化工原理冷凝器课程设计说明书.pdf

第一章 列管换热器设计概述 1.1.换热器系统方案的确定 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。 1.1.1全塔流程的确定 从塔底出来的釜液一部分进入再沸器再沸后回到精馏塔内，一部分进入到冷 却器中。为了节约能源，提高热量的利用率，采用原料液冷却塔底釜液，这样不 仅冷却了釜液又加热了原料液，既可以减少预热原料所需要的热量，又可减少冷 却水的消耗。从冷却器出来的釜液直接储存，从冷却器出来的原料液再通往原料 预热器预热到所需的温度。塔顶蒸出的乙醇蒸汽通入塔顶全凝器进行冷凝，冷凝 完的液体进入液体再分派器，其中的2/3 回流到精馏塔内，另1/3进入冷却器中 进行冷却，流出冷却器的液体直接储存作为产品卖掉。 1.1.2加热介质冷却介质的选择 在换热过程中加热介质和冷却介质的选用应根据实际情况而定。除应满足加 热和冷却温度外，还应考虑来源方面，价格低廉，使用安全。在化工生产中常用 的加热剂有饱和水蒸气、导热油，冷却剂一般有水和盐水。综合考虑，在本次设 计中的换热器加热介质选择饱和水蒸气，冷却介质选择水。 1.1.3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。所以本次设计过程中的换热器都选用列管式换热器。 由于本次设计过程中所涉及的换热器的中冷热流体温差不大（小 70℃）, 各个换热器的工作压力在1.6MP以下，都属于低压容器，因固定管板式换热器两 端管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单、价格低廉、管子里面易清洗，所 以可选择列管式换热器中的固定管板式换热器。 1.1.4流体流动空间的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时 参考(以固定管板式换热器为例)。 (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于 清洗和检修。 (3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热 系数与流速关系不大。 (5)被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积 常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。 (7)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳 程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低 Re(Re>100)下即可达到湍流，以 提高对流传热系数。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾， 例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压 强降，以便作出较恰当的选择。 1.1.5流体流速的确定 流体的流速对传热来说非常的重要，因为在滞留层的传热是一热传导为主， 热传导的传热速率小于对流传热。所以如果流速太小它形成的滞留层会很厚，会 大大减小传热速率，又因如果流速太小杂质会在壁面沉积也会导致传热速率的下 降，提高流体在换热器中的流速，可以增大对流体传热系数，减少污垢在管子表 面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增加，所需要传热面积减 少，设备费用降低。但是流速增加，流体阻力将相应加大，使操作费用增加。所 选择流速时应该综合考虑。 下表列出工业一般采用的流体流速范围。 液体的种类 一般液体 易结垢液体 气体 管程 0.5－3 ＞1 5－30 流速m／s 壳程 0.2－1.5 ＞0.5 3－15 1.1.6换热器材质选择 在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、 操作温度。流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然， 最后还要考虑材料