2022年立式热虹吸式再沸器毕业设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 论文题目 : 立式热虹吸式再沸器的设计院 部名 称: 机械学院 学 生 姓 名: 专 业: 学 号: 指导老师姓名 : 论文提交时间 : 论文答辩时间 : 学位授予时间 : 摘 要 精馏的本质是利用不同物质的挥发度不同,通过多次汽化、多次冷凝的精 馏过程而达到物质分别的单元操作过程,而多次汽化所需的能量即通过再沸器名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 供应的,这就是再沸器的作用；甲醇釜液再沸器是一种换热器,通常采纳热虹吸式换热器,也是一种列管 式换热器,在生产企业中占有

2、较重要的位置,它直接影响产品的质量和产量；本设计主要是对其工艺、结构等的设计,通过选用换热设备的型号和对国 标的查找,设计出经济有用的化工设备；再沸器的结构图使用 AutoCAD 二维绘 图软件绘制,清晰地表达出结构尺寸,便于改进和生产；主要介绍了再沸器的设计工作以及它在生产过程中处于的位置和作用,它 是精馏塔不行或缺的一部分,它供应应精馏塔多次汽化所需的能量,它与冷凝 器等都是换热设备；关键词：再沸器汽化AutoCAD列管式换热器甲醇ABSTRACT Distillation is the physical separation unit operation which is achieve

3、d by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the 1 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the role of

4、the reboiler.Methyl reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield .This design is mainly for its technology, structure design.By selecting the model and the n

5、ational standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing AutoCAD.So we can clearly express the structure size and it is convenient for us for furt

6、her improvement and production.Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process.It is an integral part of the distillation column, which provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both the heat exchangers

7、.Key words：Reboiler ；Vaporization ；AutoCAD ；distillation column heat exchanger ；methyl 目 录 前 言. 4 第一章 再沸器基本参数 . 6 6 1.1 、设计任务和设计条件 . 1.2 、再沸器类型的挑选 . 6 1.3 、流程的支配 . 7 2 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.4 、再沸器的热流量运算 . 1.5 、流体的有效平均温差 . 7 7 1.6 、传热面积的估算 . 8 8 8 9 11 12 13

8、13 14 15 16 16 17 18 19 23 23 23 25 25 27 29 30 31 34 34 35 1.7 、再沸器基本参数的初步确定. 1.7.1 换热器型号 . 1.7.2 折流板 . 1.7.3 拉杆 . 1.7.4 防冲板 . 其次章再沸器机械强度设计 . 2.1 壳体壁厚运算 . 2.2 管箱壁厚运算 . 2.3 封头壁厚运算 . 2.4 、管箱结构 . 2.4.1 管箱结构尺寸确定 . 2.4.2 管箱法兰 . 2.4.3 垫片. 2.5 、固定管板运算 . 2.6 、壳体、管子与管板连接结构设计. 2.6.1 壳体与管板连接. 2.6.2 管子与管板连接. 2

9、.7 、管板与管箱连接 . 2.8 、判定是否需要膨胀节 . 2.9 、开孔补强设计 . 2.10 、接管 . 2.11 、排气、排液 . 2.12 、支座的挑选 . 第三章 结论 . 主要参考文献 . 致谢. 前 言1、概述 再沸器 立式热虹吸再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管内汽液混合物的密度 差形成循环推动力,构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流淌循环；这种再 沸器具有传热系数高,结构紧凑,安装便利,釜液在加热段的停留时间短,不 易结垢,调剂便利,占地面积小,设备及运行费用低等显著优点；但由于结构 上的缘由,壳程不能采纳机械方法洗涤,因此不相宜用于高粘度或较脏的加热 介质；同时由于是

