计算机辅助设计任务_docx

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2 设计部分

2.1 设计任务书

某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中,为回收系统内第一萃取塔釜液的热量,用其釜液将原料液从95℃预热至128℃,原料液及釜液均为乙醇,水溶液,其操作条件列表如下:

表2.1设计条件数据

物料流量组成(含乙醇量)进口温度出口温度操作压

kg/h mol% ℃℃ MPa

釜液 109779 3.3 145 0.9

原料液 102680 7 95 128 0.53 试设计选择适宜的管壳式换热器。

2.2管壳式换热器的选用和设计计算步骤[2]

1.试算并初选设备规格

(1) 确定流体在换热器中的流动途径。

(2) 根据传热任务计算热负荷Q。

(3) 确定流体在换热器两端的温度,选择列管式换热器的型式;计算定性温度,并确定在定性温度下流体的性质。

(4) 计算平均温度差,并根据温度校正系数不应小于0.8的原则,决定壳程数。

(5) 依据总传热系数的经验值范围,或按生产实际情况,选定总传热系数K选值。

,初步算出传热面积S,并确定换热器的基

(6) 由总传热速率方程Q=KSΔt

m

本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等),或按系列标准选择设备规格。

2.计算管、壳程压强降根据初定的设备规格,计算管、壳程流体的流速和压强降。检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压强降不符合要求,要调整流速,再确定管程数或折流板间距,或选择另一规格的设备,重新计算压强降直至满足要求为止。

3.核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数r1 和r2,若r1

2.3 传热量及釜液出口温度

A. 传热量Q

以原料液为基准亦计入5%的热损失,按以下步骤求得传热量Q。

由程序算得原料液平均温度t m= 111.5 ℃

分别查得乙醇、水的物性为:

表2.2

粘度μ热导率λ密度ρ比热容Cp

(cp)(W/(m·℃))(kg/m3)(kJ/kg℃)

乙醇 0.29 0.149 700 3.182

水 0.26 0.685 949.4 4.237

混合物 0.262 0.539 879.9 4.067 以上表中混合物的各物性分别由下式求得[2]:

混合物:cp

混合物热导率:W/(m·℃)

混合物密度:kg/m3

混合物比热容:kJ/(kg℃)

式中为组成为i的摩尔分率,为组分i的质量分率。其他符号意义同前。

所需传递的热流量:

Q=1.05×Mc×Cpm×(t2-t1)

由程序算得: Q=4019.2 KW

B. 确定釜液出口温度

假设T2=113℃,则定性温度为:

Tm=(T1+T2)/2

由程序算得: Tm=129 ℃

由可查得乙醇、水物性,亦由以上推荐公式分别求得釜液的物性如表2.3所示:

表2.3

粘度μ热导率λ密度ρ比热容Cp

(cp)(W/(m·℃))(kg/m3)(kJ/kg℃)

乙醇 0.222 0.144 678.0 2.617

水 0.224 0.686 935.6 4.267

釜液 0.224 0.578 908.0 4.135

由热流量衡算得:

T2=T1-Q/(Mh×Cph)

由程序算得釜液实际出口温度: T2=113.1℃

2.4 换热器壳程数及流程

A. 换热器的壳程数Nk

对于无相变的多管程的换热器壳程数Nk的确定,是由工艺条件,即冷、热物流进出口温度,按逆流流动给出传热温差分布图如图2.1所示,采用图解方法确定壳程数Nk[8]。

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图解壳程数Nk 图2.1

如图1-1可见,所用水平线数为2,故选取该换热器的壳程Nk为2。其处理办法,或在一壳体内加隔板或选用两个单壳程的换热器,显然后者比较方便。故选用两台相同的换热器。

B. 流程选择

冷、热流体的物性及流量均相近。为减少热损失,先选择热流体(釜液)走管程,冷流体(原料液)走壳程如图2.2所示。

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流程示意图图2.2

2.5 估算传热面积

A.传热温差△t m

前面已提供了釜液及原料液进出口温度,于是可得:

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在列管式换热器中由于加折流板或多管程,冷、热两流体并非纯逆流,以上应加以校正,其校正系数Et按以下步骤求得[2]:

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由R、P及壳程数查[2](换热器设计手册P60)图得:Et=0.80,于是得传热温差校正值为:

△t m = Et×

由程序算得传热温差校正值:△t m=14.0℃

B.传热面积A

根据冷、热流体在换热器中有无相变化及其物性等,通过查[2](换热器手册)表,选取传热系数K=850 W/( m2﹒℃),于是可求所需传热面积A为:

A=1000×Q/(K×△t m)

由程序算得所需传热面积: A= 337.7m2

2.6 换热器选型

根据传热温差的大小,传热介质的性质以及结垢、清洗要求等条件选择适宜的换热器,为保证传热时流体适宜流动状态,还需估算管程数[8] [9]。

管程热流体(釜液)体积流量(单位m3/s):

Vm=Mh/(3600×m i)

由程序算得: Vm=0.0336

选用规格钢管,d i为管内径(m)设管内的流速u i=0.5m/s,则:

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