立式热虹吸式再沸器毕业设计方案

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立式热虹吸再沸器机械设计说明书(相关知识)

大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书

学院（系）：化工机械与安全学院

专业：过程装备与控制工程

学生姓名：孔闯

学号：201242052

指导教师：由宏新、代玉强

评阅教师：

完成日期：2015.10.2

大连理工大学

Dalian University of Technolog

摘要

本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。

摘要................................................................................................................................................ I 1设计基础 .. (2)

1.1项目背景 (2)

1.2设计依据 (2)

1.3技术来源及授权 (2)

1.4项目简介 (2)

2结构工艺说明 (1)

2.1管程和壳程物料的选择 (1)

2.2换热管 (1)

2.3管板 (1)

2.3.1 管板结构尺寸 (1)

2.3.2 换热管与管板连接 (2)

2.3.3 排管及管孔 (3)

2.4折流板 (5)

立式热虹吸再沸器设计

立式热虹吸再沸器简介

图14.立式热虹吸再沸器

（1）立式热虹吸再沸器是利用热介质在壳侧提供热量将管侧工艺流体加热沸腾的管壳式换热器，它是自然循环的单元操作，动力来自与之相连的精馏塔塔釜液位产生的静压头和管内流体的密度差。

（2）立式热虹吸再沸器广泛地应用于化与卧式相比, 其循环速率高, 传热膜系数高。但是, 工业上应用的立式热虹吸再沸器其加热督要有一定高度才能获得较高的传热速率, 而塔底液面与再沸器上部管板约为等高, 这样就提高了塔底的标高, 使设备安装费增加, 并且设备的清洗和维修也困难。

（3）立式热虹吸再沸器的不稳定性, 往往是由于两相流的不稳定流型所致。在立式热虹吸管内蛇两相流沸腾流型, 自下而上相继出现

（4）鼓泡流、弹状流、环状流及环雾流等。弹状流的大汽抱的不断出现与破裂, 激发了操作的不稳定性。

（5）立式热虹吸再沸器与卧式相比, 虽有较好的防垢性能, 但对于粘度大的物料, 例如, 石按化工中一些高分子聚合物, 也常因结垢堵塞管道, 而要定期清除垢物。严重的情况下, 运转一年就会将再沸器中绝大部分管子堵死, 垢物的清除费力费时, 十分困难。

（6）一般立式热虹吸式的管程走工艺液体，壳程走加热蒸汽。

改善立式热虹吸再沸器的操作性能, 强化其传热, 具有十分重要的意义其特点有：

结构紧凑,占地面积小,传热系数高.

壳程不能机械清洗,不适宜高粘度,或脏的传热介质.

塔釜提供气液分离空间和缓冲区.

3.1.1 立式热虹吸再沸器的选用和设计计算步骤

（1）强制循环式:

适于高粘度,热敏性物料,固体悬浮液和长显热段和低蒸发比的高阻力系统。

精馏塔和再沸器的设计

化工原理课程设计

说明书

姓名：闫建伟

班级：应化0410

学号：200449042

指导教师：

董宏光

韩志忠

2007年7月4日

前言

本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。

说明中对精馏塔和再沸器的设计计算做了详细的阐述，对于辅助设备和管路的设计也做了简单的说明。

鉴于设计者经验有限，本设计中还存在许多的错误，希望各位老师给予指正。

感谢老师的指导和参阅！

第一章概述…………………………………………4 1.1精馏

塔 (4)

1.2再沸器 (5)

1.3冷凝器 (5)

第二章方案流程简介 (6)

2.1 精馏装置流程 (6)

2.2 工艺流程 (6)

2.3设备选用 (7)

2.4处理能力及产品质量 (7)

第三章精馏塔工艺设计 (9)

3.1设计条件 (9)

3.2物料衡算及热量衡算 (9)

3.3塔板数的计算 (10)

3.4精馏塔工艺设计 (13)

3.5溢流装置的设计 (15)

3.6塔板布置和其余结构尺寸的选取 (16)

3.7塔板流动性能校核 (17)

3.8负荷性能图 (19)

