化工原理课程设计说明书。
乙醇――水精馏塔顶产品冷凝器的工艺设计。
学院。专业。
年级班别。课程名称。
姓名。学号。
指导教师。2024年12月27日。
目录。第一部分 《化工原理课程设计》任务书02
第二部分主要设备的设计计算和说明04
一、初选换热器规格计算04
二、相关数据核算07
三、所选固定管板式换热器的结构说明11
第三部分换热器的主要结构和计算结果汇总13
第四部分参考文献14
第五部分设计小结15
第一部分《化工原理课程设计》任务书。
1） 设计题目。
乙醇――水精馏塔顶产品冷凝器的工艺设计。
设计冷凝器，冷凝乙醇――水系统精馏塔顶的馏出产品。产品中乙醇的浓度为95%，处理量为（4～10）×104t/a，要求全部冷凝。冷凝器操作压力为指定地区常压，介质为水，其压力为0.
3mpa，进口温度为30℃，出口温度为40℃。
2） 设计任务及操作条件。
1 处理量：（4～10）×104t/a
2 产品浓度：含乙醇95%
3 冷却介质：水，压力为0.3mpa，进口温度为30℃，出口温度为40℃
4 操作压力：指定地区大气压。
5 允许压降：≤106pa
6 每年按330天计，每天24小时连续运行。
7 设计项目
设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。
换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。
换热器的主要结构尺寸设计。
主要辅助设备选型。
绘制换热器的**配图。
3）设计说明书。
①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（换热器型式、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设计结果汇总；
⑥主体设备设计计算及说明；
考文献；记及其他。
4）设计图要求。
附换热器的装配图一张。
5）设计思考题。
1 换热器的结构、类型及工作原理？
2 影响传热的主要因素有哪些？
3 何为冷凝器，冷凝器的主要型式及结构？
4 选择走管程或是壳程的介质，需要考虑哪些原则？
5 循环冷却水的进出口温度确定原则？
6 对冷凝器的设计你进行了哪些优化？
6）各阶段时间安排（以天为单位）（用一周时间集中进行，第三学期的第17周）
设计方案选定：0.5天。
主要设备的工艺设计计算：2天。
辅助设备的选型：0.5天。
编写设计说明书：2天。
课程设计考核以平时听课、设计态度、设计计算、查阅资料和正确运用数据能力等几部分组成，占该门课程成绩40％，课程设计书按提供的统一格式进行书写。
附：12级生物工程1班《化工原理课程设计》题目。
第二部分主要设备的计算和说明。
1、初选换热器规格计算（确定换热器种类）
1、确定流体流动空间。
冷却水宜走管程，95%乙醇走壳程，因有利于乙醇的散热和冷凝，且乙醇和水之间存在相变。
2、计算流体的定性温度，确定物体的物性数据。
冷却水为自来水，进口温度为30℃，出口温度为40℃。
塔顶产品：入口温度78.3℃，出口温度78.3℃。
水的定性温度：tm=（30+40）/2 = 35℃
乙醇（95%）的定性温度：：tm=（78.2+78.2）/2 = 78.2℃
两流体的温度差：δt=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。
查《化工原理》附录得水和乙醇物性数据制表。
表1 两流体在定性温度下的物性数据。
3、计算热负荷q
ms1=7×104×103/(330×24)=8838.4kg/h=2.4551kg/s
r=r纯乙醇×95%+r水×5%=885.1×95%+2258.4×5%=925.265kj/kg
q=ms1×r=2.4551kg/s×925.265kj/kg=2271.618kw
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。
q= m2cpc（t1t2）
所以：m2= 2271.618/(4.174×1.03×(40-30))=52.84kg/s
4、计算有效平均温度差。
逆流温度 △tm，逆= =45.7℃
5、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.℃)
6、估算换热面积：
a=q/k△tm，逆 =2271.618×103/(450 ×45.7)=110.46m2
7、管的工艺结构。
7.1 管径与管内流速。
管径φ25mm×2.5mm, 管程流速 u=1.0 m/s， 壳程流速u=0.8 m/s
7.2 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=(52.84/992.2)/(0.785×0.022×1.0)=169.6(根)=170（根）
按单管程计算所需换热管的长度l
l=s/(nsπdo)= 110.46/(170×3.14×0.025）=8.28m
按单管程设计，传热管过长，根据实际情况，取传热管长l=4.0m，则该换热器的管程数为。
np=l/4.0=8.28/4.0≈2
传热管总根数nt=170×2=340（根）
7.3 传热管排列和分程方法。
正方形错列式，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
7.4 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。
mm圆整取d=800mm（查汪镇安。化工工艺设计手册壁厚为14mm）
7.5 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=0.25×800=200mm，取h=200mm。
取折流板间距为b=0.3d,则b=0.3×800=240mm，取b=240mm。则折流板数。
（块）折流板圆缺水平面安装。
7.6 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。
7.7 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
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