釜式再沸器设计说明书
毕业设计-釜式再沸器设计
本科生毕业设计(论文)摘要文章主要介绍了再沸器的工艺设计和机械设计计算。
其中工艺设计计算包括获取进料与加热介质的操作条件及有关基础数据,确定再沸器的传热温差,算出热负荷,计算总传热系数,并对初估传热系数进行校核以及再沸器各部分的压力降的计算;机械设计部分包括确定再沸器的换热管、壳体、封头、管箱、法兰、接管、管板、支持板以及其他所有零部件的结构尺寸和材料,并对换热器所有受压元件进行强度计算。
最后,简单介绍了再沸器的制造、检验、安装、试车、维护与维修。
关键词:换热管;再沸器;法兰;机械设计本科生毕业设计(论文)AbstractIntroduces a reboiler process design and mechanical design calculations. Process design, including access to feed and heating medium, operating conditions and the underlying data to determine the reboiler heat transfer temperature difference to calculate the heat load calculate the overall heat transfer coefficient, and preliminary estimates suggest that the heat transfer coefficient check, and then reboiler pressure drop calculation; mechanical design section to determine the reboiler heat exchange tubes, shell, head tube box, flange, receivership, tube plate, support plate, and all other parts of the structure size and materials, and heat exchanger pressure parts for the strength calculation. Finally, a simple the reboiler manufacturing, testing, installation, commissioning, maintenance and repair.Key words:heat transfer tube;reboiler;flanges;design of mechanical目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1换热器及传热研究的现状 (1)1.2换热器的发展趋势 (2)第2章再沸器的选型 (4)2.1 概述 (4)2.2 釜式再沸器 (4)2.3 塔内置式再沸器 (5)2.4 水平热虹吸再沸器 (5)2.5 立式管侧热虹吸再沸器 (6)2.6 立式壳侧热虹吸再沸器 (7)2.7 强制流动再沸器 (8)第3章再沸器的工艺设计计算 (10)3.1 设计任务与设计条件 (10)3.2 估算设备尺寸 (10)3.3 传热系数的校核 (12)3.4 阻力校核 (15)第4章再沸器结构与强度设计 (19)4.1 筒体 (19)4.1.1 大端壁厚 (19)4.1.2 锥壳壁厚 (19)4.1.3 封头 (20)4.2 管箱 (20)4.2.1 短节 (20)4.2.2 封头 (21)4.2.3 法兰 (22)4.3 补强 (23)4.3.1 管箱接管 (23)4.3.2 壳体进料接管 (23)4.3.3 壳体气相出口接管 (24)4.3.4 壳体液相出口接管 (25)4.4 固定管板 (25)4.4.2 确定管板设计压力 (26)4.4.3 计算无量纲数 (26)4.4.4 计算管板厚度 (27)4.4.5 校核轴向应力 (27)4.4.6 校核拉脱力 (28)4.5 浮头 (28)4.5.1 浮动管板计算 (29)4.5.2 浮头盖计算 (30)4.5.3 浮头计算结果 (33)4.6 拉杆,滑道 (34)4.7 振动 (35)4.8 支座 (36)4.9 强度设计结果 (38)第5章制造、检验、安装、试车、维护和检修 (39)5.1制造和检验要求 (39)5.1.1壳体 (39)5.1.2换热管 (39)5.1.3管板 (40)5.1.4换热管与管板的连接 (40)5.1.5支持板 (40)5.1.6管束 (40)5.1.7其它构件的制造和检验要求 (41)5.1.8压力试验 (41)5.2安装、试车、维护和维修 (41)5.2.1安装 (41)5.2.2试车 (42)5.2.3维护和检修 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录 (45)第1章绪论1.1换热器及传热研究的现状换热器是一种广泛使用的工艺设备,在炼油、化工行业中是主要的工艺设备之一。