第四章再沸器的设计 (22)

4.1设计任务与设计条件 (22)

4.2估算设备尺寸 (23)

4.3传热系数的校核 (24)

4.4循环流量校核 (27)

第五章辅助设备的设计 (32)

第六章管路设计 (38)

第七章控制方案 (39)

附录一主要符号说明 (40)

附录二参考文献 (44)

附件一 EXCEL

附件二负荷性能图

第一章概述

精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。

1．精馏塔

立式热虹吸再沸器HTRI优化设计 (1)

立式热虹吸再沸器HTRI优化设计

Hualu Engineering and Technology Co., Ltd

Hualu Engineering and Technology Co Ltd

华陆工程科技有限责任公司

主讲人：刘健

内容简介

•立式热虹吸再沸器是间壁式换热器里

算复杂换热结作计算最为复杂的一类换热器，结合工作

实践，在分析工艺流体在再沸器换热管

内物理变化过程和间壁换热器传热研究

利软件式热的基础上，利用HTRI软件对立式热虹吸再沸器进行优化设计。

1. 概述

立式热虹吸再沸器是利用热介

质在壳侧提供热量将管侧工艺

流体加热沸腾的管壳式换热器

它是自然循环的单元操作，它是自然循环的单元操作，

动力来自与之相连的精馏塔塔

釜液位产生的静压头和管内流

体的密度差。

体的密度差

利用HTRI计算报告：

能给出再沸器所需的换热面积和设计裕量

可以准确分析出工艺流体在换热管内的物理变化过程

计算真实的循环量和气化率

满足循环所需的静压头,进而决定塔器和再沸器之间相对布置关系按压力降分配法确定进出口管的尺寸

在运算信息栏里给出再沸器运行的各种报告，

包括振动报告，稳定运行报告以及流体流速和流型报告

2 工艺流体在换热管内的物理变化过程

2工艺流体在换热管内的物理变化过程

1单相对流显热段

2 过冷沸腾段

3 泡状流和活塞流段

4 搅动流

5 环状流

单流热

由于静压头的存在该区域的压力大于流2.1单相对流显热段•由于静压头的存在，该区域的压力大于流体饱和状态的压力。为使液体气化沸腾，体状力使液体气腾必须将液体加热到对应压力下的饱和温度以上显热段的长度取决于管壁两侧总的以上。显热段的长度取决于管壁两侧总的温差、流体的液相传热系数、再沸器进口体液传热系数

再沸器设计

核沸腾传热机理。 VtPanb
αv ：管内沸腾表面传热系数 αt p: 两相对流表面传热系数 P94-95 αn b: 泡核沸腾表面传热系数式（3-69) a: 泡核沸腾压抑因数式（3-70)
K
1
E
d 0
Rd0 Rd0 R1
d Vi
d i
Ai
wd m
O 0
19
６.3 显热段及蒸发段长度
LBC
计算出的Ds应取整。卷制壳体内径以400mm为基数，以100mm为进档级。
L/DS应合理—约4~6，不合理时要调整最大接管尺寸，参照p92页表3-16
A
13
６.传热能力核算
６.1显热段总传热系数的计算KL (1) 设传热管出口处气含率xe （＜25%），计算循环量
Wt
Db xe
Db:釜液蒸发质量流量，kg/s Wt:釜液循环质量流量，kg/s
Re >104, 0.6<Pr<160, LBC/di>50时：
i 0.0 2d3ii R A 0e.8Pr0.4
15
(3)壳程冷凝表面传热系数或壳程无相变表面传热系数
的计算αO 纯蒸汽冷凝（竖管）：
ao 1.88Re1/32g231/3
Re 4 M m
M
d0 NT
无相变冷却：
m:蒸汽冷凝液质量流量，kg/s Q:冷凝热流量，W c:蒸汽冷凝热，kJ/kg

立式热虹吸再沸器工艺设计教学文案

立式热虹吸再沸器工

艺设计

立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源，加热塔底釜液使其沸腾。前塔顶蒸汽组成：乙醇0.12，水0.88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。具体条件及物性如下

