1、目錄 TOC o 1-5 h z 目錄1精餾塔再沸器工藝課程設(shè)計2設(shè)計任務(wù)及設(shè)計條件2方案論證2估算設(shè)備尺寸3傳熱系數(shù)校核3循環(huán)流量校核7設(shè)計結(jié)果匯總12工藝流程圖13 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 帶控制點的工藝流程圖13精餾塔再沸器工藝設(shè)計設(shè)計任務(wù)及設(shè)計條件設(shè)計任務(wù)：精餾塔塔釜，設(shè)計一臺再沸器再沸器殼層和管層的設(shè)計條件：殼層管層溫度/C8511583壓力(絕壓)/MPa0.151.12冷凝量/(kg/h)1500-蒸發(fā)量/(kg/h)-6000(3)物性數(shù)據(jù)殼層凝液在定性溫度100C下的物性數(shù)據(jù):潛熱 Y 0=812.24kJ/kg粘度

2、=0.361mPas管層流體83 C下的物性數(shù)據(jù)：潛熱 Yi=31227.56kJ/kg液相粘度=0.41 mPas液相定壓比熱容=2.094kJ/(kgK)熱導(dǎo)率入=0.023W/(mK)密度 p 0=717.4kg/m3液相熱導(dǎo)率入i=0.112 W/(mK) 液相密度=721 kg/m3表面張力=1.841 X 10-2N/m 汽相粘度=0.0067 mPas汽相密度=0.032 kg/m3蒸汽壓曲線斜率 ( t/ p)s=2.35 X 10-3m2K/kg方案論證立式熱虹吸再沸器是利用塔底釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循 環(huán)推動力，使得釜液在精餾塔底與再沸器間流動循環(huán)。立式

3、熱虹吸再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留 時間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運行費用低等顯著優(yōu)點。由于結(jié) 垢原因，殼層不能采用機械方法清洗，因此殼層不適宜用高黏度或較臟的加熱介質(zhì)， 本設(shè)計中殼層介質(zhì)為乙醇蒸汽，較易清洗。3.估算設(shè)備尺寸計算熱流量中為=q y b = 1500 x 812.24x 1000/3600 = 3.38 x 105(W)計算傳熱溫差A(yù)t為 m* 與H = 10.82(K)Ln(85 - 83)假設(shè)傳熱系數(shù)K=XX，估算傳熱面積Ap為擬用傳熱管規(guī)格4 30 x 2，管長L=3000m，計算總傳熱管數(shù)NTN 上=妍34= 1006T

4、兀d0L 3.14 x 0.03 x 3若將傳熱管按正三角形排列，則可用NT=3a(a+1)+1, b=2a+1, D=t(b-1)+ (23) d0計算殼徑D為 D=32 X (37-1)+3 X 30 1400mm取管程進(jìn)口管徑Di=250mm，出口管直徑D0=600mm。4傳熱系數(shù)校核（1）顯熱段傳熱系數(shù)kct設(shè)傳熱管出口處汽化率xe = 0.048,則可計算循環(huán)流量qmt：qmt=mb =6000 = 34.72(kg / s) 0.048顯熱段管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)則計算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速G為G = Si兀Si = - di 2 N4 T34.720534 = 65.03kg /(m2 s)

5、3.14丁 x 0.0262 x 1006 = 0.534(m2)雷諾數(shù)Re為Re =竺=.026 x 心3 = 4123.9 門 0.41 x 103 i普朗特數(shù)為ci. _ 2.094x 103 x 0.361 x 10-3r = =.i0.112計算顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為 ih = 5.03 才Rei/3 Pri/3 =i計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量qm0為中3.38 x 105qm= 0.42(kg / s)0 y 0812.24 x 103計算傳熱管外單位潤濕周邊上凝液的質(zhì)量流量M為0.42M= qm0 = 0.0044kg /(m2 s)兀 d 0 Nt3

