第4组乙醇水精馏塔顶产品全凝器的设计.docx

第4组乙醇水精馏塔顶产品全凝器的设计.docx

《第4组乙醇水精馏塔顶产品全凝器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4组乙醇水精馏塔顶产品全凝器的设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第4组乙醇水精馏塔顶产品全凝器的设计

2009级化学工程与工艺专业

《化工原理》课程设计说明书

题目：

8×104吨/年乙醇-水精馏

塔顶产品全凝器的设计

姓名：

班级学号：

指导老师：

同组学生姓名：

完成时间：

2012年5月18日

《化工原理》课程设计评分细则

评审

单元

评审要素

评审内涵

评审等级

检查

方法

指导

老师

评分

检阅

老师

评分

设计

说明书

35%

格式规范

是否符合规定的格式要求

5-4

4-3

3-2

2-1

格式

标准

内容完整

设计任务书、评分标准、

主要设备计算、作图、后记、参考文献、小组成员及

承担任务

10-8

8-6

6-4

4-1

设计

任务书

设计方案

方案是否合理及

是否有创新

10-8

8-6

6-4

4-1

计算

记录

工艺计算

过程

计算过程是否正确、

完整和规范

10-8

8-6

6-4

4-1

计算

记录

设计

图纸

30%

图面布置

图纸幅面、比例、标题栏、明细栏是否规范

10-8

8-6

6-4

4-1

图面布

置标准

标注

文字、符号、代号标注

是否清晰、正确

10-8

8-6

6-4

4-1

标注

标准

与设计

吻合

图纸设备规格

与计算结果是否吻合

10-8

8-6

6-4

4-1

比较图纸与说明书

平时

成绩

20%

出勤

计算、上机、手工制图

10-8

8-6

6-4

4-1

现场

考察

卫生

与纪律

设计室是否整洁、

卫生、文明

10-8

8-6

6-4

4-1

答辩

成绩

15%

内容表述

答辩表述是否清楚

5-4

4-3

3-2

2-1

现场

考察

内容是否全面

5-4

4-3

3-2

2-1

回答问题

回答问题是否正确

5-4

4-3

3-2

2-1

总分

综合成绩成绩等级

指导老师评阅老师

（签名）（签名）

年月日年月日

说明：

评定成绩分为优秀（90-100）,良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69）和不及格（<60）

目 录

1、设计任务书···················································································4

2、主要设备设计计算和说明·································································5

3、工艺设计计算结果汇总表··············································································13

4、参考文献··················································································································14  后记··························································································15

第一部分设计任务书

1.设计题目:

乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计

设计课题工程背景:

采用薯类与谷类原料进行发酵制乙醇。

发酵在密封的发酵罐进行，产生的CO2纯度达到99-99.5%以上，其余组分为乙醇0.4-0.8%，脂类0.03-0.4%，酸类0.08-0.09%（以CO2质量为基准）。

成熟发酵罐中的乙醇必须经过初馏.精馏..除杂等才能得到合格乙醇，初馏塔顶出来的乙醇-水溶液需要进行精馏，精馏塔顶出来的乙醇需要进行冷凝。

2.设计任务及操作条件

（1）处理量：

8×104吨/年

（2）设备形式：

卧式列管式换热器

（3）冷却介质：

水，压力为0.3Ma,入口温度30℃，出口温度40℃

（4）冷凝器操作压力：

常压

（5）允许压力降：

不大于105Pa

（6）每年按330天计，每天24小时连续运行

3．设计说明书的内容

（1）封面、评分标准及目录；

（2）设计题目及原始数据（任务书）；

（3）论述换热器总体结构（换热器模型、主要结构）的选择；

（4）换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等）；

（5）设计结果概要（主要设备尺度、衡算结果等）；

（6）主题设备设计计算及说明；

（7）附属设备的选择（选做）；

（8）参考文献；

（9）后记及其它。

4.设计图要求

A2图纸绘制换热器总装配图，两个局部放大图。

CAD图自由做2个部件。

第二部分主要设备的计算和说明

一、初选换热器规格计算

1、确定流体在换热器中的流动途径：

95%乙醇宜于走壳程，水走管程，因考虑泠凝效果，乙醇与水之间存在相变化，乙醇的温度较高，水的热容大，易于散热和冷凝。

2、确定流体的定性温度，物性数据，并选择列管式换热器的形式。

冷却水介质为自来水，取入口温度为30℃，出口温度为40℃.

