1、 课程设计说明书课程设计说明书 题题 目 ：目 ： 年 产年 产 3.7 万 吨 酒 精 精 馏 换 热万 吨 酒 精 精 馏 换 热 器 设 计器 设 计 学 生 姓 名学 生 姓 名 ： 学学 院院 ： 化 工 学 院化 工 学 院 班班 级 ：级 ： 指 导 教 师指 导 教 师 ： 2011 年 7 月 8 日 摘要 在石油、食品加工、轻工、制药、重工业等行业的生产过程中，换热器是必用 工艺设备，可用作加热器、冷却器、冷凝器、全凝器、蒸发器和再沸器等，换热器 类型，性能不同，但设计所依据的传热基本原理相同，不同之处是在结构设计上需 要根据各自设备特点采用不同的计算方法。由于生产的规模、
2、物料的性质、传热的 要求等各不相同，故换热器的类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。 换热器伴随工业生产的始终，其效果的好坏直接影响工业生产的质量和生产效 益，为了完成年产 3.7 吨酒精的生产任务并节约能源，减少对环境的污染，本次换 热器设计的思路为用塔底釜残液的热量来先加热原料液， 是原料液加热到一定温度， 然后再用高温蒸汽来加热原料液达到酒精泡点温度再进精馏塔。塔顶酒精蒸汽经过 全凝器，用冷却水将酒精蒸汽冷却至液体，再经过冷却器是产品冷却至 35 度。 本次设计任务是年产 3.7 万吨酒精精馏系统换热器设计，其中包括了生产工艺 流程中四个换热器：原料预热器、塔顶全凝器、塔顶冷却
3、器、塔底冷却器。对每个 换热器进行了精算，经反复选择与核算之后，选取了合适的换热器类型及其结构尺 寸等其他工艺指标要求。 此次设计参考了较多的文献资料，结合实际生成需求采用了科学严谨的计算方 法和精确严密的计算步骤，设计出了较符合生成需求，经济实惠，安全可靠，操作 简便，易于清洗、维修的列管换热器。 关键字：换热器、设计、加工 1 前言 课程设计是化工原理课程中综合性和实践性较强的一个环节，它是理论联系实 际的桥梁，是进行体察工程实际问题复杂性的初次尝试。 工业生产中过程中，两种物流之间热的交换通过换热器实现。在石油、化工、 食品加工、轻工、制药等行业的生产过程中，换热器是通用的工艺设备，可作
4、为加 热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，换热器的类型性能各异，但设计所依 据的传热基本原理相同，不同之处是在结构设计上需要根据各自设备特点采用不同 的计算方法，本次设计采用应用广泛的列管换热器。 列管换热器的应用已有悠久的历史，在很多工业部门中，列管换热器仍处于主 导地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因 而对换热器的要求也日益加强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究 十分活跃，一些新型的换热器相继问世。 2 符号说明 Q传热速率(即热负荷)，W； K总传热系数，W(m 2)； S与 K 值对应的换热器传热面积，m 2； tm平均温度差，。 W
5、流体的质量流量，kgh； Cp流体的平均定压比热容，J(kg)； T 热流体的温度，； t 冷流体的温度，； r 饱和蒸汽的冷凝潜热，kJkg。 K。基于换热器外表面积的总传热系数，w(m 2)； i O 基于管内及管外的对流传热系数，w(m 2)； Rso、Rsi分别为管外侧及管内侧表面上的污垢热阻，(m 2)w; do、di 、dm分别为换热器列管的外径、内径及平均直径,m； b列管管壁厚度, m； k 一列管管壁的导热系数，w(m) t蒸汽的饱和温度与壁温之差， nc水平管束在垂直列上的管数； 1P直管中因摩擦阻力引起的压力降 Pa； 2P回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa； tF结垢
6、校正系数，无因次，252.5mm 的换热管取 1.4；192mm 的换热管 取 1.5； sN串联的壳程数； pN管程数。 阻力系数，列管换热器管内=3 BN折流挡板数目； 0u按壳程流通面积 So计算的流速，m/s 3 第 1 章 确定设计方案 1.1 设计设备在生产中的作用 换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，是必不可 少的单元设备，在生产中占有很重要的地位。据统计，在现代石油化工企业中，换 热器投资约占装备建设总投资的 30%-40%；在合成氨厂中，换热器占全部设备台数 的 10%，由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。 1.2 换热系统流程方案的设计 进行换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方框图并选用适 当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成 给定生产任务所在地需的传热面积，并确定
