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列管式换热器设计

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  在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器,故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。

  列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝,进口温度为76℃,出口温度为45。冷却介质为水,入口温度为24℃,出口温度为36℃,两流体的温度差不是很大,再根据概述中各种类型的换热器的叙述,综合以上可以选用固定管板式换热器。

  流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速,可加大对流传热系数,减少污垢的形成,使总传热系数增大;但同时使流动阻力加大,动力消耗增多;选择高流速,使管子的数目减小,对一定换热面积,不得不采用较长的管子或增加程数,管子太长不利于清洗,单程变为多程使平均传热温差下降。因此,一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范围,可供设计时参考。选择流速时,应尽可能避免在层流下流动。

  由于使用的冷却介质是井水,比较容易结垢,乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小,参考以上三个表格数据可以初步选定管程流速为0.9m/s,壳程流速为7m/s。

  冷却介质水的入口温度24℃,出口温度为36℃,故,可以求得水的定性温度为:Tm=30℃

  热流体乙醇在饱和温度下冷凝,故可以确定入口温度和出口温度相同,故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。

  当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时,就得排列较多的管子,为了提高流体在管内的流速,需将管束分程。但是程数过多,导致管程流动阻力加大,动力能耗增大,同时多程会使平均温差下降,设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有 1、2、4、6 四种。采用多程时,通常应使每程的管子数相等。

  选用Φ25×2.5mm较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速 u1=0.8m/s。

  按双程管设计,传热管适中,可以用双管程结构。根据本设计实际情况,现取传热管长l=4m,则该换热器的管程数为

  由于平均传热温差校正系数大于0.8,同时壳程流体流量较大,故取双壳程合适。

  采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%,则切去的圆缺高度为h=0.20*250=75mm。

  通过分析管壳式换热器壳程传热与阻力性能特点,说明在采用能量系数K/N来评

  本设计通过对面积校核,压降校核,等计算可知均满足要求,且传热效率符合要求,能很好的完成任务。

  经济和环境效益评价:生命周期方法是一种针对产品或生产工艺对环境影响进行评价的过程,它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化,来评估能量和物质利用对环境的影响,以寻求对产品或工艺改善的途径。这种评价贯穿于产品生产、工艺活动的整个生命周期,包括原材料的开采和加工、产品制造、运输、销售、产品使用与再利用、维护、再循环及最终处置。设计中使用水作冷却剂,无污染,耗资少,无有害气体产生,整个过程简单,易操作,环境和经济效益良好。

  本设计中面积,传热系数,压降等均有比较好的裕度保证,即使生产使用中出现比较大的误差,设备结构也能保证不出现打的安全损伤的事故,具有良好可靠的安全保证。

  本次课程设计是理论联系实际的桥梁,是我们学习化工设计基础的初步尝试。通过课程设计,使我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通的独立思考,在规定的时间内完成了指定的化工设计任务,从而得到了化工程序设计的初步训练。通过课程设计,使我们更加深刻的了解了工程设计的基本内容,掌握化工设计的程序和方法,培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。

  3 用精炼的语言,简洁的文字,清晰的图表来表达自己的设计思想的计算结果。

  4 同样也发现了自己的诸多不足之处,对所学知识的熟悉程度不够,浪费了不少的时间。

  2. 贾绍义,柴诚敬等,《化工原理课程设计》,天津大学出版社,1994.

  3.匡国拄,史启才等,《化工单元过程及设备课程设计》,化学工业出版社,2002.

  5. 陈敏恒,丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京:化学工业出版社,2000.