再沸器机械设计说明书
前言第一节换热器的主要形式换热器是一种进行热交换操作的工艺设备,广泛应用于化工、炼油、动力、冶金、原子能、造船、食品、制冷、建筑、电子、航空等工业部门中。
它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用,而且是一种化工单元操作的重要附属设备,因此在化工生产中占有重要的地位。
通常在化工厂的建设中换热器投资比例为11%,在炼油厂中高达40%。
随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高,换热器的投资比例将进一步加大,因此,对换热器的研究备受重视,从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的研究一直十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。
在化工生产中,换热器是主要的工艺设备之一。
例如,在氮肥生产中,氮气与氢气的混和气体要在500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨,而氨与未反应的氮、氢气体的分离,则需要通过冷却与冷凝的办法以液体的形式分离出来。
这一生产过程中的加热、冷却与冷凝就是通过换热器实现的。
在酒精生产中,酒精精馏塔在操作时,原料液需预热,釜底液体需在再沸器中加热,塔顶产生的蒸汽需冷凝。
这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。
换热器在化工行业中的应用是十分广泛的,各种化工生产工艺几乎都要用到它。
在制冷工业中,以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例,经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体;液化后的高压液态氨在膨胀机或截流阀中绝热膨胀,使温度下降到远低于周围环境的温度;这种低温氨流体在流经蒸发器时(布置在冷藏室中)吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。
然后,再重复新的循环。
在其他各种制冷装置中,都存在着冷凝器和蒸发器等换热器。
在火力发电厂中,装有空气预热器、燃油加热器、给水加热器、蒸汽冷凝器等一系列的换热器。
其实,蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。
燃料在炉膛中燃烧产生的热量,通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤气加热工质,使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。
釜式再沸器的设计
釜式再沸器的设计一、设计任务1.处理能力: 60129.36t/a 甲苯2.设备形式:釜式列管式再沸器。
二、操作条件1.甲苯:进口温度110.6℃,出口温度110.6℃;2.加热介质:245.165KPa 水蒸汽,入口温度126.7℃,出口温度126.7℃3.允许压降:不大于105Pa ;4.每天按300天,每天按24小时连续运行。
釜式再沸器的设计——工艺计算书本设计的工艺计算如下:1. 计算传热量QKW r m Q s 8.8353.3603600/7200/36.601291=⨯==(查的甲苯在t=110.6℃下的r=360.3KJ/Kg •s)2. 总温差ΔTΔT=t 水蒸气-t 原溶液=C C C ︒=︒-︒1.166.1107.1263.管内侧膜传质系数αi现选定C h m Kcal i ︒⋅⋅=2/2000α4.假定内外侧污垢皆为零5.金属管壁的热阻选用外径为19mm ,厚度mm 0.2=δ的钢管,其导热系数为C h m Kcal ︒⋅⋅=/40λ管子平均直径()()mm D D D m 172/019.0015.0201=+=+= 故管壁热阻Kcal C h m D D m /000056.0017.0019.040002.020︒⋅⋅=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λδ 6.再求管外壁面和本沸点的温差t ∆先从管内侧传热系数与管壁热阻污垢热阻推求一个复合传热系数e α。