前言

能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半。

化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9%，占全国工业耗能的23%。目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。

在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。为了有效的利用能源，对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。

流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识，并且己经成为引人注目的前沿研究领域。

另外，在化工过程设计中，要应用到大量的基础物性数据。开发一个数据库，包含这些基本的物性数据或者计算方法，在这些化工过程的设计中，就可以直接从数据库中查取有关的数据，省去烦琐的物性查取和计算的过程，简化设计，因此也是一项十分有意义的工作。

立式热虹吸式再沸器的设计

·10· 医药工程设计
2010年第31卷第2期 4月20日出版 Pharmaceutical & Engineering Design 2010, 31(2)
10
9
8
装置装置
编号数据计算的数据
7
计算的热负荷103 kW
6
5
注解：NLL 和HLL表示相应的正常
液位差和高液位差
沸器中用水作实验得到液体循环比率与温差的关系，如图 6。
图 6 立式热虹吸式再沸器液体循环比率与温差的关系图
由图 6 看出：传热温差的变化影响着液体循环比率，随着温差的加大，管内的液体蒸发，密度降低，推动力使液体循环速率增加。在水系统时当温差达到 15 K 时，液体的循环速率达到最大。进一步增加温差，管内的气体量增加，摩擦压降增加，液体循环速率则降低。
Baidu Nhomakorabea
壁温和液体温度的变化流动状态传热阶段图 1 被加热液体在垂直管内沸腾的状态图 [1]
·· 医药工程设计
2010年第31卷第2期 4月20日出版 Pharmaceutical & Engineering Design 2010, 31(2)
环状液膜运动传热、雾滴状。实际上雾滴状的流动也叫干烧区。从传热角度来说两个泡核沸腾的传热速率为最大。为了避免干烧区在立式热虹吸式再沸器中出现，就必须加大液体的循环比，一般设计上采用三倍于蒸发的量。

立式热虹吸再沸器机械设计说明书

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理工大学本科课程设计

立式热虹吸式再沸器机械设计说明书

学院（系）：化工机械与安全学院

专业：过程装备与控制工程

学生姓名：孔闯

学号： 201242052

指导教师：由宏新、代玉强

评阅教师：

完成日期： 2015.10.2

理工大学

Dalian University of Technolog

摘要

通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1和管板零件图1。

摘要.................................................................. I 1设计基础 (2)

1.1项目背景 (2)

1.2设计依据 (2)

1.3技术来源及授权 (2)

1.4项目简介 (2)

2结构工艺说明 (1)

2.1管程和壳程物料的选择 (1)

2.2换热管 (1)

2.3管板 (1)

2.3.1 管板结构尺寸 (1)

2.3.2 换热管与管板连接 (2)

2.3.3 排管及管孔 (3)

2.4折流板 (5)

2.5接管及连接附件 (5)

2.6安全泄放 (7)

2.7耳式支座 (7)

2.8管箱、管箱法兰与封头 (11)

3强度计算 (13)

3.1工艺参数计算结果表 (13)

立式热虹吸再沸器工艺设计

立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源,加热塔底釜液使其沸腾。前塔顶蒸汽组成：乙醇0。12，水0。88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。具体条件及物性如下

前言

能源是国民经济和社会发展的重要物质基础.我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半.

化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9％，占全国工业耗能的23%。目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。

在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。为了有效的利用能源,对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。

流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识,并且己经成为引人注目的前沿研究领域。

立式热虹吸再沸器机械设计说明书

大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书

学院（系）：化工机械与安全学院

专业：过程装备与控制工程

学生姓名：孔闯

学号：2

指导教师：由宏新、代玉强

评阅教师：

完成日期：

大连理工大学

Dalian University of Technolog

纲要

本课程设计主要任务是设计 1 台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯 -丙烷精馏塔的提馏段加热设施。在大三放学期的时候已经初步达成了再沸器的工艺部分的设计和核算，

本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包含再沸器各部分的构造说明，筒体

壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

经过 3 周的工作，已达成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装置图

1 张和管板零件图 1 张。

纲要................................................................................................................错误 !不决义书签。1设计基础 ..............................................................................................错误 !不决义书签。

