7萬噸/年，年工作時間為7200小時，2、塔頂產品濃度 含乙醇95%，要求全部冷凝。 3、冷卻介質： 水 4、操作壓力：常壓三、設計任務1、選擇合理的參數，進行傳熱計算和流體力學性能驗算，設計一全凝器；2、編寫設計說明書，繪制工藝流程圖。 四、設計主要內容1、換熱設備的選型和設計方案的確定2、傳熱面積的計算和設備型式的確定，包括：管數、程數、殼體直徑等3、流體阻力驗算4、其他零部件選型，主要進出口管以及管箱、管板、支撐裝置等附件。五、設計說明書的內容1、封面：包括課程設計題目、系別、班級、學生姓名、指導教師、設計時間等。2、前言3、冷凝器結構選擇說明和方案論證4、本設計結果概要5、設計計算及說明6、設計有關問題的分析討論7、參考文獻目錄8、冷凝器流程示意圖。目錄目錄1I. 設計方案21-1 確定設計方案21-1-1 換熱器的選型21-1-2 流動空間安排、管徑及流速的確定21-2 確定流體的定性溫度、物性數據2II. 工藝計算及主體設備設計42-1 計算熱負荷Q42-2 平均傳熱溫差先按純逆流算42-3 冷卻水用量52-4 計算總傳熱系數K52-5 估算傳熱面積5III. 換熱器核算73-1 核算壓強降73-1-1 管程壓強降73-1-2 殼程壓強降83-2核算總傳熱系數93-2-1 管程對流傳熱系數93-2-2 殼程對流傳熱系數9IV. 輔助設備的選型124-1 折流板124-2 接管124-3 封頭和管箱134-4 管板13V. 換熱器主要結構尺寸匯總155-1 換熱器主要結構尺寸和計算結果15符號說明17參 考 文 獻18冷凝器流程示意圖及設備主體圖19I. 設計方案1-1 確定設計方案1-1-1 換熱器的選型兩流體溫度變化情況：塔頂熱流體（乙醇蒸汽）進口溫度78.2，出口溫度78.2oC。（95的乙醇常壓下沸點為78.2,過程中有相變）根據湖北地區全年平均溫度30，取冷流體（循環水）進口溫度30oC，而冷卻水的出口溫度一般不高于5060，以避免大量結垢且兩端溫差一般介于5-10,所以取出口溫度40，該換熱器用循環冷卻水冷凝，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用臥式的固定管板式換熱器。1-1-2 流動空間安排、管徑及流速的確定雖然冷卻水較易結垢，但乙醇易揮發、易爆炸走殼程不易漏，雖然流速太低將會加快污垢的增長速度使換熱器的熱流量下降.再者,飽和蒸汽宜走管間,以便于及時排除冷凝液,工業生產也都是先從安全穩定角度考慮的，所以總體考慮冷卻水應該走管程，乙醇蒸汽走殼程冷凝，取管徑為19mmmm的不銹鋼管，管內流速為0.97m/s。 1-2 確定流體的定性溫度、物性數據殼程甲醇蒸汽的定性溫度為 管程冷卻水的定性溫度為 低溫流體 tm=(t1+t2)/2=35下的物性參數密度： c=992.2 kg/m3導熱系數： c=0.6338 W/（mK）粘度： c=0.72810-5PaS，定壓比熱容： Cpc=4174 J/（kgK）液化潛熱： rc=2258.4 kJ/kg熱流體乙醇蒸氣Tm=(T1+T2)/2=78.2下的物性參數表密度： h=738.59kg/m3導熱系數： h=0.1647 W/（mK）粘度： h=0.556610-5 PaS定壓比熱容： Cph=3550J/（kgK）液化潛熱： rh=925.265kJ/kgII. 工藝計算及主體設備設計2-1 計算熱負荷Q按管內塔頂產品計算，即乙醇的進料量 液化潛熱 （注：飽和蒸氣的冷凝熱計算）熱負荷 （注：化工原理上冊P218）2-2 平均傳熱溫差先按純逆流算 溫度校正：由P和R查對數平均溫差校正系數圖得：此時，大于0.8，所以選用單殼程的列管式換熱器。（注：化工原理上冊P225對數平均溫差校正圖）2-3 冷卻水用量若忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量恒算求得 2-4 計算總傳熱系數K根據殼內為乙醇（95%），管內為水，總傳熱系數范圍在（注：化工原理上冊P221表4-6 有機溶劑）初選: 2-5 估算傳熱面積初選換熱器型號，由化工原理上冊附錄二十八 換熱面積取105.17選定FB600-1-109.3型換熱器，有關參數如下:公稱直徑 600公稱壓力 1管程數 2管子根數 416中心管子數 223管子直徑 19mm2mm.