如下:Kcal C h m D D D D m W i e /000689.0017.0019.040002.0015.0019.020*********︒⋅⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=λδαα 故C h m kcal e ︒⋅⋅=2/925.1450α管外沸腾侧膜传质系数可用Mostinski 计算,甲苯的临界压2510186.4104.4-⋅⨯==m kg MPa Pc 对比压力06.04104165.245===Pc P R()272.5)06.01006.0406.08.1(1010186.41.01048.11010.033.3102.117.069.04533.3102.117.069.04=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯+⨯+⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛=R R R Pc Z假定蒸汽覆盖的校正系数58.02=φ沸腾温度范围的校正系数F 2可从下式估算()[]647.0))6.1107.126(027.0ex p(027.0ex p 02=-⨯-=--=bi b T T F 其中T b0为再沸器被蒸发的蒸汽温度,T bi 为再沸器入口液体的沸腾温度 ()1.1633.322=∆+∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=∆t t Z F T e αφ 试差可求得C t ︒>=∆55.11由此可见自然对流的影响可忽略不计。
釜式重沸器的设计
换 热 器作 为 一种 重 要 的特 种 设 备 ,被 广泛 应 用 于炼 油 、石化 等 行 业 中 。 据 统计 ,换 热器 设 备约 占 设 备 数 量 和 设 备 投 资 的 4 O %左 右 [ 1 】 。 它 的 作 用 是
封 头 计 算 厚 度 为氏 可 -  ̄ - / " c t / i : 2 ・ 2 衄,
故取名 义 厚度为 3 0 mm。 3 . 2 - 3设 备法 兰结 构设 计
由于 管 程 介质 具有 强腐 蚀 性 ,故 与介 质 接 触
2换热器结构形式 的选择
u型管式换热器是换热器中唯一适用于高温、 高压 和 高温 差 的换热 器 ,且U型 管式 换热 器具 有 以 下优 点 :
U型 管 管 束 可 以 自 由浮 动 ,无 须 考 虑 温 差 应
本 文 结合 某 项 目中 一釜式 重 沸器 设 备 的 设 计 , 对 其 选 型 、 选 材 、 排 管 方 式 等 方 面 进 行 介
波工程有限公司 ( S N E C)设备室,从事压力容器设计工作。
1 设备工艺参数
2 2 . ■ 论文广场
.
2 石 0 油 1 4 和 年 化 第1 工 7 设 卷 备
内径 D i 材料 1 6 0 0 n l l n l 5 C r M o R
综 合考虑 ,本设 备选 用U型管 式结 构 。
态 、许用应力 、无损检测标准及检测项 目均应按 G BI 5 0 . 2 0 1 l《 压 力容 器 》及 其 附录 的规 定 。
综 上 ,本 设 备 管 箱 钢 板 用 材 选 择 1 5 C r Mo R 堆 焊 不 锈钢 ;管 板及 设备 法 兰用 材 选 择 l 5 Cr Mo 锻件 堆 焊 不 锈 钢 ,锻 造 级 别 为 Ⅳ 级 ;换 热 管材 料 选 用 0 C r l 8 Ni 1 0 T i ;壳 程筒 体材 料选 用Q3 4 5 R。
釜式重沸器设计
隔板 中心到离其最近的一排传热管中, 巨 离:
z : 旱+ 6 : + 6 : 1 8 . 5 m m
取 Z = 1 9 m m,
该换热器结构 紧凑、传热效率高 、能承受高温、高压且运行安全
可靠 。
各程相邻管心距为 3 8 mm。
2 2 壳程 内径计算 壳体直径计算
4 8 8
6 d T : 单
2 【 o —
=
十 c
3× n8
2- k l -  ̄
2 1 换热管参数计算 选用 由1 9 mm x 2 mm较 高级冷拔传热管 ( Q 2 4 5 ) ,取管 内流速
为u | _2 . 5 m/ s 。
: 。 — — — 一
为D 2 = 1 8 O O mm。
重沸器是使釜液相部 分气化后再返回塔内 ,为传质传热过程提供
所需的能量。在大型化工及石油化工生产过程中 , 重沸器得到越来越广 泛的应用。在工厂建设投 资中 ,重沸器所 占比例也有明显提高 , 成为 最重要 的单元设备之一。 1 设计条件
所需传热n 3 . 1 4×0 . 0 2 5x2 0 3 … 。 。
: 1 O m
水压试验校核:
P T ( D i +6。)
a
取 传 热 管 4 5 m ’ 贝 J l 管 程 数 : } = 等 ̄ 2 j 取 二 管 程
警程
工 量 力 MP a 0 4 5
2 _ 3 壳程壁厚设计计算
罄
0 2 5
由工艺设计给定的设计温度 1 2 a ℃,设计压力 P = Q 2 5 MP a , 选碳
钢钢板 Q2 4 5 卷制。材料 1 2 0 % 时的许用应力【 引 1 4 0 Mp a ,取焊缝
[高效]釜式再沸器