10、立式安装,增加了塔的裙座高度,但可以考虑采纳耳式支座；2卧式热虹吸再沸器也是利用塔底单相釜液与再沸器中气液混合物的密度差维 持循环；卧式热虹吸再沸器的传热系数和釜液在加热段的停留时间均为中等,爱护和清理便利,适用于传热面积大的情形,对塔釜液面高度和流体在各部位 的压降要求不高,可适于真空操作,出塔釜液缓冲容积大,故流淌稳固；缺点 是占地面积大；立式及卧式热虹吸再沸器本身没有气、液分别空间和缓冲区,这些均由塔 釜供应；立式再沸器：工艺物流测在管程,传热系数高,投资低,裙座高度高,汽 化率为 3%-35%；卧式再沸器：工艺物流测在壳程,传热系数中偏高,投资适中,占地面积 大,裙座高度低,汽化率为

11、3%-35%；3强制循环式再沸器是依靠泵输入机械功进行流体的循环,适用于高粘度液体 及热敏性物料、固体悬浮液以及长显热段和低蒸发比的高阻力系统；4釜式再沸器由一个带有气液分别空间的壳体和一个可抽出的管束组成,管束 4 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 末端有溢流堰,以保证管束能有效地浸没在液体中；溢流堰外侧空间作为出料液体的缓冲区；再沸器内液体的装填系数,对于不易起泡沫的物系为 80%,对于易起泡沫的物系就不超过65%；釜式再沸器的优点是对流体力学参数不敏感,牢靠性高,可在高真空下操作,爱护与清理便利；缺

12、点是传热系数小,壳 体容积大,占地面积大,造价高,塔釜液在加热段停留时间长,易结垢；5内置式再沸器是将再沸器的管束直接置于塔釜内而成,其结构简洁,造价比 釜式再沸器低；缺点是由于塔釜空间容积有限,传热面积不能太大,传热成效 不够抱负；3、讨论内容和方法 依据整体工艺流程图判定再沸器在其中的作用,进而考虑再沸器的结构型 式,综合考虑,一般选用立式热虹吸式再沸器,是一种列管式换热器；依据换 热器的设计标准对其进行工艺、机械设计,并画出其具体的结构生产图和零件 图；4、使用软件介绍 AutoCAD 是美国 Autodesk公司推出的,集二维绘图、三维设计、渲染及关联数 据库治理和互联网通信功能为一体

13、的运算机帮助设计与绘图软件,AutoCAD 提 供了一系列的二维图形绘制命令,可以便利地用各种方式绘制二维基本图形对 象,如：点、直线、圆、椭圆等等,并可对指定的封闭区域以图案填充,仍提 供了很强的图形编辑和修改功能,如：移动、旋转、缩放、延长等等,可以灵 活便利地对选定的图形对象进行编辑和修改；为了绘图的便利、规范和精确,AutoCAD 供应了多种绘图帮助工具,包括绘图区光标点的坐标显示、用户坐标系、栅格、捕获等功能,AutoCAD 在机械、建筑和电子等工程设计领域得到了广泛的应用,目前已成为微机 CAD 系统中应用最广泛和普及的图形软件；5 / 37 名师归纳总结 - - - - - -

14、-第 6 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 再沸器基本参数1.1、设计任务和设计条件设计任务和设计条件如表1-1 指标管程表1-1 设计任务和设计条件序号名称壳程1 设计压力 MPa 0.9 0.3 2 工作压力 MPa 0.7 0.11 3 设计温度 150160 120 4 工作温度 120130 103 5 焊接接头系数0.85 0.85 6 进口管直径 mm 7 出口管直径 mm 1.2、再沸器类型的挑选工程上对再沸器的基本要求是操作稳固,调剂便利,结构简洁,加工制造 简洁,安装检修便利,使用周期长,运转安全便利牢靠,同时也应考虑其占地 面积和安

15、装空间高度合适；立式热虹吸再沸器是利用塔底釜液与换热器传热管 内汽液混合物的密度形成循环推动力,使得釜液在精馏塔与再沸器之间流淌循 环,这种再沸器具有传染系数高、结构紧凑、安装便利,釜液加热段停留时间 短,不易结垢,调剂便利,占地面积少,设备及运行费用低等优点,一般情形 下,在满意工艺要求前提下,应第一考虑选用立式热虹吸再沸器,本设计采纳 立式热虹吸再沸器；该再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸,工艺设计时考虑到甲醇具有较高的清 洁度,不易在管道内产生污垢以及温差不大,甲醇的腐蚀性较小,考虑到甲醇 产品的纯度要求较高,为此再沸器的管子和壳体均采纳不锈钢制造；6 / 37 名师归纳总结 - - - -