6、.14 x 0.03 x 1006計算冷凝液膜的Re0為也=4 x 0.0044 = 48.710 門0.361 x 10 -30計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0為h = 0.75 x 1.88() Re-1/3 = 0.75 x 1.88 x (口361 x 103)2_) x 48.71-1/30p 2g人37212 x 9.81 x 0.0233=300.47W /(m2 K)其中0.75為修正因子。污垢熱阻及管壁熱阻沸騰側(cè) =1.8X10-4 m2K/W，冷凝側(cè) R0=1.4X10-4m2*K/W，管壁熱阻 RW=4.299X10-5m2K/W。計算顯熱段傳熱系數(shù)kcl為K =cl d +

7、R +R d +R + 1hd d d 0 h00.031.8 x 10-3 x 0.03+ 661.86 x 0.0260.0264.229 x 10-5 x 0.030.028+1.4 x 10-3 +1300.47=182.98W /(m2 K)(2)蒸發(fā)段傳熱系數(shù)Kce計算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流率Gh為Gh=3600G=3600 X 65.03=2.34 X 105kg/(m2h)當(dāng) xe=0.048 時，計算 Martinelli 參數(shù) Xtt 為Xtt = K1 - xe)/ xeh (p / p ).5 (q /門).1=(1 - 0.048) / 0.0480.9 (0.032

8、/ 721)0.5 (0.41/0.0067)0.1=0.1481/Xtt = 1/0.148=6.76由 Gh=2.34X105 kg/(m2*h)及 1/Xtt = 6.76，查圖 3-29 得 aE=0.8。當(dāng) x=0.8xe=0.8X 0.048=0.0384 時1/Xtt = x /(1 - x )L9 (p / p .5 (q /q X1=0.0384/(1 - 0.0384)0.9(721/0.032)0.5(0.0067/O.41)0.1 1/Xtt =5.48由 Gh=2.34X105 kg/(m2-h)及 1/Xtt = 5.48，查圖 3-29 得 a=1.0。計算泡核沸

9、騰修正因數(shù)a為a =公 = .8 + L0 = 0.922計算泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hnb為0.69 /。.3丫 pd，0.31入 h = 0.225 x b x Pr0.69 xi=0.025 x 蛀 x 7.670.69 (微 x 105 x 崩26爐(22L - g 涅2 x 106 x 0.0260.026284.34 x 3.12 x 107 x 0.41 x 10-30.0321.841 x 10-2K -1 kPVA 丫門 p b b J3.38 x 105 x 0.026=141.05W /(m2 K)計算以液體單獨存在為基準(zhǔn)的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h.h = 5.03(X /d )R

10、e(1 - x)1/3 Pr1/3=5.03(0.112/0.026)4123.9(1 0.0384)1/37.671/3=169.21W /(m2 K)計算對流沸騰因子Ftp為Ftp = 3.5(1/Xtt )0.5 = 3.5 x 5.480.5 = 8.19計算兩相對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)htntph = F h = 8.91x 169.21 = 1386.65W /(m2 K)計算沸騰傳熱膜系數(shù)為hE = h + ah b = 1386.65 + 0.9 x 141.05 = 1513.59W /(m2 K)計算蒸發(fā)段傳熱系數(shù)kce為K =ce dRdRd1hd F+h+R。+ hi iim0

11、0.031513.59 x 0.0261.8 x 10-4 x 0.03 +0.0264.299 x 10-5 x 0.030.028+1.4 x 10 - 4 +1300.47=223.01W /(m2 K)顯熱段和蒸發(fā)段長度計算顯熱段的長度LBC與傳熱管總長L的比值為LArnd N K MmABC = (At / Ap) /() + i_T_CLLsAp s C p q3.14x 0.026 x 1006 x 182.98 x 10.82,2.094 x 721 x 34.72=2.35 x 10-3 /2.35 x 10-3 +=0.431平均傳熱系數(shù)計算傳熱系數(shù)KC為KlcLbc+ K