[高效]釜式再沸器再沸器再沸器是蒸馏塔底或侧线的热交换器,用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流,使塔内汽液两相间的接触传质得以进行,同时提供蒸馏过程所需的热量,又称重沸器。
设计再沸器时,必须同蒸馏塔的操作特点和结构联系起来。
工业中应用的再沸器多为管壳式换热器,主要有釜式、虹吸式(立式和卧式)、强制循环式和内置式等型式,见图 1。
1. 各种型式再沸器介绍1.1. 釜式再沸器由一个扩大部分的壳体和一个可抽出的管束组成,管束末端有溢流堰以保证管束能有效的浸没在沸腾液体中,故循环在管束与其周围液体之间进行,溢流堰外侧空间作为出料液体的缓冲区,壳侧扩大部分空间作为汽液分离空间。
釜式再沸器的气化率可达到80,以上,相当于一块理论塔板的作用。
其优点是维修和清洗方便,传热面积大,气化率高,操作弹性大,可在真空下操作。
但其传热系数小,壳体容积大,物料停留时间长易结垢,占地面积大,金属耗量大,投资较图 1 再沸器型式高。
1.2. 热虹吸式再沸器热虹吸式再沸器为有组织的自然循环式,精馏塔底的液体进入再沸器被加热而部分汽化,形成的汽液混合物密度显著减小,并一起进入精馏塔内,在塔内进行汽液分离,利用两侧的密度差使塔底液体不断被虹吸入再沸器。
虹吸式再沸器分为两类:立式和卧式,通常管内蒸发采用立式,且为单管程;壳程蒸发采用卧式,可以为多管程。
炼油工业约95,使用卧式热虹吸,而化工行业约95,使用立式热虹吸,石油化工行业介于期间,其原因与装置规模及介质的结垢性有关,也与使用习惯有关。
1.2.1. 卧式虹吸再沸器壳体可采用J、H、X型结构。
按照工艺过程卧式虹吸再沸器又可分为一次通过式和循环式,一次通过式是指塔底出产品,进再沸器的物料由最下一层塔板抽出其组成与塔底产品不同;循环式是指塔底产品和再沸器进料同时抽出其组成相同。
一次通过式和循环式也可由泵强制输送。
流程见图 2。
卧式虹吸式再沸器的气化率不应过大,对于烃类设计的气化率一般小于30,,对于水溶液一般不超过20,,气化量较大时需采用循环式(个人见过的ABB公司用于丙烯塔底的卧式虹吸再沸器,循环式流程,壳程采用X结构4进4出,气化率可达到50,,且图 2 卧式热虹吸再沸器流程实际运行过程没有问题)。
(化工原理课设计)再沸器设计
tpV(1R L)bR L
管程出口管内两相流密度以出口气含率计算。
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x xe
①管程进口阻力△P1
P1 i
Li Di
G2
2b
Li:进口管长度和当量长度 之和,m Di :进口管内径, m G:釜液在进口管内质量流
Li 0.342((D D6ii//00..022554)204.191) 4速,kg/m2s
1.3 原料、产品、中间产品、副产品规格:说明原料状态、组
成、杂质含量、色泽、比重、粘度等所有必须指定的参数
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1.4 能量规格
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1.5 性能指标 分别 列 出性能指标的期望值和保证值,如产品产量、产率产品 质量、装置弹性范围等。 2 工艺说明 2. 1 工艺原理及特点 2.2 主要工艺操作条件 2.3 工艺流程说明: 按顺序说明物料通过工艺设备的过程以及分离或生成物料的去 向。说 明 主 要工艺设备的关键操作条件,如温度、压力等。说 明过程中主要工艺控制要求,包括事故停车的控制原则。 2.4 工艺流程图(PFD)
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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
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丙烷:2.5*10-5K/Pa=2.5*10-4m2K/kg
4.计算平均传热系数KC
KCKLLBC LKELCD
5.面积裕度核算— 30%,若不合适要进行调整
再沸器说明书
(化工原理课设计)再沸器设计
(3) 计算显热段传热系数KL
K
1
d0 hidi
Ri dd0i
Rwddm 0 ROh10
污垢热阻R– P55,表3-9
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2. 蒸发段传热系数KE计算
D
图3-28:饱和泡核流、块状流、环状流、雾状流
• 设计思路:xe<25%
控制在饱和泡核沸腾和两相对流传热
LCD
双机理模型:同时考虑两相对流传热机理和饱 和泡核沸腾传热机理。
tpV(1R L)bR L
管程出口管内两相流密度以出口气含率计算。