项目背景 .........................................................................错误! 不决义书签。

再沸器工艺计算(立式热虹吸式再沸器)

再沸器的选用
立式热虹吸式再沸器
壳程水蒸气
冷凝温度潜热rc 黏度 μc
50 ℃ 2334 kJ/kg 0.406 mPa*s
热导率λc 密度ρc
0.668 W/(m*K) 977.8 kg/m3
管程釜液
温度潜热rb 液相黏度 μb 液相比定压热容Cpb 汽相黏度μv 蒸汽压曲线斜率(△t/△p)s
20.01203611 Pa
传蒸热发管段内管两内相因流动动量阻变力化△引起p3 的阻力系数 200.9757632
4
M
2.435338586
蒸发段程管内因动量变化引起的阻力△p4 141.0536608 Pa
5
汽相流动阻力△pV5的计算
管程出口汽液相总质量流速G
281.4455035 kg/(m2*s)
管程出口管中汽相质量流速Gv
56.2891007 kg/(m2*s)
管程出口管的长度与局部阻力的当量长度之和l'
29.29864422 m
管程出口管中汽相质量流动雷诺数Rev 1465861.997 管程出口管汽相流动摩擦系数λv
管程出口管汽相流动阻力△pV5
26.44548286 Pa
液相流动阻力△pL5的计算
传热管内汽相流动的摩擦系数λv
0.023132804
Baidu Nhomakorabea

立式热虹吸再沸器机械设计说明书模板

立式热虹吸再沸器机械设计说明书

2020年4月19日

大连理工大学本科课程设计

立式热虹吸式再沸器机械设计说明书

学院（系）：化工机械与安全学院

专业：过程装备与控制工程

学生姓名：孔闯

学号： 42052

指导教师：由宏新、代玉强

评阅教师：

完成日期： .10.2

大连理工大学

Dalian University of Technolog

摘要

经过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。

摘要................................................................................................................................................ I 1设计基础 .. (2)

1.1项目背景 (2)

1.2设计依据 (2)

1.3技术来源及授权 (3)

1.4项目简介 (3)

2结构工艺说明 (1)

2.1管程和壳程物料的选择 (1)

2.2换热管 (2)

2.3管板 (2)

2.3.1 管板结构尺寸 (2)

2.3.2 换热管与管板连接 (3)

211018600_精馏塔釜立式热虹吸再沸器的模拟与优化设计

第52卷第3期辽宁化工 Vol.52，No. 3 2023年3月 Liaoning Chemical Industry March，2023

收稿日期： 2023-03-06

精馏塔釜立式热虹吸再沸器的模拟与优化设计

徐鹭

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁沈阳 110000）

摘要：对立式热虹吸再沸器的运行模式和特性进行了简单的描述，利用Aspen Plus、Aspen EDR 模拟软件，对精馏塔釜立式热虹吸再沸器的模拟和设计过程进行了研究，研究了塔釜静压头、再沸器结构尺寸、进出口管径等对热虹吸循环稳定性的影响，并获得了最优的再沸器结构参数。再沸过程中，由于塔中的流体静态压力与再沸反应室中两相流场的浓度之比存在差异，在进行再沸反应室的优化时，对再沸反应室中的流体静态压力进行合理选取，以保证再沸反应室的基本结构尺寸，实现较好再沸器循环。

关键词：立式热虹吸再沸器；循环；优化设计

中图分类号：TQ051.65 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）03-0390-04

再沸器一般设置在精馏塔的底部，与精馏塔之间有一段距离。根据汽液流动的推力与阻力相等的原理，设计了一种自然循环型再沸器。在再沸器中，以低压蒸气作为加热媒介，通过再沸器壳程，使管程内的原料受热，并在其内部凝结成水。塔釜的原料经重力作用流入再沸器管，经高温加热后，在再沸器管中生成气－液二相流，并以高速回流。在正常运行的情况下，塔釜液面与再沸器下管板之间的竖直距离被称作“安装高度”。再沸器循环主要来源于再沸器前部管路的阻力下降、再沸器传热管路的阻力下降以及再沸器出口回程的气－液两相流的阻力下降。在推力与阻值相等的情况下，再沸器蒸发速率较大，出口管内物质浓度较低，入口管内物质浓度较大，塔釜中的汽液在再沸器中不停地“虹吸”，汽液两相又会自动地回到塔中，形成自然循环。

