化工原理课程设计说明书。
学院： 化工学院。
专业班级： 11级制药工程。
学生姓名：
学号： 指导老师：
设计任务书。
一、设计题目：乙醇精馏系统原料预热器设计。
二、设计依据：
1、产量：年产量为8万吨的95%工业乙醇。
2、年工作时间：300天。
3、原料乙醇：浓度50%（质量）,出库温度25℃
4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度35℃
5、乙醇**率：99.5%
6、原料乙醇泡点进料，回流比r=2.0
7、循环冷却水进口温度：25℃
8、再沸气饱和水蒸汽温度：120℃
9、系统散热损失：不考虑系统散热损失。
10、换热器ka值裕度：25～40%
11、工艺流程：见附图1
三、设计要求：
第一节：物料衡算、热量衡算（每人必做）
1、精馏塔物料衡算。
2、冷凝器物料衡算、冷凝器热量衡算。
3、再沸器物料衡算、再沸器热量衡算。
4、产品冷却器物料衡算、产品冷却器热量衡算。
5、原料预热器物料衡算、原料预热器热量衡算。
6、物料衡算汇总表。
7、热量衡算汇总表。
8、换热器要求汇总表。
9、系统温度图(a4)
第二节：列管式换热器选型及校核（每人做规定的换热器）
1、初选换热器规格。
1）选择流体流向、管程数、壳程数。
2）计算传热平均温度差、温度校正系数。
3）初选总传热系数k’、估算传热面积a’
4）确定换热管规格、确定换热器结构尺寸（或选择标准换热器）、绘制管板图（a3）
5）换热器主要结构尺寸汇总表。
2、校核换热器ka值。
1）计算管程对流给热系数α1
2）计算壳程对流给热系数α2
3）确定(选择）污垢热阻。
4）计算总传热系数k
5）校核换热器ka值。
第三节：绘制图纸（每人必做、cad制图）
1）工艺流程图（a4）
(2)换热器**图（a3~a2）
四、设计计算与说明。
第一节：物料衡算和热量衡算。
1、精馏塔物料衡算。
查《化学工程手册》,乙醇、水的相对分子质量为m乙醇=46.07 g/mol， m水=18.02 g/mol
由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：
由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：
原料f、塔顶馏出液d的平均相对分子质量：
塔顶产品流率d：
由乙醇**率得：
塔底残液流率w：
摩尔分率：塔底残液w的平均相对分子质量：
2、冷凝器物料衡算、热量衡算。
物料衡算。塔顶液体摩尔流率l、气体摩尔流率v:
热量衡算。查表得，质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为80℃，此温度下乙醇的汽化潜热r可以由公式一。
x为质量分数）而得质量分数为95%的乙醇汽化潜热进入冷凝器的蒸汽流量：
冷凝塔顶混合蒸汽v需要的热量：
冷凝器冷却水进口温度为=25℃，故选定冷却水出口温度=50℃。则此时冷却水的平均温度。此温度下水的水的比热容=4.174kj/设冷却水用量为，由得。
换热要求。冷凝器对数平均温度△tm:
由传热基本方程：
得：3、产品冷却器物料衡算、热量衡算。
物料衡算。无相变，出口量等于进口量，物料无变化。
热量衡算 产品由80℃经产品冷却器降低到35℃，由公式二，其………出自《化工原理第。
三版》上册279页。
得： 则产品冷却器的将产品冷却所需的热量为。
产品冷却器进口温度t1=25℃，假定出口温度t2=41.0℃，则。
前后所需热量相近，故假定成立。
换热要求。产品冷却器对数平均温度△tm:
由传热基本方程：
得：4、原料预热器的物料衡算、热量衡算。
物料衡算。原料预热器中两流体无相变，出口量等于进口量，物料无变化。热流体在管外，冷流体走管内，且热流体出口温度比冷流体出口温度高5-10℃。
