根据壳内为乙醇水，管内为热水，【查 匡国柱《化工单元过程及设备过程设计》P60表3-1】 总传热系数范围在582~1163 W/(m2·℃)，故：初选K估=1000W/(㎡·℃)
所以：A估’=KA/K估=25.48 103/1000=25.48m2
（5）工艺结构尺寸
(a)管径与管内流速
管径Φ25mm×2.5mm,管内流速 u=1.0m/s 壳程流速u=0.8 m/s
0.55102
0.678926
101.325
79.27625
0.571429
0.687942
101.325
79.15347
0.591837
0.697317
101.325
79.03606
0.612245
0.707074
101.325
78.9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ223
0.632653
0.717273
101.325
78.81668
下降液体
1500
回塔蒸汽
1055.77
残液W
444.63
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
0.653061
0.727858
101.325
78.71742
0.673469
0.738896
101.325
78.62479
0.693878
0.750411
101.325
78.53917
0.714286
0.762426
101.325
78.46095
0.734694
0.774966
101.325
78.39052
651.42
热流体进口
30.15
热流体出口
30.15
8.
名称
冷热 流体
进口温度
℃
出口温度
℃
交换热kJ/h
△tm
℃
KA值kw/℃
精馏塔
82.03
78.2
100
冷凝器
热流体
78.2（气）
78.2（液）
37.31
386.19
冷流体
30
50
产品
冷却器
热流体
78.2
40
24.29
12.377
冷流体
25
41.4
0.857143
0.862807
101.325
78.15505
0.877551
0.879841
101.325
78.15105
0.897959
0.897655
101.325
78.15834
0.918367
0.916291
101.325
78.17739
0.938776
0.935794
101.325
78.2087
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℃
原料 预热器（1）
热流体
100
50
18.48
25.48
冷流体
41.4
66
原料 预热器（2）
热流体
150
150（有相变）
75.70
4.219
冷流体
66
82.03
再沸器
热流体
150（气）
150（液）
50.0
239.495
冷流体
100（液）
100（气）
第
1.
(1)换热器的选型
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。
定压比热容：Cpc=4.214 kJ/（kg·K）【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：ρh=858.72kg/m3【P112】
热导率：λh=0.35613 W/（m·K）【P325】
0.346939
0.602108
101.325
80.78525
0.367347
0.609275
101.325
80.60739
0.387755
0.616421
101.325
80.43734
0.408163
0.62361
101.325
80.27395
0.428571
0.630897
101.325
80.11644
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=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△ :
圆整后D=400mm,取壁厚为12mm【查涂伟萍.化工过程及设备设计P12表1-4标准尺寸】
（e)支承板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25×400=100mm，取h=100mm；
粘度：μh=0.538MPa·S【P385】
定压比热容：Cph=4.08kJ/（kg·K）【P267】
液化潜热：rh=973.18kJ/kg【化原上册P281附录】
（4）工艺计算及主体设备设计
(a)计算热负荷Q
热负荷Q=1.694 106kJ/h=470.56kw
(b)平均传热温差的确定
对数平均传热温差
0.040816
0.295516
101.325
89.13188
0.061224
0.365032
101.325
87.44582
0.081633
0.413396
101.325
86.17473
0.102041
0.448925
101.325
85.19216
0.122449
0.476089
101.325
84.41518
作图或查表【匡国柱《化工单元过程及设备课程设计》 P66 表3-6排管数目】可取NT=91根（其中a=5，b=11)
(d)壳体内径
采用单管程结构，壳体内径
D=t(b-1)+2e=32*(11-1)+31.25 2=382.5mm
其中，t为管心距；b为横过管束中心线的管数；e表示管数中心线上最外层管中心到壳体内壁的距离，一般取e=(1--1.5)d0，此处取e=1.25d0=1.25*25=31.25mm
0.44898
0.638329
101.325
79.96425
0.469388
0.645945
101.325
79.81705
0.489796
0.653783
101.325
79.67465
0.510204
0.661873
101.325
79.537
0.530612
0.670245
101.325
79.40416
由传热基本方程 得：
5.
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/s
6.
再沸器的热量衡算：
0.959184
0.956211
101.325
78.25276
0.979592
0.977595
101.325
78.31033
1
1
作图如下：
由图可得 ，故Rmin=3.57
R=1.15Rmin=1.15 3.57=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:
（b）物性数据
根据定性温度，分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：ρc=974.8kg/m3【查化原上册P261附表】
热导率：λc=0.6635W/（m·K）【查化原上册P261附表】
粘度：μc=0.377mPa·S【查化原上册P263附表】
(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。