化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書精餾塔頂產(chǎn)品全凝器設(shè)計(jì).docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)名稱：精餾塔頂產(chǎn)品全凝器二、設(shè)計(jì)條件1、處理量 7萬噸/年，年工作時(shí)間為7200小時(shí)，2、塔頂產(chǎn)品濃度 含乙醇95%，要求全部冷凝。 3、冷卻介質(zhì)： 水 4、操作壓力：常壓三、設(shè)計(jì)任務(wù)1、選擇合理的參數(shù)，進(jìn)行傳熱計(jì)算和流體力學(xué)性能驗(yàn)算，設(shè)計(jì)一全凝器；2、編寫設(shè)計(jì)說明書，繪制工藝流程圖。 四、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1、換熱設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)方案的確定2、傳熱面積的計(jì)算和設(shè)備型式的確定，包括：管數(shù)、程數(shù)、殼體直徑等3、流體阻力驗(yàn)算4、其他零部件選型，主要進(jìn)出口管以及管箱、管板、支撐裝置等附件。五、設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容1、封面：包括課程設(shè)計(jì)題目、系別、班級(jí)、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師、設(shè)計(jì)時(shí)間等。2、前言3、冷凝器結(jié)構(gòu)選擇說明和方案論證4、本設(shè)計(jì)結(jié)果概要5、設(shè)計(jì)計(jì)算及說明6、設(shè)計(jì)有關(guān)問題的分析討論7、參考文獻(xiàn)目錄8、冷凝器流程示意圖。目錄目錄1I. 設(shè)計(jì)方案21-1 確定設(shè)計(jì)方案21-1-1 換熱器的選型21-1-2 流動(dòng)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(shù)據(jù)2II. 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)42-1 計(jì)算熱負(fù)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(jì)算總傳熱系數(shù)K52-5 估算傳熱面積5III. 換熱器核算73-1 核算壓強(qiáng)降73-1-1 管程壓強(qiáng)降73-1-2 殼程壓強(qiáng)降83-2核算總傳熱系數(shù)93-2-1 管程對(duì)流傳熱系數(shù)93-2-2 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)9IV. 輔助設(shè)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(jié)構(gòu)尺寸匯總155-1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果15符號(hào)說明17參 考 文 獻(xiàn)18冷凝器流程示意圖及設(shè)備主體圖19I. 設(shè)計(jì)方案1-1 確定設(shè)計(jì)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(jìn)口溫度78.2，出口溫度78.2oC。（95的乙醇常壓下沸點(diǎn)為78.2,過程中有相變）根據(jù)湖北地區(qū)全年平均溫度30，取冷流體（循環(huán)水）進(jìn)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(jié)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(huán)冷卻水冷凝，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)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(dòng)空間安排、管徑及流速的確定雖然冷卻水較易結(jié)垢，但乙醇易揮發(fā)、易爆炸走殼程不易漏，雖然流速太低將會(huì)加快污垢的增長(zhǎng)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(shí)排除冷凝液,工業(yè)生產(chǎn)也都是先從安全穩(wěn)定角度考慮的，所以總體考慮冷卻水應(yīng)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(nèi)流速為0.97m/s。 1-2 確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)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(shù)密度： c=992.2 kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)： 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(shù)表密度： h=738.59kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)： 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(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)2-1 計(jì)算熱負(fù)荷Q按管內(nèi)塔頂產(chǎn)品計(jì)算，即乙醇的進(jìn)料量 液化潛熱 （注：飽和蒸氣的冷凝熱計(jì)算）熱負(fù)荷 （注：化工原理上冊(cè)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(duì)數(shù)平均溫差校正系數(shù)圖得：此時(shí)，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(cè)P225對(duì)數(shù)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(jì)算總傳熱系數(shù)K根據(jù)殼內(nèi)為乙醇（95%），管內(nèi)為水，總傳熱系數(shù)范圍在（注：化工原理上冊(cè)P221表4-6 有機(jī)溶劑）初選: 2-5 估算傳熱面積初選換熱器型號(hào)，由化工原理上冊(cè)附錄二十八 換熱面積取105.17選定FB600-1-109.3型換熱器，有關(guān)參數(shù)如下:公稱直徑 600公稱壓力 1管程數(shù) 2管子根數(shù) 416中心管子數(shù) 223管子直徑 19mm2mm.換熱管長(zhǎng)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(cè)采用正三角形排列若選擇該型號(hào)的換熱器，則該過程的總傳熱系數(shù)為III. 換熱器核算 3-1 核算壓強(qiáng)降3-1-1 管程壓強(qiáng)降其中，管程流通面積=（湍流）設(shè)管壁粗糙度，查化工原理上冊(cè)P49圖得：所以= =管程壓強(qiáng)降符合要求3-1-2 殼程壓強(qiáng)降其中，=1，式中 F為管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，此式中F=0.3；殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)大于500，；橫過管束中心線的管子數(shù)，； 折流擋板數(shù)；折流擋板間距；按殼程流通面積計(jì)算的流速，。管子按正三角形排列，F(xiàn)=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(shù)為殼程流通面積 計(jì)算表明，管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足題設(shè)要求。3-2 核算總傳熱系數(shù)3-2-1 管程對(duì)流傳熱系數(shù)式中n視熱流方向而定。當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4;被冷卻時(shí)，n=0.3。（湍流）管內(nèi)流體被加熱，所以n=0.4。3-2-2 殼程對(duì)流傳熱系數(shù)式中 為當(dāng)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(cè)，附錄二十二查資料得， 則所用換熱器的安全系數(shù)為 則實(shí)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(chǎn)任務(wù)。IV. 輔助設(shè)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(nèi)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(shù)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(jì)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(jìn)出口接管：取乙醇蒸汽流速為30m/s，則接管內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑為155mm5mm出口接管取管內(nèi)液體流速為0.8m/s(乙醇管內(nèi)安全流速為0.81.5m/s)，則接管內(nèi)徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑為89mm5mm 管程流體（循環(huán)水）進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為2m/s，則接管內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(nèi)，所設(shè)計(jì)的換熱器選擇此方V. 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸匯總5-1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/（kg/s）0.971.644進(jìn)/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(dǎo)率/W/(mK)0.63380.1647普朗特?cái)?shù)4.7941569設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm19管心距/mm25管長(zhǎng)/mm4500管子排列正三角形管數(shù)目/根416折流板數(shù)/個(gè)24傳熱面積/109.3折流板間距/mm180管程數(shù)2材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s)1.6440.97表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/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(shù)/W/(K)636.9裕度/%20.9%符號(hào)說明此文檔僅供學(xué)習(xí)與交流英文字母B折流板間距，m;C系數(shù)，無量綱；d管徑，m；D換熱器外殼內(nèi)徑，m；f摩擦系數(shù)；F系數(shù)；h圓缺高度；K總傳熱系數(shù)，W/（m）；L管長(zhǎng)，m；m程數(shù)；n指數(shù)； 管數(shù)； 程數(shù)；N管數(shù)； 程數(shù)；NB折流板數(shù)；Nu努賽爾特準(zhǔn)數(shù)；P壓力，Pa； 因數(shù)；Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)；q熱通量，W/m2；Q傳熱速率，W；r半徑，