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x xe
①管程进口阻力△P1
P1 i
Li Di
G2
2b
Li:进口管长度和当量长度 之和,m Di :进口管内径, m G:釜液在进口管内质量流
Li 0.342((D D6ii//00..022554)204.191) 4速,kg/m2s
▲可靠性高, 维护、清理方便。 ▲传热系数小, 壳体容积大, 占地面积大, 造价高, 易结垢。
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内置式再沸 器:
▲结构简单。 传热面积小, 传热效果不理 想。
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再沸器形式的选用
操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安 装维修方便、实用周期长、运行安全可靠、占地面积 小、安装空间高度要求不高
N u 0 .3R 6 0 .5 e P 51 /3 r (/ w )0 .1 4
或h: 0.3d 6 eR0.5 eP 51/r 3(/w)0.14
热水加热
参考53页
适用条 20件 00: Re106 挡板切割度:25%D。
定性温 tm 度 (t1: t2)/2 特征尺寸:流道的当量直径。
釜式再沸器设计
釜式再沸器设计摘要文章主要介绍了再沸器的工艺设计和机械设计计算。
其中工艺设计计算包括获取进料与加热介质的操作条件及有关基础数据,确定再沸器的传热温差,算出热负荷,计算总传热系数,并对初估传热系数进行校核以及再沸器各部分的压力降的计算;机械设计部分包括确定再沸器的换热管、壳体、封头、管箱、法兰、接管、管板、支持板以及其他所有零部件的结构尺寸和材料,并对换热器所有受压元件进行强度计算。
最后,简单介绍了再沸器的制造、检验、安装、试车、维护与维修。
关键词:换热管;再沸器;法兰;机械设计AbstractIntroduces a reboiler process design and mechanical design calculations. Process design, including access to feed and heating medium, operating conditions and the underlying data to determine the reboiler heat transfer temperature difference to calculate the heat load calculate the overall heat transfer coefficient, and preliminary estimates suggest that the heat transfer coefficient check, and then reboiler pressure drop calculation; mechanical design section to determine the reboiler heat exchange tubes, shell, head tube box, flange, receivership, tube plate, support plate, and all other parts of the structure size and materials,and heat exchanger pressure parts for the strength calculation. Finally, a simple the reboiler manufacturing, testing, installation, commissioning, maintenance and repair.Key words:heat transfer tube;reboiler;flanges;design of mechanical 目录摘要IAbstract II第1章绪论 11.1换热器及传热研究的现状 11.2换热器的发展趋势 2第2章再沸器的选型 42.1 概述 42.2 釜式再沸器 42.3 塔内置式再沸器 52.4 水平热虹吸再沸器 52.5 立式管侧热虹吸再沸器 62.6 立式壳侧热虹吸再沸器72.7 强制流动再沸器8第3章再沸器的工艺设计计算103.1 设计任务与设计条件 103.2 估算设备尺寸103.3 传热系数的校核123.4 阻力校核15第4章再沸器结构与强度设计19 4.1 筒体 194.1.1 大端壁厚194.1.2 锥壳壁厚194.1.3 封头204.2 管箱 204.2.1 短节204.2.2 封头214.2.3 法兰224.3 补强 234.3.1 管箱接管234.3.2 壳体进料接管234.3.3 