乙醇和水选择那个列管换热器

乙醇和水通过加热器加热与通过换热器换热的热负荷为什么不同

换热器（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。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其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，应用广泛。

换热器效率和介质、进口流速、出口流速，换热管规格，换热面积，换热管布置，进出口位置，流体形状，介质进出口温度、压力，换热管材质，流通面积等有关

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、按传热原理分类

1、间壁式换热器

间壁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。间壁式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器。

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

又被称为混合式换热器，这种换热器是两种流体直接接触，彼此混合进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

2．1换热器型式的选择

在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器，故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。

列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝，进口温度为76℃，出口温度为45。冷却介质为水，入口温度为24℃，出口温度为36℃，两流体的温度差不是很大，再根据概述中各种类型的换热器的叙述，综合以上可以选用固定管板式换热器。

2．2流体流速的选择

流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速，可加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传热系数增大；但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。因此，一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范围，可供设计时参考。选择流速时，应尽可能避免在层流下流动。

表1 管壳式换热器中常用的流速范围

流体的种类 一般流体 易结垢液体 气体

流速，m/s 管程 0.5 ~3.0 >1.0 5.0 ~30

壳程 0.2 ~1.5 >0.5 3.0 ~15

表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速

液体粘度，mPa·s >1500 1500 ~500 500 ~100 100 ~35 35 ~ 1 <1

最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4

表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度

液体名称 乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮

安全允许速度，m/s <1 <2 ~3 <10

由于使用的冷却介质是井水，比较容易结垢，乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小，参考以上三个表格数据可以初步选定管程流速为0.9m/s，壳程流速为7m/s。

2．3流体出口温度的确定

冷却介质水的入口温度24℃，出口温度为36℃，故，可以求得水的定性温度为：Tm=30℃

热流体乙醇在饱和温度下冷凝，故可以确定入口温度和出口温度相同，故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。

2．4管程数和壳程数的确定

当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时，就得排列较多的管子，为了提高流体在管内的流速，需将管束分程。但是程数过多，导致管程流动阻力加大，动力能耗增大，同时多程会使平均温差下降，设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有 1、2、4、6 四种。采用多程时，通常应使每程的管子数相等。

管程数N按下式计算：

N=u/v

式中 u——管程内流体的适宜流速；

V——管程内流体的实际流速。第二章 工艺设计计算

1确定物性数据

水的定性温度为Tm=(24+36)/2=30℃，乙醇的定性温度为Tm=(76+45)/2=60.5℃

两流体在定性温度下的物性数据

物性

流体

乙醇 60.5 757 0.6942 2.83 0.1774

水 30 996 0.0.8 4.20 0.617

2热负荷及传热面积的确定

1、计算热负荷

冷凝量=3.51Kg/s

热负荷 Q1=r= 3.51×2.83×31=307.93kW

2、计算冷却水用量

换热器损失的热负荷：以总传热量的3%计；

则Q2=q/(1-0.03)=317.46kW

水的流量可由热量衡算求得,即

==317460/4.2(36-24)=9.35kg/s

3、计算有效平均温度差：

逆流温差℃。

4、选取经验传热系数K值

根据管程走循环水，壳程走乙醇，总传热系数K现暂取：

5、估算换热面积

3换热器概略尺寸的确定

管径和管内流速

选用Φ25×2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 u1=0.8m/s。

管程数和传热管数

可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

按双程管计算，所需的传热管长度为

按双程管设计，传热管适中，可以用双管程结构。根据本设计实际情况，现取传热管长l=4m，则该换热器的管程数为

传热管总根数 N=38×2=76(根）

3、平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数有 :

R=2.6P=0.23

双壳程，双管程结构，查得ε=0.923

平均传热温差

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取双壳程合适。

4、壳体内径

则横过管数中心线管的根数

在计算壳体内径时可用公式：

D=t

b取传热管外径，则：

D=32（10-1）+50=338mm

按卷制壳体的进级档，可取D=350mm

卧式固定管板式换热器的规格如下：

公称直径D…………………………350mm

公称换热面积S……………………23.9m2

管程数……………………………2

管数n………………………………76

管长L………………………………4m

管子直径……………………………

管子排列方式………………………正三角形

5、折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%，则切去的圆缺高度为h=0.20*250=75mm。

