化工原理课程设计(原料预热器①)(共29页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录专心-专注-专业设计任务书一、 设计题目:乙醇水精馏系统换热器设计二、 设计依据: 1、产量:7万吨 2、年工作时间:330天 3、原料乙醇:浓度50%(质量),出库温度25 4、产品乙醇:浓度95%(质量),入库温度45 5、乙醇回收率:99.5%6、原料乙醇泡点进料,回流比R=1.15Rmin 7、循环冷却水进口温度:30 8、再沸器饱和水蒸气温度:150 9、系统散热损失:不考虑系统散热损失 10、换热器KA值裕度:2040% 11、原料预热器(2)设计三、 设计要求:第1节:物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g
2、/mol,M水=18.02g/mol由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为:由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为:原料F、塔顶馏出液D的平均相对分子质量:塔顶产品流率D:由乙醇回收率得: 流率W:塔底残液摩尔分率:塔底残液W的平均相对分子质量:计算Rmin乙醇-水气液平衡数据P(kPa)T()XY101.325100.017700101.32594.808570.0.101.32591.457910.0.101.32589.131880.0.101.32587.445820.0.101.32586.174730.0.101.32585.192160.0.101.32584
3、.415180.0.101.32583.78810.0.101.32583.272240.0.101.32582.839990.0.101.32582.471220.224490.101.32582.151070.0.101.32581.868420.0.101.32581.614870.0.101.32581.384050.0.101.32581.171150.0.101.32580.972470.0.101.32580.785250.0.101.32580.607390.0.101.32580.437340.0.62361101.32580.273950.0.101.32580.11644
4、0.448980.101.32579.964250.0.101.32579.817050.0.101.32579.674650.0.101.32579.5370.0.101.32579.404160.551020.101.32579.276250.0.101.32579.153470.0.101.32579.036060.0.101.32578.922230.0.101.32578.816680.0.101.32578.717420.0.101.32578.624790.0.101.32578.539170.0.101.32578.460950.0.101.32578.390520.0.101
5、.32578.32830.775510.80173101.32578.27470.0.101.32578.230130.0.101.32578.195040.0.101.32578.169870.0.101.32578.155050.0.101.32578.151050.0.101.32578.158340.0.101.32578.177390.0.101.32578.20870.0.101.32578.252760.0.101.32578.3103311作图如下:由图可得,故Rmin=3.57R=1.15Rmin=1.153.57=4.1055 塔顶冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝,即该冷凝器
6、为全凝器,凝液在泡点温度下部分地回流入塔,由恒摩尔流假定,塔顶液体摩尔流率L、气体摩尔流率V为:因为是泡点进料,所以q=1又W=1.76*10-3,则=-W成立2.冷凝器物料衡算及热量衡算 查【化工原理下册P268附录】得,质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为78.2。此温度下乙醇的汽化潜热r可以下式求得:其中【查化工原理上册附表】得:乙醇:A=113,B=0.4218,;水:A=445.6,B=0.3003;求得;其中 所以则冷凝塔顶混合蒸汽放出的热量冷凝器冷却水进口温度为=30,故假定冷却水出口温度=50。取水的比热容为时的Cp=4.174kJ/kg,设冷却水用量为,由得:冷凝器对数平均温
7、度:由传热基本方程 得:3.产品冷却器物料衡算及热量衡算无相变,出口量等于进口量,物料无变化故:D=206.79kmol/h产品由78.2经产品冷却器降低到40,由【化工原理附表】:,其中,得:则产品冷却器的将产品冷却所需的热量为:产品冷却器进口温度=25,假定出口温度=41.4,则前后所需热量相近,故假定出口温度为41.1成立。产品冷却器对数平均温度:由传热基本方程得:4.原料预热器(1)的物料衡算及热量衡算 无相变,出口量等于进口量,物料无变化 一般出原料预热器残液温度比出产品冷却器的原料温度高5-10,故选择出原料预热器残液的温度为50。又进原料预热器的残液温度为,则 由公式得:Cp水=
8、4.214 kJ/(kg)原料预热所需的热量:原料预热器进口温度为41.4,假定出口温度为66,则由公式,所以前后所需热量相近,故假定出口温度为66成立。原料预热器对数平均温度:由传热基本方程 得:5.原料预热器(2)的物料衡算及热量衡算原料无相变,出口量等于进口量,饱和水蒸汽液化,进出口流率相等从原料预热器(1)出来的原料为66,要求泡点进料,所以从原料预热器(2)出来的原料为82.03,则。由公式,所以利用饱和水蒸汽的潜热加热,则此时得=542.75=30.15=213.43m3/s6.再沸器的物料衡算及热量衡算再沸器的热量衡算:由【化工原理上册】得饱和水蒸气汽化热:100:150:又Q5
9、=r2V汽再沸器对数平均温度:由传热基本方程 得:7.物料衡算汇总表精 馏 塔乙醇质量分数摩尔流率Kmol/h质量流率Kg/h原料50% F651.42塔顶95%冷凝器上升蒸汽V1055.77回流L848.898产品D206.79塔釜再沸器下降液体1500回塔蒸汽1055.77残液W444.63产品冷却器冷流体进口651.42冷流体出口651.42热流体进口206.79热流体出口206.79原料预热器(1)冷流体进口651.42冷流体出口651.42热流体进口444.63热流体出口444.63原料预热器(2)冷流体进口651.42冷流体出口651.42热流体进口30.15热流体出口30.158
10、.热量衡算及换热器要求汇总表名称冷热 流体进口温度出口温度交换热kJ/htmKA值kw/精馏塔82.0378.2100冷凝器热流体78.2(气)78.2(液)37.31386.19冷流体3050产品冷却器热流体78.24024.2912.377冷流体2541.4原料 预热器(1)热流体1005018.4825.48冷流体41.466原料 预热器(2)热流体150150(有相变)75.704.219冷流体6682.03再沸器热流体150(气)150(液)50.0239.495冷流体100(液)100(气)第2节:列管式换热器选型及校核(原料预热器)1.初选原料预热器(1)规格(1)换热器的选型
11、两流体温度变化情况:塔顶热流体(水)进口温度100,出口温度50(无相变).冷流体(乙醇水)进口温度41.4,而冷却水的出口温度为66,管壳温差较小,因此初步确定选用卧式的固定管板式换热器,并且固定管板式换热器旁路渗流较小、造价低、无内漏,是很常用的换热器。(2)流动空间安排、管径及流速的确定加热水易结垢应该走管程,原料走壳程加热,取管径为25mm*2.5mm的碳素钢管,管内流速为1.0m/s。(3)确定流体的定性温度、物性数据 (a)定性温度 壳程乙醇水的定性温度为 T=(41.4+66)/2=53.7 管程热水水的定性温度为 t=(100+50)/2=75 (b)物性数据 根据定性温度,分
12、别查取壳程和管程流体的有关物性数据: 流体水定性温度75下的物性参数 【查化工原理上册】 密度: c=974.8kg/m3 【查化原上册P261附表】 热导率: c=0.6635W/(mK)【查化原上册P261附表】 粘度: c=0.377mPaS【查化原上册P263附表】 定压比热容:Cpc=4.214 kJ/(kgK)【查化原上册P261附表】 液化潜热: rc=2568.75 kJ/kg 【查化原上册P281附录】 冷流体(乙醇水)53.7下的物性参数表【查化工工艺算图第一册-常用物料物性数据】 密度: h=858.72kg/m3 【P112】 热导率: h=0.35613 W/(mK)
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