壳体气相出口接管 244.3.4 壳体液相出口接管 254.4 固定管板254.4.2 确定管板设计压力 264.4.3 计算无量纲数264.4.4 计算管板厚度274.4.5 校核轴向应力274.4.6 校核拉脱力284.5 浮头 284.5.1 浮动管板计算294.5.2 浮头盖计算304.5.3 浮头计算结果334.6 拉杆,滑道344.7 振动 354.8 支座 364.9 强度设计结果38第5章制造、检验、安装、试车、维护和检修39 5.1制造和检验要求395.1.1壳体395.1.2换热管395.1.3管板405.1.4换热管与管板的连接405.1.5支持板405.1.6管束405.1.7其它构件的制造和检验要求415.1.8压力试验415.2安装、试车、维护和维修415.2.1安装415.2.2试车425.2.3维护和检修42参考文献43致谢44附录45第1章绪论1.1换热器及传热研究的现状换热器是一种广泛使用的工艺设备,在炼油、化工行业中是主要的工艺设备之一。
再沸器毕业设计说明书
2.4.2管子和壳体材料的选择………………………………………8
2.4.3两种流体流向的确定,并计算出流体的有效平均温差………8
2.4.4传热面积的估算………………………………………………9
2.4.5再沸器基本参数的初步确定…………………………………9
1.3研究内容和方法…………………………………………………4
1.4使用软件简介……………………………………………………4
第二章再沸器的工艺设计…………………………………6
2.1设计任务和设计条件……………………………………………6
2.1.1酒精提纯的工艺过程…………………………………………6
2.1.2设计的工艺条件………………………………………………7
Key words:
Reboiler;Vaporization;CAXA;distillation column heat exchanger;alcohol
第一章绪论
1.1概述
再沸器(也称重沸器)顾名思义是使液体再一次汽化。它的结构与冷凝器差不多,不过一种是用来降温,而再沸器是用来升温汽化。再沸器多与分馏塔合用:再沸器是一个能够交换热量,同时有汽化空间的一种特殊换热器。在再沸器中的物料液位和分馏塔液位在同一高度。从塔底线提供液相进入到再沸器中。通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。被汽化的两相流被送回到分馏塔中,返回塔中的气相组分向上通过塔盘,而液相组分掉回到塔底。由于静压差的作用,塔底将会不断补充被蒸发掉的那部分液位。
5pa2895019321cd237传热管蒸发段阻力193238根据质量流速为计算气相在传热管内的根据54281012ev流动雷诺数计算气相在传热管内的239根据041542875430754300122738的摩擦阻力系数计算传热管内气相流动240根据15pa2188阻力计算传热管内气相流动241根据kg1907983102质量流速计算液相在传热管内的242根据16027100251907980021el动雷诺数为计算液相在传热管内流243根据0313160275430754300122738的摩擦阻力系数计算传热管内气相流动244根据pa57950190021阻力计算传热管内气相流动245根据pa58497阻力计算传热管内两相流动246管程内因动量变化引起的阻力管程内流体的质量流速g1939kgm95024247根据pa16095054量变化引起的阻力计算蒸发段管程内因动24816管程出口阻力根据两相总质量流速计算管程出口管中气液249根据427024内的质量流速为计算气相在管程出口管250根据691914之和为与局部阻力的当量长度计算管程出口管的长度根据5130001012ev内的流动雷诺数计算气相在管程出口管251根据017451300075430754300122738流动的摩擦阻力系数计算管程出口管内气相252根据kg417241026内的质量流速计算液相在管程出口管2531001376100254172406el中流动雷诺数为计算液相在管程出口管254根据170162100137675430754300122738流动的摩擦阻力系数计算管程出口管内液相255根据pa171950690162流动阻力计算管程出口管内液相256根据pa23129419755阻力计算传热管内两相流动257根据pa23124416082285646258循环推动力0587329181过程对循环流量的要求的再沸器可以满足传热基本正确因此所设计说明所设的出口气化略大于循环阻力循环推动力02425设计结果汇总设计结果汇总见表2218管程进口水蒸汽20度的酒精溶液出口酒精蒸汽水水蒸汽进口6908出口进口160130出口019327x10040214513042542054068859950232x10425x104170408812x1054299x1044299x1055646285470进口10889出口57273不锈钢不锈钢阻
