课程设计(定稿)

2011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：田明班级学号：1108102-09指导老师：尹志芳同组学生姓名：朱爱芳、王陆晔、曾凌完成时间：2013年12月5日2《化工原理》课程设计评分细则说明：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)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5-44-33-22-1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10-88-66-44-1设计任务书设计方案方案是否合理及是否有创新10-88-66-44-1计算记录工艺计算过程计算过程是否正确、完整和规范10-88-66-44-1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10-88-66-44-1图面布置标准标注文字、符号、代号标注是否清晰、正确10-88-66-44-1标注标准与设计吻合图纸设备规格与计算结果是否吻合10-88-66-44-1比较图纸与说明书平时成绩20%出勤计算、上机、手工制图10-88-66-44-1现场考察卫生与纪律设计室是否整洁、卫生、文明10-88-66-44-1答辩成绩15%内容表述答辩表述是否清楚5-44-33-22-1现场考察内容是否全面5-44-33-22-1回答问题回答问题是否正确5-44-33-22-1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3目录第一部分设计任务书..........................................................................................41.设计题目:乙醇-水精馏塔顶产品全凝器的设计.............................................42.设计任务及操作条件.................................................................................43．设计说明书的内容...................................................................................44.设计图要求..............................................................................................4第二部分主要设备的计算和说明..........................................................................5一、换热器规格计算.....................................................................................51、确定流体在换热器中的流动途径：....................................................52、确定流体的定性温度........................................................................53、计算热负荷Q..................................................................................64、计算平均温度..................................................................................65、选取经验传热系数K值.....................................................................66、计算换热面积..................................................................................77、由标准系列选取换热器的基本参数....................................................78、核算总传热系数...............................................................................7二、所选固定管板式换热器的结构说明.........................................................101、管程结构.......................................................................................102、壳体结构.......................................................................................113、其他主要附件.................................................................................12第三部分换热器的主要结构和计算结果..............................................................13第四部分参考文献............................................................................................14后记..............................................................................................................154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0.3MPa，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。5第二部分主要设备的计算和说明一、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，入口温度为30℃，出口温度为40℃.塔顶产品，只有相变，无温度变化，则：入口温度=78.3℃，出口温度=78.3℃。水的定性温度：tm=30+402=35℃塔顶乙醇（95%）的定性温度：Tm=(78.3+78.3)/2=78.3℃两流体的温度差：Tm-tm=78.3-35=43.3℃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对于95%乙醇，部分物性数据经如下换算：物性流体温度T(℃)密度kg/m3粘度mPa·s比热容CpkJ/(Kg·℃)热导系数λW/(m·℃)液化潜热r/(kJ/kg)95%乙醇78.3738.60.473.520.2418935水35994.060.784.1780.62575906r=r纯乙醇×95%+r水×5%=865×95%+2260×5%=935kJ/kgλ=λ水×0.05%+λ纯乙醇×0.95%=0.2418W/(m·℃)3、计算热负荷Q，按管内塔顶产品计算，即Ms1(乙醇的进料流量）Ms1=8×104×103/(330×24)=1.0101×104kg/h=2.8058kg/sQ=Ms1×r乙醇=2.8058kg/s×935kJ/kg=2623.4kw若忽略换热器的热损失，水的流量可由热量恒算求得Ms2Cpc（t1t2）=QMs2=2623.4/(4.178×(40-30))=62.79kg/s4、计算平均温度，并确定壳程数。逆流：热流体：T1=78.3℃T2=78.3℃冷流体：t2=40℃t1=30℃t：38.3℃48.3℃所以tm；=12(48.3+38.3)=43.3℃温度校正：P=211140300.2178.330ttTt12210TTRtt有P和R查对数平均温差校正系数图得：此时1t，大于0.8，所以选用单壳程的列管式换热器。43.3mtmtt℃5、选取经验传热系数K值根据壳内为乙醇（95%）混合气，管内为水，总传热系数范围在200~9002/Wm℃初选：K=570w/(m2.℃)76、计算换热面积：A=mQKt=2623.4×103/(570×43.)m2=106.29m27、由标准系列选取换热器的基本参数卧式固定管板式换热器的规格如下：公称直径DN：700mm管长：4.5m公称换热面积A：122.6m2管子直径：25mm×2.5mm管程数：Np=1管子排列方式：正三角形管数：NT：355冷凝器的实际传热面积：200(1)3553.140.0254.4122.6AndLm换热器所要求的总传热系数至少为：3002623.410494.2122.643.3mQKAtW/(m2.℃)8、核算总传热系数①计算管程对流传热系数i3262.79100.0632994.06sisimVmi2223550.7850.0200.111541TiipNAdmN0.06320.56680.1115siiiVmmussA30.0200.5668994.06144470.7810iiieiiduR10000(湍流)334.178100.78105.2080.6257PIipiiCp故管程对流传热系数80.80.40.80.40.62570.023Re0.023144475.20829580.020iiriaPdW/(m2.℃)②计算壳程对流传热系数0因为卧式管壳式换热器，壳程为95%乙醇饱和蒸气冷凝为饱和液体后离开换热器，故可按蒸气在水平管外冷凝的计算公式计算04/10320)(725.0tdngrs0.5191.02221sTnN三角形直列因为95%的乙醇一直处于泡点恒温状态，则冷凝液膜平均温度为95%的乙醇泡点温度78.3oC，故采用95%的乙醇泡点温度时的物性数据。假设tw=50℃，则ts-tw=28.3℃，在层流下：1423233030738.69.819350.2418100.7250.7251293.40.4710210.02528.3sgrndtW/(m2.℃)③确定污垢热阻41072.1soR(m