換熱管長度 4500換熱面積 109.3管子排列方法中心線采用正方型排列，兩側采用正三角形排列若選擇該型號的換熱器，則該過程的總傳熱系數為III. 換熱器核算 3-1 核算壓強降3-1-1 管程壓強降其中，管程流通面積=（湍流）設管壁粗糙度，查化工原理上冊P49圖得：所以= =管程壓強降符合要求3-1-2 殼程壓強降其中，=1，式中 F為管子排列方法對壓強降的校正因數，此式中F=0.3；殼程流體的摩擦系數，當大于500，；橫過管束中心線的管子數，； 折流擋板數；折流擋板間距；按殼程流通面積計算的流速，。管子按正三角形排列，F=0.3。取折流擋板間距=0.18m。折流擋板取圓缺型。則折流擋板數為殼程流通面積 計算表明，管程和殼程壓強降都能滿足題設要求。3-2 核算總傳熱系數3-2-1 管程對流傳熱系數式中n視熱流方向而定。當流體被加熱時，n=0.4;被冷卻時，n=0.3。（湍流）管內流體被加熱，所以n=0.4。3-2-2 殼程對流傳熱系數式中 為當量直徑，列管中心距t=25mm，則流體通過管間最大截面積為=（湍流）所以 由化工原理上冊，附錄二十二查資料得， 則所用換熱器的安全系數為 則實際換熱面積為該換熱器的面積裕度為 傳熱器面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。IV. 輔助設備的選型4-1 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25600=125，故可取h=130mm取折流板間距 折流板數折流板圓缺面水平裝置。因此,折流板厚度選擇為12mm4-2 接管計算混合氣的密度（常壓下）純乙醇=5.733kg/m3 水=0.2788kg/m3 混合氣=5%0.2788+95%5.733=5.46kg/m3 殼程流體進出口接管：取乙醇蒸汽流速為30m/s，則接管內徑取標準管徑為155mm5mm出口接管取管內液體流速為0.8m/s(乙醇管內安全流速為0.81.5m/s)，則接管內徑取標準管徑為89mm5mm 管程流體（循環水）進出口接管 取接管內循環水的流速為2m/s，則接管內徑 取標準管徑為219mm8mm其余接管略。4-3 封頭和管箱封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。由于所設計的換熱器的殼體直徑較小，故采用封頭，接管和封頭可采用法蘭連接，街頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。4-4 管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接，所設計換熱器的連接方式為焊接。管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩種，固定管板常用不可拆連接，兩端管板直接焊在外殼上并兼作法蘭，拆下頂蓋可檢查可檢修脹口或清洗管內，所設計的換熱器選擇此方V. 換熱器主要結構尺寸匯總5-1 換熱器主要結構尺寸和計算結果參數管程殼程流率/（kg/s）0.971.644進/出溫度/30/4078.2物性定性溫度/3578.2密度/（kg/）992.2738.59定壓比熱容/（J/kgK）41743550粘度/（Pas）熱導率/W/(mK)0.63380.1647普朗特數4.7941569設備結構參數形式固定管板式臺數1殼體內徑/mm600殼程數1管徑/mm19管心距/mm25管長/mm4500管子排列正三角形管數目/根416折流板數/個24傳熱面積/109.3折流板間距/mm180管程數2材質不銹鋼主要計算結果管程殼程流速/（m/s)1.6440.97表面傳熱系數/W/(K)9096986.2污垢熱阻/(K/W）阻力/Pa熱流量/W傳熱溫差/K43.2傳熱系數/W/(K)636.9裕度/%20.9%符號說明此文檔僅供學習與交流英文字母B折流板間距，m;C系數，無量綱；d管徑，m；D換熱器外殼內徑，m；f摩擦系數；F系數；h圓缺高度；K總傳熱系數，W/（m）；L管長，m；m程數；n指數； 管數； 程數；N管數； 程數；NB折流板數；Nu努賽爾特準數；P壓力，Pa； 因數；Pr普蘭特準數；q熱通量，W/m2；Q傳熱速率，W；r半徑，