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化工原理课程设计指导书
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精馏塔的预热器、冷凝器、再沸器工艺设计
适应专业：化学工程与工艺
编写作者：胡建明
编写日期：
2007.7
邵阳学
院生物与化学工程系
预热器、冷凝器、再沸器的工艺设计
概述
蒸馏是化工生产中分离均相液体混
合物的典型单元操，其历史悠久，应用广泛。
蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、
部分冷凝，
利用其中个组分挥发度不同而
将其分离。其本质是液、汽相间的质量传递和热量传递。为使分离彻底，以获得较纯
的
产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次部分冷凝的方法
——
精馏。
精馏过程通常是在塔设备内完成的。
预热器、冷凝器、再沸器是精馏过程必不可少的设备。它们承担着将物料预热、
气化、冷
凝等重要任务。而固定管板式换热器更是因其具有工艺简单、造价低廉、工
艺设计成熟、
热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。
换热器的工艺设计主要内容和步骤
1
物料衡算
1.1
设计依据
1.1.1
《
×
×
×
×
×
设计任务书》
1.1.2
产量
年产
99.5%
（均为质量分数，下同）环己烷（丙酮）
20000
吨，根据工
业生产中连续生产的特点，
取年平均生产时间为
8000
小时
，即
小时产量为：
2
0000×
10
3
/8000=2500kg
／
h
，本设计以小时产量为计算基准。
1.1.3
进料组成
x
F
、产品组成
x
D
1,1.4
分离要求
1.2
精馏塔物料衡算
1.2.1
物料衡算示意图
1.2.2
用质量分率计算进料量及塔釜采出量
塔顶采出
G
D
,X
D
G
F
?
G
D
?
G
W
进料
G<
/p>
F
，
X
F
精
馏
G
F
x
F
?
G
D
x
D
?
G
W
< br>x
W
塔
解得：
G
F
（
kg/
h
）
G
W
（
kg/h
）
1.2.3
计算摩尔量、摩尔分率
塔底采出
G
W
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2
由物质
A
、
B
组成的混合物，其分子量分别为
M
A
，
M
B
则其平均分子量：
M
?
M
A
x
A
?
M
B
x
B
，用摩尔量表示为：
G
G
D
G
;
W
?
W
;
F
?
F
；
同理可求得
X
D
、
X
W
、
X
F
M
M
M
1.2.4
精馏塔物料衡算表
D
?
表
1.1
精馏塔的物料衡算表
出料
进料
组分
总量
kmol/h
Σ
进
塔顶采出
D
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
塔底采出
W
wt%
kmol/h
Σ
出
kg/h
wt%
※
必须达成
Σ
进
=<
/p>
Σ
出
。
1.3
冷凝器物料衡算
1.3.1
操作回流比选取
1
）
查阅相关资料，找出物系的气液平衡数据
2
）
由计算得到物系的气液平衡数据
3
）
作出平衡线（
x
—
y
图）
4
）
利用平衡线（
x
—
y
图）求取最小回流比
R
min
（泡点进料）
5
）
确定实际回流比：
R=
（
1.
1~2.0
）
R
min
。
1.3.2
进料量及组成确定
1
）
采出量及组成
2)
回流量及组成计算
3
）
进料量及组成计算
4
）
冷凝器物料衡算表
出料
进料
组分
kmol/h
塔顶采出
D
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
回流
L
kg/h
wt%
3
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总量
Σ
进
Σ
出
2
热量衡算
2.1
冷凝器的热量衡算
2.1.1
确定塔顶、塔底控制温度
精馏塔塔顶、
塔底温度是精馏塔主要操作控制参数，
它直接影响到塔顶产品、
塔
底产品质量。
< br>
方法一：
通过查阅资料得到物系的泡点线和露点线数据
，
作图后根据塔顶与塔底
的浓度直接查出塔顶、塔底及进料的温
度。
方法二：利用试差法求取已知浓度时的泡点、露点（
C
）
2.1.2
已知条件
1
）
变化过
程：冷却水从
20
℃
升温到
45
℃
，物料由饱和蒸
汽变为饱和液体。
2
）
冷凝器
的物料组成表（表
2.1
）
出料
进料
组分
总量
kmol/h
Σ
进
塔顶采出
D
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
Σ
出
回流
L
kg/h
wt%
2.1.3
各组分热力学参数
(
表
2.2
)
进口温度
出口温度
组分
冷流体
热流体
潜热
C
p
（
kJ/kg·
K
）
C
p
（
kJ/kg·
K
）
kJ/kg
4
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2.1.4
计算
1
）
物料冷凝所放出的热量
Q
放
=
m
?
?
假定热损失
Q
损
=(5~10%)
Q
放
；由热平衡：
( 0.9~0.9
5)Q
放
=Q
吸
1.2.2
冷却水量的计算
<
/p>
假设冷却水量为
mkg/h
，
则：
（
0.9
~
0.95
）
Q
放
Q
吸
=m
c
p
?
t
?
(0.9
~
0.95
Q
放
）
?
m
?
c
p
?
t
其他设备热量衡算依
次进行。
3
冷凝器的工艺设计
3.1
流体流径的选择
在选择流体的流径时，
首先考虑流体的压强、
防腐蚀和清洗等要求，
然后再校核
α
及
ΔP
，作出较恰当的选择。
3.2
热负荷
q
Q
；
Q
——
管程流体吸收或放出的热量。
q
?
360
0
3.3
流体两端温度的确定
3.3.1
若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件规定，无选择。
3.3.2
若一个流体仅已知进口温度，出口温度由设计者定
，例冷却水，若出口温度升
高，可节省水量，操作费降低；反之，则设备费增加。一般，
设计时两端流体温度差
可取
5~10
℃
。
传热温度差（先按逆流方式计算）
：
?
t
?
(
T
1
?
t
2
)
?
(
T
2
?
< br>t
1
)
（
T
1
、
T
2
、
t
1
、<
/p>
t
2
—
分别代表
热流体、冷流体的进出口温度）
T
1
?
t
2
ln<
/p>
T
2
?
t
1
3.4
总传热系数
K
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5
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