取折流板间距B=0.3D，则

B=0.3*250=105mm，可取B=150mm。

折流板数N=传热管长/折流板间距-1=8000/150-1=26（块）

4面积与总传热系数核算

1、壳程表面传热系数

2、管内表面传热系数

有公式：

管程流体流通截面积

管程流体流速

普朗特数

Pr=5.446

则ai=2.2

3、污垢热阻和管壁热阻

管外侧污垢热阻

所以管内侧污垢热阻

管壁热阻计算，碳钢在该条件下的热导率为50.29w/(m·K)。所以

4、传热系数K

依传热系数公式

5、传热面积裕度

可得所计算传热面积Ap为：

该换热器的实际传热面积为

该换热器的面积裕度为

5.压降校核

1、计算管程压降

（结垢校正系数，管程数，壳程数）

取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm，则，而Rei=9700，于是

对的管子有

<Pa

故, 管程压降在允许范围之内。

2、计算壳程压降

按式计算

, ,

流体流经管束的阻力

F=0.5

壳程流体流速及其雷诺数分别为：

取

流体流过折流板缺口的阻力

, B=0.2m , D=0.5m

总阻力

第三章 计算结果一览表

换热器主要结构尺寸和计算结果列表如下：

项目 结果 单位

换热器公称直径D 350

换热器管程数 2 ---

换热器管子总数N 76 根

换热器单管长度L 4 m

换热器管子规格 mm

换热器管子排列方式 正三角形错列 ---

管心距 32 mm

隔板中心到最近管中心距S 22 mm

各程相邻管管心距2S 44 mm

折流板间距B 150 mm

折流板数N 26 块

折流板外径 365 mm

折流板厚度 5 mm

壳体厚度 10 mm

壳程流体进口接管规格 mm

壳程流体出口接管规格 mm

管程流体进出口接管规格 mm

封头厚度 10 mm

封头内径 350 mm

封头曲面高度 100 mm

封头直径高度 20 mm

传热负荷Q 317.46 KW

乙醇流量 3.51 kg/s

循环水流量 9.35 Kg/s

初选总传热系数Ko 450 W/m2.k

初步估算传热面积A 23.9 m

管程流速 0.8 m/s

壳程传热系数o 925.4 W/m2.k

管程传热系数i 2200 W/m2.k

总传热系数K 575.4 W/m2.k

所需传热面积A 20.3 m

实际传热面积A 21.34 m

传热面积裕度H 5.1% ---

管程压降Pt 3200 Pa

壳层压降Ps 5400 Pa

第四章 换热管图（见附图）

第四章 流程图（见附图）

第四章 设计评述

通过分析管壳式换热器壳程传热与阻力性能特点,说明在采用能量系数K/N来评

价强化传热时,应更着眼于提高其换热性能。本设计中：

，

K/N=0.0669

满足要求，性能良好。

本设计通过对面积校核，压降校核，等计算可知均满足要求，且传热效率符合要求，能很好的完成任务。

经济和环境效益评价：生命周期方法是一种针对产品或生产工艺对环境影响进行评价的过程,它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化,来评估能量和物质利用对环境的影响,以寻求对产品或工艺改善的途径。这种评价贯穿于产品生产、工艺活动的整个生命周期,包括原材料的开采和加工、产品制造、运输、销售、产品使用与再利用、维护、再循环及最终处置。设计中使用水作冷却剂，无污染，耗资少，无有害气体产生，整个过程简单，易操作，环境和经济效益良好。

本设计中面积，传热系数，压降等均有比较好的裕度保证，即使生产使用中出现比较大的误差，设备结构也能保证不出现打的安全损伤的事故，具有良好可靠的安全保证。

第五章 个人小结

本次课程设计是理论联系实际的桥梁，是我们学习化工设计基础的初步尝试。通过课程设计，使我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成了指定的化工设计任务，从而得到了化工程序设计的初步训练。通过课程设计，使我们更加深刻的了解了工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。

此外，通过本次课程设计，提高了我们以下方面的能力：

1 熟悉查阅文献资料，搜索有关数据。正确选用公式。

2 准确而迅速地进行过程计算用主要设备的工艺设计计算。

3 用精炼的语言，简洁的文字，清晰的图表来表达自己的设计思想的计算结果。

4 同样也发现了自己的诸多不足之处，对所学知识的熟悉程度不够，浪费了不少的时间。

第六章 参考文献

1．钱颂文主编，《换热器设计手册》，化学工业出版社，2002。

2. 贾绍义，柴诚敬等，《化工原理课程设计》,天津大学出版社,1994.

3．匡国拄，史启才等，《化工单元过程及设备课程设计》,化学工业出版社,2002.

4. 王志魁主编，《化工原理》，化学工业出版社，2004.

5. 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000.

6. 何潮洪等编，《化工原理》，科学出版社，2001年.

