年产3.4万吨酒精精馏换热器设计.doc

课程设计说明书题 目 ： 年 产 3.4 万 吨 酒 精 精 馏 换 热 器 设计 学校代码： 10128学 号： 201030506059内蒙古工业大学本科课程设计摘 要换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备等近 30 多种产业，相互形成产业链条换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的 20%有的甚至高达 30%，其重要性可想而知 在 接 到 完 成 年 产 3.3 万 吨 酒 精 的 生 产 任 务 ， 我 在 设 计 换 热 器 时 的 思 路 是 ：在 正 常 的 生 产 过 程 中 ， 利 用 低 压 蒸 汽 作 为 加 热 介 质 在 预 热 器 中 对 原 料 液 进 行 预 热 ，达 到 泡 点 81.9℃后 利 用 离 心 泵 输 送 到 精 馏 塔 中 进 行 蒸 馏 ， 塔 顶 蒸 馏 出 的 酒 精 蒸 汽输 送 到 塔 顶 冷 凝 器 ， 利 用 循 环 冷 却 水 作 为 冷 却 介 质 使 酒 精 蒸 汽 转 为 液 体 ， 输 送 到分 配 器 中 ， 调 节 分 配 器 使 回 流 比 为 2， 使 部 分 酒 精 液 体 回 流 。

未 回 流 部 分 作 为 产品 输 送 到 塔 顶 冷 却 器 中 ， 在 塔 顶 冷 却 器 中 再 次 用 冷 却 水 使 其 降 到 35℃输 送 到 储装 罐 中 同 时 ， 利 用 塔 釜 再 沸 器 将 塔 釜 液 体 进 行 快 速 加 热 达 到 泡 点 ， 输 送 到 精 馏塔 中 进 行 蒸 馏 ， 剩 余 的 釜 残 液 经 过 塔 底 冷 却 器 冷 却 后 输 送 到 储 装 罐 中 换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体消耗量降低前者可节省设备费，后者可节省操作费，所以在我的设计中应该尽量采用逆流换热 内蒙工业大学本科课程设计1内蒙古工业大学本科课程设计目 录第一章 换热器的设计 ....................................................11.1 概述 ..........................................................11.2 设 计 方 案 的 确 定 及 选 型 ..........................................11.3 列管式换热器的设计 计算 ..........................................3第 二 章 列管式换热器的工艺计算 .........................................102.1 原 料 预 热 器 的 工 艺 计 算 .........................................102.2 塔顶冷凝器的工艺计算......................................... 152.3 塔顶冷却器的工艺计算......................................... 20第三章 汇 总 表 .......................................................253.1 原 料 预 热 器 的 主 要 结 构 尺 寸 和 计 算 结 果 ...........................26第四章 设 计 评 论 ....................................................27参 考 文 献 ............................................................29致 谢·································································30内蒙工业大学本科课程设计1第一章 换热器的设计1.1 换热器的简介换热器（英语翻译：heat exchanger） ，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式在三类换热器中，间壁式换热器应用最多 因此适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 一、换热器按传热原理分类 1、表面式换热器 表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器 2、蓄热式换热器 蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等 3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等 二、换热器按用途分类 内蒙工业大学本科课程设计21、加热器：加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化2、预热器：预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数 3、过热器：过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态 4、蒸发器：蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发三、按换热器的结构分类 可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等1.2 设计方案的确定及选型在进行换热器的设计时，首先应根据年 产 3.3 万 吨 酒 精 的 生 产 任 务 的 工艺要求确定换热系统的流程方案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，并确定换热器的工艺尺寸且根据实际流体的腐蚀性确定换热器的材料，根据换热器内的压力来确定其壁厚1.2.1 流程方案的确定换热器设计的第一步是确定换热系统的流程在 正 常 的 生 产 过 程 中 ， 利 用 低压 蒸 汽 作 为 加 热 介 质 在 预 热 器 中 对 原 料 液 进 行 预 热 ， 达 到 泡 点 81.9℃后 利 用 离心 泵 输 送 到 精 馏 塔 中 进 行 蒸 馏 ， 塔 顶 蒸 馏 出 的 酒 精 蒸 汽 输 送 到 塔 顶 冷 凝 器 ， 利 用循 环 冷 却 水 作 为 冷 却 介 质 使 酒 精 蒸 汽 转 为 液 体 ， 输 送 到 分 配 器 中 ， 调 节 分 配 器 使回 流 比 为 2， 使 部 分 酒 精 液 体 回 流 。

