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摘 要

本文主要针对乙醇水精馏塔塔顶的冷却器的设计，冷却器的设计类型有很多，本次设计选择的是U型管式的换热器，因为它的结构简单，制造成本相比其他类型的冷却器更节省材料。

本次设计的主要内容：①首先先进行热量衡算、物料的衡算；②挑选合适的冷却器类型，确定冷却器的换热面积，壳体大小，管子大小和数量等；③总传热系数的计算和校核；④管程和壳程的压力降是否满足要求;⑤换热器的封头，壳体厚度计算和强度校核；⑤组成冷却器的零部件的选型和校核；⑥最后还要对冷却器制造成本的经济进行计算。

关键词: 乙醇水 冷却器 换热面积 强度校核

Abstract

This paper mainly aims at the design of the cooler at the top of the distillation tower.There are many types of design for the cooler.The U-tube heat exchanger is selected for this design.Because its structure is simple and manufacturing costs are more material efficient than other types of coolers.

The main content of this design:(1)First of all, heat balance, material accounting

(2)Select the appropriate type of cooler, determine the heat transfer area, shell size, tube size and quantity, etc.(3)Calculation and checking of total heat transfer efficient.(4)Whether the pressure drop of the tube and shell range meets the requirements.(5)Selection and checking of the parts that make up the cooler.(6)Finally, the cost of cooler manufacturing is calculated.

Key words: Ethanol water cooler Heat transfer area Strength check

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1设计条件 1

1.2设计依据与标准 1

1.3乙醇水精馏的工艺流程 2

1.4设计思路 2

第二章 物料衡算和热量衡算 4

2.1精馏塔的物料衡算 4

2.1.1乙醇在各组分中的摩尔分数 4

2.1.2 平均摩尔质量的计算 4

2.1.3精馏塔物料衡算 5

2.2冷却器物料衡算、热量衡算 5

2.2.1物料衡算 5

2.2.2热量衡算 5

2.2.3换热要求 6

第三章 冷却器的选型 7

3.1冷却器选型 7

3.1.1定流体通入空间 7

3.1.2计算乙醇和冷却水的定性温度、物性数据 7

3.1.3计算热负荷Q 7

3.1.4计算平均温差 8

3.1.5选择冷却器规格 9

3.1.6冷却器的实际传热面积 9

3.2核算冷却器的总传热系数 10

3.2.1冷却器管程对流传热系数 10

3.2.2冷却器壳程对流传热系数 10

3.2.3污垢热阻 11

3.2.4冷却器的总传热系数 11

3.3冷却器的压强降 12

3.3.1冷却器管程压强降 12

3.3.2计算壳程压降 13

第四章 冷却器主要结构尺寸 14

4.1主要结构尺寸的确定 14

4.1.1壁厚的选择 14

4.1.2管箱圆筒设计 14

4.1.3管箱圆筒厚度的校核 14

4.1.4壳体厚度计算 14

4.1.5壳体厚度的校核 15

4.1.6冷却器封头设计 15

4.1.7冷却器封头的校核 16

4.2管子的规格和排列方法 16

4.2.1管子的规格 16

4.2.2管子的排列型式 17

4.2.3冷却器换热管的中心距 17

4.2.4冷却器的布管限定圆 17

4.3管板的设计 18

4.3.1管板连接方式 18

4.3.2管板设计计算 18

4.4管箱结构设计 20

4.4.1管箱的最小内侧深度 20

4.4.2分程隔板 20

第五章 冷却器其他各部件结构 21

5.1进出口接管设计 21

5.1.1接管法兰选取 21

5.1.2接管外伸长度 21

5.1.3接管与筒体、管箱壳体的连接 22

5.1.4接管最小的位置 22

5.1.5开孔补强计算 23

5.2封头法兰和筒体法兰的选型 23

5.2.1管箱法兰校核 24

5.2.2筒体法兰的校核 24

5.2.3垫片的设计 24

5.2.4螺栓与螺母的选型 25

5.3折流板 26

5.3.1折流板尺寸 26

5.4拉杆与定距管 27

5.4.1拉杆的选型 27

5.4.2拉杆的直径和数量 27

5.4.3拉杆的尺寸 27

5.4.4拉杆的布置 28

5.4.5定距管的尺寸 28

5.5防冲板 28

5.5.1防冲板的位置和尺寸 28

5.6鞍座 28

第六章 冷却器的制造成本经济核算 30

6.1冷却器设备成本核算 30

6.2能耗成本核算 31

6.3全年成本运行总成本 32

6.4经济效益的计算 32

第七章 总结 34

参考文献 35

附录 38

绪论

1.1设计条件

①精馏后的乙醇(≥95%)每年生产量为20万吨

②冷却器运行330天，合计工作7920小时，其生产能力为每小时25.25吨

③冷却水的进入冷却器时温度是25℃，出来温度是35℃。

④乙醇的进入冷却器的温度为78℃，出来温度为40℃

1.2设计依据与标准

在设计换热器的时候，我们需要考虑很多重要的因素，像材料、温度、压力、温差比、结垢的状况、管壳程中流体的性质以及检修和清洗的容易程度等来选择经济又适用的换热器。

本次设计选择的是U型管式换热器，主要原因是它的结构简单，造价成本相比其他的换热器便宜。而且易于拆装和清洗。U形管换热器，它的管子是U形的，弯曲的大小不同，容易导致流体渗漏堵死，降低了传热效果。

我们可以按工艺要求在壳程内安装折流板和纵向隔板等，用拉杆来固定住折流板，提高换热器的传热能力。

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