其他相关资料等！

文档编号：4897505研发日期：2013/1/9

技术分类：物理化学装置的制造及其应用技术

电脑版网页：酒精两塔蒸馏装置的制作方法

专利名称：酒精两塔蒸馏装置的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及一种酒精两塔蒸馏装置。

背景技术：

现有的酒精两塔蒸馏装置，其结构为醪塔再沸器(即换热器)的壳程的气相接口、液相接口分别通过气体酒精回流管路、液体酒精排出管路与蒸馏精塔的塔顶气相出口、塔中上部液相回流接口相接，液体酒精排出管路中按靠近醪塔再沸器的先后顺序依次设有精塔回流罐、精塔回流泵、液位自动控制阀，精塔回流罐上安装一台远传液位计，远传液位计的输出端与液位自动控制阀的输入 端相接(即远传液位计的输出信号控制液位自动控制阀)；醪塔再沸器的管程的液相进口、液相出口分别通过第一醪液管路、第二醪液管路与醪塔的塔釜底部的液相出口、塔釜中部的液相进口相接，第一醪液管路中设有醪塔循环泵。所述醪塔再沸器的具体换热过程如下醪塔再沸器中的两种换热介质分别是从醪塔的塔釜底部流出的醪液(俗称粗酒，为冷介质)、从蒸馏精塔的塔顶回流的气体酒精(为热介质)，醪塔再沸器的管程内充满醪液，没有相变过程，与醪塔再沸器内的换热列管的换热面全接触，醪塔再沸器的壳程内充满从蒸馏精塔的塔顶回流的气体酒精，醪液、气体酒精之间通过醪塔再沸器内的换热列管进行换热，气体酒精在所述壳程内发生相变，其潜热通过醪塔再沸器内的换热列管传递给换热列管内的醪液，气体酒精被冷凝成液体酒精。众所周知，换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定指标的热量交换设备，又称热交换器。它是化工、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。在正常生产使用过程中，换热器的换热量是通过安装在管道上的阀门调节物料流量大小来控制的。根据传热计算公式Q = KS Δ t式中Q为总换热量；K为导热系数；S 为换热面积；At---为冷、热介质的平均温度差。一般地，在换热器制造完成后，K值、S值基本保持不变；在工艺不变的情况下，At值保持不变。

技术领域本实用新型涉及酿酒设备，尤其是一种液态法酿酒工艺中所用的液态蒸酒锅。

现有的液态蒸酒锅的结构几乎都相同，譬如广东省万家兴科技有限公司生产的“W-B型酿酒设备”和山东泰安市酿酒机械设备厂生产的“无酒尾冷却器”，它们的结构均是具有一个从外部加热的蒸馏锅，并在蒸馏锅盖内装入一些用循环水降温的如碎玻璃、碎瓷碗片等的矿物质，该锅盖通过一根不足2米长的过气管与冷凝器接通。这样结构的液态蒸酒锅仍存在如下不足1、自来水、燃料消耗大；2蒸馏时间长；3、蒸馏不完全，50度以上的酒得率低。

本实用新型的目的是提供一种能源消耗小、效率高，高度酒得率高的液态蒸酒锅。

为实现上述目的，本实用新型采用的方案是它包括有锅体、锅盖、冷凝器和连通锅盖与冷凝器的过气管，在所述锅体中设有加热芯；所述锅盖内装有挡板，挡板上铺垫有植物材料；所述过气管长度在2.8米以上。

上述档板可设置多层，以4～5层为宜；上述加热芯可以是蒸气加热管，也可以是燃料炉芯，还可以同时装置蒸气加热管和燃料炉芯以方便用户选用；上述燃料炉芯的排烟管最好从所述锅体的侧面引出，以免与锅体中的蒸气相冲突，在该排烟管中可装置风门开关，用来调节火力的大小；所述冷凝器中的冷凝管有20根以上，这样可提高冷凝效果。

上述过气管是指连通锅盖和冷凝器的管道；上述加热芯是指可向锅体传送热量的发热体，锅体中设有加热芯是指其加热芯的换热面大部分在锅体内或是在锅体的底面向上凸入锅体中的底面上，使该换热面能与锅体内盛装的液体大面积的接触；上述挡板是其中具有多个通孔的板状物；上述植物材料是指棕叶、棉、麻植物禾杆、麻布等，其作用在于尽量滤掉水蒸气，让酒精分子通过；由于采用了上述方案，本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果1、蒸馏效率高，所需时间仅为现有技术的50-60％。