16、- - -第 7 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.3、流程的支配该再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸,工艺设计时考虑到甲醇具有较高的清洁度,不易在管道内产生污垢,具有饱和蒸汽冷凝的再沸器应使饱和蒸汽走壳程,便于排出冷凝液,因此考虑甲醇走管程,水蒸气走壳程；1.4、再沸器的热流量运算查设计常用标准得水蒸气在管道中常用速度范畴为 30m/s,就进口流量又查水蒸气在 160 时密度为 3.252就壳程冷凝量查化工原理壳程在时潜热就热流量1.5、流体的有效平均温差因采纳逆流换热,就1.6、传热面积的估算依据物料性质选取就传热面积7 / 37 20 40m/s, 本 设

17、计 取 1-1 1-2 1-3 1-4 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1-5 圆整取1.7、再沸器基本参数的初步确定1.7.1换热器型号管径：选用较小的管子,可以提高流体的对流给热系数,并使单位体积设 备中的传热面积增大,设备较紧凑,单位传热面积的金属耗量小,但制造麻 烦,小管子易结垢,不易清洗,可用于较清洁流体,由于甲醇腐蚀性小,是清洁流体,故可选用 的不锈钢；管心距：由于管程介质洁净,管外无需清洗,取管心距 1-6 管长：按单管程运算,取管长 就传热管管数 1-7 管子采纳正三角形排列,就 1-8 求得,就

18、正六边形对角线上传热管数目 1-9 就单程换热器壳体内径 1-10 查标准取8 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.7.2 折流板 1. 7.2.1挑选弓形折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速,增加湍动程度,并使壳程流体垂直冲刷管束,以改善传热,增大壳程流体的传热系数,同时削减结垢；弓形折流板结构简洁,性能优良,一般标准换热器中只采纳这种形式,弓形折流板切去的圆缺高度一般是壳体内径的10% 40%,常用值为 20%25%,经验证明, 20%的切口最为相宜,在相同的压力降下,能供应最好的传热性能

19、；折流板间距 B 的选取最好使壳体直径处的管间流淌面积与折流板切口处的 有效流淌面积近似相等,这样可以削减介质在通过缺口前后由于流通面积的扩 大与收缩而引起的压力缺失；对于 20%的切口,符合此要求的折流板间距 B 为壳体直径 的三分之一,一般情形下可使折流板间距不大于 或小于 /5. 折流板高度 h 初步确定 1-11 由排管分布图知,应将尺寸调整到被切除管孔保留到小于1/2孔位,取折流板间距 B 初步确定 1-12 圆整取 B=200mm 1.7.2.2 折流板厚度4mm,如表 1-2 折流板厚度与壳体直径、换热管无支撑长度有关,厚度选取表 1-2 折流板厚度 /mm 换热管无支撑长度壳体

20、公称直径300,600,厚度159325 4 4 5 400700 5 6 1.7.2.3折流板与壳体间隙9 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 折流板与壳体的间隙依据制造安装条件,在保证顺当的装入前提下,越小越好,以削减壳程中旁路缺失,排列方式采纳水平切口；查表 4-2化工单元过程及设备课程设计）取折流板外径答应偏差-0.5mm,如表 1-3 表1-3折流板外直径 /mm 公称直径 DN 400,500,900, 1根 1-14 拉杆结构形式如图2 11 / 37 名师归纳总结 - - - - - -

21、-第 12 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图2 拉杆结构形式 1.7.4 防冲板为了防止壳程物料进口处流体对换热管表面的直接冲刷,引起腐蚀及振 动,应在流体入口处装置防冲板,以爱护换热管；防冲板在壳体内的位置,应使防冲板周边与壳体内壁形成的流通面积为壳 程进口接管截面积的 11.25 倍；也就是接管与壳体内表面形成的马鞍形和防 冲板平面间形成圆柱形侧面积,实际上接管管径确定后,就是一个防冲板与壳 体内壁的高度 H 的确定,一般规定 H= 圆整取 H=20mm 防冲板为不锈钢时最小厚度取 4mm 防冲板结构形式如图 3 12 / 37 名师归纳总结 - - -