因此选择出原料预热器的温度为45℃。又进原料预热器的残液温度为100℃，则，由公式二得。
4.237 kj/（kg·℃）
原料预热所需的热量：
原料预热器进口温度为41.0℃，假定出口温度为70.9℃，则。
由公式二，得=4.100 kj/（kg·℃）
前后所需热量相近，故假定成立。
换热要求。原料预热器对数平均温度△tm:
由传热基本方程：
得：5、再沸器的物料衡算、热量衡算。
物料衡算。由乙醇-水相平衡数据查=0.2812得=82.1℃
精馏塔进料温度平均值。
平均温度下由。
公式三………出自《化工原理第三。
版》上册279页。
由。公式四 ……出自《化工原理第三。
版》上册280页。
又平均温度下cp水=4.237 kj/（kg·℃）
由。公式五 ……出自《化工原理第三。
版》上册280页。得。则。
故为冷夜进料。
提馏段塔釜气相流量及液相流量：
又， =w热量衡算。
饱和水蒸气汽化热：
塔釜残液汽化所需的热量为：
又。换热要求。
原料预热器对数平均温度。
由传热基本方程：
得：6、物料衡算汇总表。
7、热量衡算汇总表、换热器要求汇总表。
8、系统温度图。
见附录一。第二节原料预热器选型及校核。
1、初选原料预热器规格。
1）此原料预热器用100℃的水加热温度为41.0℃的乙醇，参考工业上常用的原料预热器类型，选定使用固定管板式原料预热器。
2）由冷流体乙醇 =41.0℃ =70.9℃ =21220 kg/h
热流体水 =100℃ =45℃ =10100 kg/h
由于无相变，所以进口量等于出口量，物料无变化。
知传热对数平均温度差。
则参考《化工单元过程及设备课程设计》 化学工业出版社查得温度校正系数为0.87，确定壳程数为3。
3）初选总传热系数k估=480（ｗ/ka=57.32 kw/℃
4）按原料预热器标准初选换热器、确定原料预热器相关参数。
参照《化工原理（上册）》管壳式换热器系列标准中的φ19×2mm固定管板式参数表，当传热面积为136.0 ㎡时，查相关参数初选的换热器相关参数为：
2、校核原料预热器ka值。
1）计算管程对流给热系数。
定性温度 则在定性温度下：
质量分数为50%的原料乙醇水溶液流速。
此流速在0.5~3的范围内。
所以为湍流。
2）计算壳程对流给热系数α2
定性温度取70℃，查得：
l(相邻两馆的中心距)=0.025m
换热管采取正三角形排列，则当量直径。
m查《化工单元过程及设备课程设计》可知，折流板最大间距不得大于。
当时最大支撑跨距为1500mm,则挡板间距b取200mm，所以挡板数。
在计算壳程流速时，估算面积采取下列计算方法。
则 液体被冷却时。
3) 确定污垢热阻
查p210表6-6
4)计算总传热系数k
查表得：当换热管为碳钢时，
（5）校核冷凝器ka值。
参考文献及资料。
1、《化工原理（上下册）》 陈敏恒丛德滋方图男齐鸣斎编著化学工业出版社。
2、《换热器设计手册》 钱颂文编著化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心
3、《常用物料物性数据》 苏元复化学工业出版社。
4、《化工单元过程及设备课程设计》 化学工业出版社。
5、《auto cad 2004中文版实例教程》 胡仁喜编著机械工业出版社。
主要符号说明。
符号意义计量单位。
f加料流率kmol/h
xf进料液组成摩尔数。
d气相产物流率kmol/h
xd气相产物组成摩尔分数。
w塔斧液相产物流率kmol/h
xw塔斧液相产物摩尔组成分数。
**率。q加料热状态。
r汽化潜热kj/㎏
k传热系数w/（㎡k）
l回流液流量kmol/h
v精馏段塔内的上升蒸汽流量kmol/h
提留段下降的液体流量kmol/h
提留段上升的蒸汽流量kmol/h
q传热量kj/kmol
r回流比。
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