2、50度以上酒的得率为60-80％，比现有技术提高约一倍。

3、原料出酒率较高。可比现有技术提高5％以上。

4、节约能源。由于蒸馏效率、原料出酒率较高，可节约燃料消耗50％以上，而且不耗水。

5、可适用于无自来水的环境。

1、回收酒精加入蒸馏釜至1/2-2/3罐，才能进行操作。

2、开启蒸气阀进行加热(表压0.2-0.5MPa)使乙醇蒸气进入塔内。

3、开启列管冷凝器冷却水和盘管冷却器冷却水，使塔内乙醇蒸气进入冷凝器后冷凝成液体，打开回流阀，使冷凝液全部回流入塔内。

4、待塔顶温度稳定在78.5℃以下时，开放出料阀，从流量计观察，控制回流比1：2-1：3，要保持回收乙醇的浓度在93%以上。

5、蒸馏操作时，不得随意离开岗位，要随时观察回收乙醇浓度，及时调整回流比，浓度高时回流比小些，浓度低时回流比大些。使回收乙醇达到要求的浓度。

6、收乙醇量较大，可以采用连续进料方法，在蒸馏釜加热至沸后，少量、连续向蒸馏釜内加料，加入的速度与蒸出乙醇的速度相一致。

7、蒸馏将要结束时，当蒸馏中的温度升至100~102℃时，塔顶温度也相应上升。此时应关闭回流阀，适当加大蒸馏釜加热蒸气流量，将釜内和塔内残留的乙醇蒸出。收集于稀乙醇储罐内，并入下一批稀乙醇中一起蒸馏。

换热器主要应用领域

石油工业

*各种油品的加热及冷却 *塔顶气体的冷凝、冷却 *工厂冷却水、循环水系统 *天然气体净化、工厂气体净化 *工作酸性水处理 *余热回收

发电站

*循环水冷却 *冲洗冷却剂冷却 *传动油冷却 *压缩机冷却 *发动机冷却 *柴油发电机站热量回收 *蒸气机冷却 *气轮机冷却

造纸工业

*废水冷却 *清洗水冷却 *废水蒸发 *热回收系统

纺织行业

*纺织清洗剂热量回收 *毛料清洗液加热 *染料厂废液热回收 *水溶液冷却

无机化学

*各种酸、碱、盐的加热、冷却、蒸发、冷凝 *各种浓度的碱液及电解液的加热冷却 *硫酸、氯饱和冷剂、氢氧化钠、氢气、氧气、碳酸盐水的冷却 *脱盐工艺、热回收装置

有机化学

*甲醛、甲醇、乙醇 *各种中间品的加热、冷却 *人造纤维工业、丙烯腈纤维 *各种聚合物的加热冷却闭路冷却水、吸收（洗涤） *各种传热液体

船用和发动机

*中央冷却 *润滑油冷却 *活塞冷却剂冷却 *传动油冷却 *重燃料油预热 *柴油预热 *海水升温

暖通空调

*区域供热中心 *底楼加热 *处理水加热 *游泳池加热 *热泵站 *热回收站 *加热水预热 *地热站 *太阳能站 *空调站中央冷却系统

食品工业

*各种食品、饮料、果汁、啤酒等加工过程中的加热、冷却、蒸发、杀菌、结晶

食用油加工

*食用油加热 *食用油冷却 *脂肪酸冷却

冶金工业

*铸模冷却 *连铸机冷却 *液压油冷却 *焦化厂水冷却 *浮液冷却 *氨浴液冷却 *压缩机冷却剂冷却 *进料水冷却 *机器冷却剂冷却 *炼铝厂、氧化铝厂、炼铜厂之闭路冷却器、洗涤液冷却器、电解液冷却器 *炉水冷却

精细化工

*农药、染料、涂料的生产 *各种添加剂 *生物制器 *化妆品

制药工业

*乳液冷却 *悬浮液加热 *血浆加热 *柠檬酸加热 *各种药液、纯水加热、冷却、冷凝、杀菌

机电工业

*机器冷却 *乳液冷却 *液压油冷却 *润滑油冷却 *窖炉水冷却 *传动油冷却 *酸洗池、磷化作业线加热

表面处理

*电解液冷却 *油漆冷却 *电镀液冷却 *除油剂加热 *磷化液加热

汽车工业

*淬火油冷却 *油漆冷却 *磷酸盐处理液冷却

回流，也称为冷凝回流。即蒸汽上升至换热器中冷凝成液体再回流到装备中。其作用有三

防止可挥发的物料因汽化而流失；

维持一定的操作压力；

维持一定的操作温度，

所以其应用于凡是在操作温度下有可汽化物料但又不允许流失；同时需要维持一定的操作温度和压力的情况。