22、 - - - -第 13 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图3 换热器防冲板结构形式其次章再沸器机械强度设计2.1 壳体壁厚运算依据工艺条件,壳程设计压力为,焊接采纳双面对接焊局部无损探伤,焊接接头系数,材料用 Q235-B , 取钢板厚度负偏差,腐蚀余量,就 2-1 就壁厚 2-2 考虑到换热器立体摆放,壳体上需要安装支座,为此适当增加筒体壁厚,且对合金钢最小壁厚要求,取筒体名义厚度为,水压试验压力为 13 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-3 就 2-4 所用

23、Q235-B材料在常温是,就 2-5 因故水压强度满意要求 2-6 气压试验 2-7 故气压试验满意要求2.2 管箱壁厚运算再沸器管箱选用材料 Q235-B,该材料在设计温度下,焊接采用双面对接焊局部无损探伤,焊接接头系数,设计压力,钢板厚度负偏差,腐蚀余量,就 2-8 管箱名义厚度为14 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-9 圆整取水压试验压力 2-10 就 2-11 所用材料 Q235-B在常温时,就 2-12 因,故水压试验满意要求 2-13 气压试验就 2-14 因,故水压试验满意要求2.3

24、 封头壁厚运算封头采纳标准椭圆形封头,材料采纳 Q235-B,就15 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-15 由于管箱壁厚取 6mm 故封头厚度圆整取 6mm 在此情形了压力试验一般都满意要求标准椭圆形封头结构形式如图 4 图4 标准椭圆形封头结构2.4、管箱结构2.4.1 管箱结构尺寸确定管箱的作用是把由管道来的管程流体匀称分布到各传热管和把管内流体汇集在一起送出,本设计采纳单程换热器,其结构如图 5 图 5 管箱结构形式16 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 3

25、7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 管箱所要确定的尺寸主要是由排管图确定的分程隔板位置尺寸,由壳程直径打算的管箱直径以及管箱长度尺寸,管箱长度尺寸的确定是以保证流体分布匀称、流速合理以及强度因素来限定最小长度,而已制造安装便利来限制最大长度的；仍要求管箱上各相邻焊缝之间距离大于或等于4s,且应大于或等于50mm,s 为管箱壁厚,单程管箱采纳轴向接管时,接管中心线上的管箱长度应 大于或等于接管内径的 1/3. 即 2-16 综合考虑管箱应有足够空间来匀称输送流体,由标准椭圆形封头曲面高度,直边高度为 25mm,质量为 14.57kg 取,就管箱筒节长为250mm 2.4. 2

26、 管箱法兰换热器常采纳的法兰结构形式为：平焊法兰及对焊法兰；法兰封面形式：平面、凸凹面和榫槽面；法兰的结构形式和密封面形式,应依据使用介质、设计压力、设计温度、公称直径等因素来打算；设备法兰标准有： JB/T 4701 甲型平焊法兰 JB/T 4702 乙型平焊法兰 JB/T 4703 长颈对焊法兰甲型平焊法兰选用的压力范畴为0.25 1.6MPa , 乙型平焊法兰选用的压力范畴为 0.25 4MPa,长颈对焊法兰选用的压力范畴为 0.6 6.4MPa；法兰尺寸如表 1-5 表 1-5 甲型平焊法兰系列尺寸 /mm公称法兰螺柱直径规格数量DN 500 630 590 555 545 542 3

27、5 23 M20 20 17 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据设计条件,管箱法兰选取甲型平焊法兰,如图 6 图6 管箱法兰结构2.4.3 垫片设备垫片标准主要有：JB/T 4704 非金属软垫片JB/T 4705 缠绕垫片JB/T 4706 金属包垫片一般情形下非金属软垫片适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰,法兰密封面形式为光滑密封面和凹凸密封面,缠绕垫片适用于乙型平焊法 兰 、 长 颈 对 焊 法 兰 , 法 兰 密 封 面 形 式 为 光 滑 密 封 面 、 凹 凸 密 封 面 、