塔顶产品：

入口温度为78.2℃，出口温度为78.2℃。

水的定性温度：

tm=

=35℃

塔顶乙醇（95%）的定性温度：

Tm=

=78.2℃

两流体的温度差：

Tm-tm=78.2-35=43.2℃

两流体的温差不大于50℃，故选用固定板管式换热器。

表1两流体在定性温度下的物性数据

物性

流体

温度T

（℃）

密度

kg/m3

粘度

MPa·s

比热容Cp

kJ/（Kg·℃）

热导系

数λ

W/（m·℃）

液化潜热r/（kJ/kg）

95%乙醇

78.2

738.59

0.5566

3.55

0.1647

925.265

井水

35

992.2

0.728

4.174

0.6338

2258.4

3、计算热负荷Q，按管内塔顶产品计算，即

Ms1（乙醇的进料量）

Ms1=8×104×103/（330×24）=1.0101×104kg/h=2.8058kg/s

r=r纯乙醇×95%+r水×5%=885.1×95%+2258.4×5%=925.265kJ/kg

Q=Ms1×r=2.80588kg/s×925.265kJ/kg=2596.108kw

计算混合气的密度（常压下）

纯乙醇=5.733kg/m3  

水=0.2788kg/m3 

混合气=5%×0.2788+95%×5.733=5.46kg/m3

若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量恒算求得

M2

Cpc

（t1

t2）=Q

M2=2596.108/（4.174×103×（40-30））=62.19kg/s

4、计算平均温度，并确定壳程数。

逆流：

热流体：

T1=78.2℃

T2=78.2℃

冷流体：

 t1=40℃ 

 t2=20℃

t：

 38.2℃    48.2℃

所以

tm；=

（38.2+48.2）=43.2℃

温度校正：

P=

有P和R查对数平均温差校正系数图得：

此时

，大于0.8，所以选用单壳程的列管式换热器。

℃

5、初选换热器规格

根据壳内为乙醇（95%），管内为水，总传热系数范围在200~700

初选：

k=450w/（m2.℃）

估算换热面积：

A=Q/K△tm=2596.108×103/（450×43.2）=134.16m2

6、工艺结构

6.1管径与管内流速

管径Φ25mm×2.5mm,管内流速u=1.0m/s 壳程流速u=0.8m/s

6.2管程数和传热管数

根据传热管内径和流速确定单程传热管数ns

ns=V/0.785di2u=（62.19/992.2）/（0.785×0.022×1.0）=201（根）

按单管程计算所需换热管的长度L

L=s/（nsπdo）=134.16/（201×3.14×0.025）=8.50m

按单管程设计，传热管过长，根据实际情况，取传热管长L=4.5m，则该换热器的管程数为

Np=L/4.5=8.5/4.5≈2

传热管总根数NT=201×2=402（根）

6.3传热管排列和分程方法

组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板中心侧按正方形排列，取管心距t=1.25×25=32mm

6.4壳体内径

采用两管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径

圆整取D=900mm（查汪镇安.化工工艺设计手册壁厚为14mm）

6.5折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25×900=225mm，取h=225mm。

取折流板间距为B=0.3D,则B=0.3×900=270mm，取B=270mm。

则折流板数

（块）

折流板圆缺水平面安装。

6.6其他附件

拉杆直径Φ12mm，其数量取4~5根，壳程入口应设置防冲挡板。

6.7接管

①壳程流体（混合气体）进口接管取接管内气体流速为20m/s（饱和蒸汽的速度范围20~40m/s），则接管内径

取标准管径为Φ194mm×5mm

出口接管取管内液体流速为0.8m/s（乙醇管内安全流速为0.8~1.5m/s），则接管内径

取标准管径为Φ89mm×5mm

②管程流体（循环水）进出口接管取接管内循环水的流速为2m/s，则接管内径

取标准管径为Φ219mm×8mm其余接管略。

6.8则初选固定管板式换热器规格如下：

公称直径

900

公称压力

1

管程数

2

管子根数

402

中心管子数

26

管子直径

25mm×2.5mm.

换热管长度

4500

换热面积

134.16

管子排列方法

中心线采用正方型排列，两侧采用正三角形排列

冷凝器的实际传热面积：

该换热器所要求的总传热系数至少为：

W/（m2.℃）

6.9核算总传热系数  

①计算管程对流传热系数       

故管程对流传热系数