【精品完整版】立式热虹吸式再沸器毕业设计

北方民族大学2011届毕业生毕业设计

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:

指导教师姓名:

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离的单元操作过程，而多次汽化所需的能量即通过再沸器提供的，这就是再沸器的作用。

甲醇釜液再沸器是一种换热器，通常采用热虹吸式换热器，也是一种列管式换热器，在生产企业中占有较重要的地位，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，设计出经济实用的化工设备。再沸器的结构图使用AutoCAD二维绘图软件绘制，清楚地表达出结构尺寸，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地位和作用，它是精馏塔不可或缺的一部分，它提供给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 achieved by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the role of the reboiler.

立式热虹吸再沸器设计

294

立式热虹吸再沸器的设计是否合理，直接关系到其“入口压力”，“出口降压”，和“气化率”等相关的指标。因而，合理地设计立式热虹吸再沸器能够有效地提高其工作效率，同时也能有效地使其故障率降低。

1　工作原理

要合理地设计立式热虹吸再沸器，首先要做到的就是了解其工作原理。而立式热虹吸再沸器的工作原理主要有两个方面：

1.1　循环

立式热虹吸再沸器的第一个工作原理是循环。首先液体从塔釜内流出，经过连接的管线进入再沸器内；然后液体将暂时被保存在静压头内；这时将液体加热，使其饱和程度达到能够气化的标准。而这个标准的判断依据是流体的饱和压力要大于入口处的压力。而为了清晰地呈现加热的进程，在再沸器底部装载的换热管都有明显的显热加热段。然后就是液体被逐渐加热，逐渐沸腾、蒸发。这是就完成了液体的气化。而随着气化的完成，呈现出气化状态的液体会和尚未变化成气态的液体实现互相流动，而这就是所谓的蒸发阶段。最后被气化的液体流出管道，又返回了塔釜之内。这就完成了整个循环过程。简化来说就是：塔釜内流出、加热气化、蒸发、回流。

1.2　传热与流动

立式热虹吸再沸器的第二个工作原理就是传热与流动，而传热与流动分为五个阶段，具体分析如下：

第一个阶段：液体流动传热阶段。在这个阶段中，液体被存储在静压头中，而当液体存续在静压头中时，其操作压力将大于饱和压力。而在这种情况下，就必须对液体进行加热处理。

第二个阶段：气泡流动传热阶段。在这个阶段中，液体被高温加热逐渐产生了气泡。随着气泡在液体内的分散与流动，其沸腾与破裂将实现热量的传递。

(化工原理课设计)再沸器设计

（1）计算循环推动力△PD
液体气化后产生密度差为推动力
2020/7 /21P D [L C(D btp ) ltp]g
D
LCD
C
LBC
B
P D [L C(D btp ) ltp]g
PD : 循环推动力，Pa LCD：蒸发段高度, m
b：釜液密度, kg / m3 tp：蒸发段两相平均密度, kg / m3 tp：管程出口管内两相流平均密度, kg / m3
2020/7/21
hiEhtPanhb
a: 泡核沸腾压抑因数
a E '
2
αE:传热口处，泡核沸腾修正系数 α’:气化率等于出口气化率40%处的泡核沸腾修正系数
1/Xtt[x/(1x)]0.9/ (V /b)0.5(b /V)0.1
查图P71页
分别取x=0.4xe x=xe
计算Xtt
2020/7/21
丙烷：2.5*10-5K/Pa=2.5*10-4m2K/kg
4.计算平均传wenku.baidu.com系数KC
KCKLLBC LKELCD
5.面积裕度核算— 30%，若不合适要进行调整
AC
QR KC tm
H AP AC 10% 0 AC
2020/7/21
六、循环流量的校核
假定气含率→循环量，需要验证循环量是否正确