28、榫槽密封面；金属包垫片适用于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰,法兰密封面形式为光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面；垫片的外径 D、内径 d,按相应垫片标准选取；也可按所选用的法兰的密封面形式、尺寸定取,这时可由公称直径定垫片的内径 垫片宽度求得垫片外径 D；18 / 37 d,在参考标准给出的法兰名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 垫片的挑选要综合考虑操作介质的性质、操作压力、操作温度以及需要密 封程度,对垫片本身要考虑垫片性能,压紧面形式,螺栓力大小以及拆装后复 用的次数,对高温高压的情形一般多采纳金属垫片,中温中压可

29、采纳金属与非 金属组合式或非金属垫片,中、低压情形多采纳非金属垫片,高真空或深冷温 度下以采纳金属垫片为宜；依据条件要求,再沸器属于低压容器,依据工作压力0.3MPa,工作温度 130,所以采纳密封垫圈宽 20mm的石棉橡胶垫片 19 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开孔强度减弱系数 就K=3.86 按管板简支考虑,依 K值查图 4-45、图 4-46、图 4-47得又查得 Q235-B和20号钢的弹性模量为筒体壳壁金属的横截面积 2-19 筒体内径截面积 2-20 管板上管孔所占的总截面积 2-21

30、 就管子与筒体刚度比 2-22 系数 2-23 系数 2-24 查得筒体、管子的线膨胀系数为就换热管与壳体总膨胀差为20 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-25 就最大压差 2-26 就当量压差为 2-27 就管板最大应力 2-28 管子最大应力 2-29 或 2-30 管板采纳 Q235-B换热管采纳 20 号钢21 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 管板,管子强度校核故管板厚度满意强度要求,考虑管板双面腐

31、蚀取 厚度为 39mm 管板结构形式如图 7 ,就取实际管板图7 兼作法兰管板结构图22 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.6、壳体、管子与管板连接结构设计2.6.1壳体与管板连接管板与壳体的连接依换热器的结构形式分为可拆连接及不行拆连接,可拆连接主要用于浮头式、U 形管式和填料函式换热器的固定端管板,不行拆连接在刚性结构换热器中采纳,其两端管板的内侧面直接焊在壳体上,而依据两端 管板的外侧面连接形式又分为管板兼作法兰和不兼作法兰,前者用于管侧介质 压力及密封性能要求不高的场合即通常称为固定管板式换

32、热器,后者多用于管 侧压力很高或密封性能要求也高的高压高温换热器中；本设计采纳的是延长部分兼作法兰的管板,依据设计要求,采纳角焊缝,结构如图 8 图8 兼作法兰的管板与壳体的连接结构2.6.2管子与管板连接为了防止管子与管板连接处的破坏,必需正确挑选连接形式和制造工艺,防止管束振动,对于有高温介质冲刷的部位,实行适当的隔热防护结构,对于23 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 温差压力过大的实行有效的补偿措施,管子与管板的连接形式有强度胀接、强度焊接与胀焊接混合结构；本设计采纳强度焊接连接,能保证换热管与

33、管板连接的密封性能及抗拉脱 强度的焊接,管子和管板的焊接目前采纳广泛,由于管孔不需开槽,而且管孔 的粗糙度要求不高,管子端部不需要退火和磨光,因此加工便利,也不需要像胀接那样肯定得和管板有硬度差,在高压、高温条件下仍可考虑选用强度高的 低合金管等,在高温高压下能保证连接处得紧密性和抗拉脱性,当管子焊接处 有渗漏可以补焊,管子破漏,可以用特地刀具划掉焊缝,重新更换新管子,基于以上要求和特点,故挑选强度焊接连接,结构如图 9 图9 换热器管板与管子连接24 / 37 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.7、管板与管箱连接管板与管箱连接多数是靠法兰连接,形式许多,随着温度,压力及耐腐蚀 情形不同而异,在设计中应合理挑选不同连接形式,对设备的制造,安全以