未 回 流 部 分 作 为 产 品 输 送 到 塔 顶 冷 却 器 中 ，在 塔 顶 冷 却 器 中 再 次 用 冷 却 水 使 其 降 到 35℃输 送 到 储 装 罐 中 综 合 考 虑 地 理 位置 等 因 素 ， 我 认 为 使 用 水 蒸 汽 作 为 加 热 介 质 和 循 环 冷 却 水 做 为 冷 却 介 质 是 比 较 经济 的 1.2.2 换热器类型的选择列 管 式 换 热 器 的 结 构 简 单 、 牢 固 ， 操 作 弹 性 大 ， 应 用 材 料 广 ， 历 史 悠 久 ， 设计 资 料 完 善 ， 并 已 有 系 列 化 标 准 ， 特 别 是 在 高 温 、 高 压 和 大 型 换 热 设 备 中 占 绝 对优 势 不 同 形 式 的 列 管 式 换 热 器 主 要 针 对 换 热 器 管 程 与 壳 程 流 体 的 温 度 差 不 同 设内蒙工业大学本科课程设计3计 由 于 列 管 式 换 热 器 管 束 与 壳 体 内 通 过 流 体 的 温 度 不 同 ， 会 引 起 管 束 与 壳 体 热膨 胀 程 度 的 差 异 ， 若 两 侧 流 体 的 温 度 差 较 大 时 ， 需 加 入 膨 胀 节 。

根 据 热 补 偿 方 法不 同 ， 列 管 式 换 热 器 有 以 下 几 种 形 式 1） 固 定 管 板 式 换 热 器固 定 管 板 式 换 热 器 两 端 的 管 板 与 壳 体 连 在 一 起 这 类 换 热 器 结 构 简 单 、 价 格低 廉 ， 但 管 外 清 洗 困 难 ， 宜 处 理 两 流 体 温 差 小 于 50 C 且 壳 方 流 体 较 清 洁 及 不易 结 垢 的 物 料 补 偿 圈 的 弹 性 变 形 可 减 少 温 差 应 力 ， 这 种 补 偿 方 法 使 用 于 两 流 体温 差 小 于 70 C， 且 壳 方 流 体 压 强 不 高 于 600Kpa 的 情 况 2） 浮 头 式 换 热 器换 热 器 的 管 板 有 一 个 不 与 外 壳 连 接 ， 该 端 被 称 为 浮 头 ， 管 束 连 同 浮 头 可 以 自由 伸 缩 ， 而 与 外 壳 的 膨 胀 无 关 浮 头 式 换 热 器 的 管 束 可 以 拉 出 ， 便 于 清 洗 和 检 修 ，适 用 于 两 流 体 温 差 较 大 的 各 种 物 料 的 换 热 ， 应 用 极 为 普 通 ， 但 结 构 复 杂 ， 造 价 高 。

3） 填 料 式 换 热 器管 束 一 端 可 以 自 由 膨 胀 ， 与 浮 头 式 换 热 器 相 比 ， 结 构 简 单 、 造 价 低 ， 但 壳 程流 体 有 外 漏 的 可 能 性 ， 因 此 壳 程 不 能 处 理 易 燃 、 易 爆 的 流 体 原 料 预 热 器 冷 热 流 体 的 温 度 差 大 于 70 C， 所 以 选 用 浮 头 式 换 热 器 冷 凝 器的 平 均 温 差 大 于 50 C 小 于 70 C， 所 以 选 用 带 有 膨 胀 节 的 固 定 管 板 式 换 热 器 塔 顶 冷 却 器 两 流 体 温 差 小 于 50 C， 可 以 选 用 普 通 的 固 定 管 板 式 换 热 器 此 外 ， 在 确 定 选 用 换 热 器 的 型 式 时 ， 即 要 依 据 两 流 体 的 温 度 差 考 虑 热 补 偿 的问 题 ， 还 应 考 虑 流 体 的 性 质 及 检 修 和 清 晰 等 因 素 1.2.3 列管式换热器的基。