12、L=性x技 + 233.01 X17 = 205.75W /(m2 駕需要傳熱面積為AC= /(q Atm) = 3.38 x 105/(205.75 x 10.82) = 152.02( m 2)(5)面積裕度實際傳熱面積A=3.14 X 0.03 X3X 1006=284.34(m2)H= (A-AC) /A=(284.34-152.02)/28.34=46.5%該再沸器的傳熱面積合適。5.循環(huán)流量校核(1)循環(huán)推動力當(dāng)X =把/3 = 0.016時，計算Martinelli參數(shù)Xtt為xtt = 1(1 - x)/ xI*p / p )0.5 /門)0.1=(1 - 0.016)/0.0

13、160.9(0.032/721)0.5(0.41/0.0067)0.1 =0.41計算兩相流的液相分率rlXtt0.41=0.1312 + 21Xtt + 逆5(0.412 + 21x 0.41 +1)0.5計算x = X6/3 = 0.016處的兩相流平均密度Ptp為p = p (1 - Rl ) +p bRL = 0.0032(1 - 0.131) + 721 x 0.131 = 94.5( kg / m 3)x=xe=0.048 時，計算 Martinelli 參數(shù) Xtt 為Xtt = 1(1 - x)/xl.9(p / p)0.5(門 /門)0.1=(1 - 0.048) / 0.0

14、480.9 (0.032 / 721)0.5 (0.41/0.0067)0.1=6.766.76Xtt計算兩相流的液相分率rl為=0.4922 + 21Xtt +1 人5(6.762 + 21 x 6.76 +1)0.5計算x=xe=0.048處的兩相流平均密度P pt為p =p (1 - Rl ) + pR = 0.0032(1 - 0.131) + 721x 0.131 = 354.9( / m3)參照表3-19并根據(jù)焊接需要取l = 1.26，于是可計算循環(huán)推動力詢DApD = LD (pb -pt ) - lpt g = 1.7(721 - 94.5) -1.26 x 354.9 x

15、9.81 = 6104.02(Pa)(2)循環(huán)阻力管程進(jìn)口管阻力Ap1的計算計算釜液在管程進(jìn)口管內(nèi)的質(zhì)量流速G為=707.71kg /(m2 s)c = q ,=34.72兀二.=3.14 x Di 2 x 0.252 44計算釜液在進(jìn)口管內(nèi)的流動雷諾數(shù)Rei為R = DG 尚 b = 0.25 x 707.71/(0.41 x 10 -3) = 431533計算進(jìn)口管長度與局部阻力當(dāng)量長度Li為L _(D / 0.0254)2i 0.3426( D/0.0254 - 0.1914)(0.25/0.0254)20.3426(0.25 / 0.0254 - 0.1914)=29.30(m)計算進(jìn)

16、口管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)人i為0.75430.7543人 i = 0.01227 += 0.01227 += 0.018R 0.384315330.38ei計算管程進(jìn)口管阻力VAp =人 L x = 0.018 x 2930 x 707.712 = 721.23(Pa)1 i D 2pb0.252 x 721傳熱管顯熱段阻力計算釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速G為兀一 一 3.14 一一一 一一 一一一G = q /(-d 2七)=34.72/(丁 x 0.0262 x 1006) = 65.03kg /(m3 s) 計算釜液在傳熱管內(nèi)流動時的雷諾數(shù)Re為蒙二。.26 x 65.3 =4123.9n0

17、.41 x 10 -3b計算進(jìn)口管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)人為0.75430.7543人=0.01227 += 0.01227 += 0.044Re0.384123.90.38計算傳熱管顯熱段阻力詢?yōu)?Ap = Xbc x = 0.044 x L3 x = 6.44( Pa) 2 di2 p b0.026 2 x 721傳熱管蒸發(fā)段阻力 兀3.14一G = q /(-d 2N ) = 34.72/( x0.0262 x 1006) = 65.03 mt 4 i T4計算汽相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速GV為GV= xG = (2X0.048/3)X65.03=2.08kg/(m2s) 計算汽相在傳熱管內(nèi)的

18、流動雷諾數(shù)Rev為ReV=dG = 0.026 x 2.08 = 8075.46 n0.0067 x 10-3V計算傳熱管汽相流動的摩擦系數(shù)人為V0.75430.7543X = 0.01227 + r= 0.01227 + 8075 46一 = 0.037V計算傳熱管內(nèi)氣相流動阻力apv3為Ap = X gd x= 0.037 x L7 x=164.26(Pa)v3v d 2p0.026 2 x 0.032液相流動阻力Ap的計算，計算液相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速Gl為GL=G-GV=65.03-2.08=62.95kg/(m2s) 計算液相在傳熱管內(nèi)的流動雷諾數(shù)ReL為ReL=dG = 0.026

19、 x 62.95 = 3991.94 n0.41 x 10 -3b計算傳熱管內(nèi)的液相摩擦系數(shù)X為L0 75430 7543X = 0.01227 += 0.01227 += 0.045L計算傳熱管內(nèi)的液相流動阻力為 L3L G 21.762.95Ap =X cd x = 0.045 x x= 8.04( Pa)i P b計算傳熱管內(nèi)兩相流動阻力Ap 3為Ap3 = (Ap 31/4 +ApL31/4)4 = (164.261/4 + 8.041/4)4 = 767.76(Pa)管程內(nèi)因動量變化引起的阻力管程內(nèi)流動的質(zhì)量流速G=XX，計算蒸發(fā)段管內(nèi)因動量變化引起的阻力系數(shù)&為(1 - x )2

20、p X 2、1(1 0.048)2 721 , 0.0482G = e+ b (e)1 =+() = 103.07Rl p 1 Rl0.4920.032 1 0.492計算蒸發(fā)段管程內(nèi)因動量變化引起的阻力Ap 4為Ap4 = G2& / pb = 65.03 x 103.07/721 = 604.57(Pa)管程出口阻力計算管程出口管中汽、液總質(zhì)量流速G為G=qmt34.72兀-D 23.14Tx 0.62=122.87伙g /(m2 s)計算管程出口表中汽相質(zhì)量流速GV為GV = x G = 0.048 x 122.87 = 5.898kg /(m2 s)計算管程出口管的長度與局部阻力的當(dāng)量

21、長度之和/為(Di / 0.0254)2(0.6/0.0254)2l=-，廠= 廠=69.51m0.3426( Di / 0.0254 0.1914)0.3426(0.6/0.0254 0.1914)計算管程出口管中汽相質(zhì)量流動雷諾數(shù)ReV為ReVd_G_ 0.026x5.898 門 一 0.0067 x 10-3v=528144.84計算管程出口管汽相流動的摩擦系數(shù)人v為0.75430.7543力 = 0.01227 + r= 0.01227 + 盥 84 = 0.017v計算管程出口管汽相流動阻力Ap為v 5Ap =X x = 0.017 x 9 x 5.898 = 1090.23( Pa

22、) v5v d2p0.026 2 x 0.032計算管程出口管中液相質(zhì)量流速Gl為Gl= G - G =122.87-5.898=116.97kg/(m2s)計算管程出口管中液相流動雷諾數(shù)ReL為ReLdG = .026 X116.97 = 171174.75門0.41 X10 -3b計算管程出口管中液相流動摩擦系數(shù)為人，L0.75430.7543人 l = 0.01227 += 0.01227 + 171174 75 = 0.02L計算管程出口液相流動阻力為APL5為Ap =X x x Gl2 = 0.02 x 6951 x 116.972 = 22.00( Pa)l5l d 2 p b0.026 2 x 721計算管程出口管中兩相流動阻力Ap 5為Ap5 = (Ap51/4 +Ap51/4)4 = (1090.231/4 + 22.001/4)4 = 3918.46( Pa)計算循環(huán)阻力Ap寸為Ap = Ap + Ap + Ap + Ap + Ap=721.23 + 6.44 + 67.