釜式再沸器设计任务书(1)
釜式再沸器设计任务书(1)
1.设计题目
现设计一台釜式再沸器,以乙二醇和醛类混合蒸气冷凝为热源,加热塔底釜液水使其沸腾,已知混合蒸气质量流量为17000kg/h,其中全部醛类和部分乙二醇气体引出,其质量流量为484kg/h。
(1)设计条件
(2)物性数据
(1)设计项目:
a. 设计方案简介:对确定的工艺流程及再沸器型式进行简要论述
b. 再沸器设计的工艺计算:确定再沸器的传热面积;
c. 再沸器的主要结构尺寸设计;
d. 主要辅助设备选取型;、
e. 绘制釜式再沸器总装配图
2.设计说明书的内容
①目录
②设计题目及原始数据(任务书);
③论述釜式再沸器总体结构(型式,主要结构)的选择;
④釜式再沸器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、型号、壳体直径等)
⑤设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等);
⑥主体设备设计计算及说明;
⑦主要零件的强度计算(选做);
⑧附属设备的选择(选做);
⑨参考文献;
⑩后记及其他
3.设计图要求
附工艺流程图及釜式再沸器装配图一张。
再沸器机械设计说明书
前言第一节换热器的主要形式换热器是一种进行热交换操作的工艺设备,广泛应用于化工、炼油、动力、冶金、原子能、造船、食品、制冷、建筑、电子、航空等工业部门中。
它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用,而且是一种化工单元操作的重要附属设备,因此在化工生产中占有重要的地位。
通常在化工厂的建设中换热器投资比例为11%,在炼油厂中高达40%。
随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高,换热器的投资比例将进一步加大,因此,对换热器的研究备受重视,从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的研究一直十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。
在化工生产中,换热器是主要的工艺设备之一。
例如,在氮肥生产中,氮气与氢气的混和气体要在500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨,而氨与未反应的氮、氢气体的分离,则需要通过冷却与冷凝的办法以液体的形式分离出来。
这一生产过程中的加热、冷却与冷凝就是通过换热器实现的。
在酒精生产中,酒精精馏塔在操作时,原料液需预热,釜底液体需在再沸器中加热,塔顶产生的蒸汽需冷凝。
这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。
换热器在化工行业中的应用是十分广泛的,各种化工生产工艺几乎都要用到它。
在制冷工业中,以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例,经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体;液化后的高压液态氨在膨胀机或截流阀中绝热膨胀,使温度下降到远低于周围环境的温度;这种低温氨流体在流经蒸发器时(布置在冷藏室中)吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。
然后,再重复新的循环。
在其他各种制冷装置中,都存在着冷凝器和蒸发器等换热器。
在火力发电厂中,装有空气预热器、燃油加热器、给水加热器、蒸汽冷凝器等一系列的换热器。
其实,蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。
燃料在炉膛中燃烧产生的热量,通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤气加热工质,使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。
再沸器工艺设计
KC
K L L BC K E L CD L
5.面积裕度核算— 30%,若不合适要进行调整
AC
QR K C tm
100 %
H
A P AC A
六、循环流量的校核
(1)计算循环推动力△PD 液体气化后产生密度差为推动力(p.97-98)
P D [ L CD ( b tp ) l t p ] g
x: 该段平均气含率。
V
液相阻力:
PL 3 L
L CD di
GL
2
2b
L 0 . 01227
G V xG
Re d iGV
0 . 7543
0 . 38 Re L
V
1/4 ( PV 3
蒸发段阻力△P3: P3
1/4 PL 3
)
4
④管内动量变化产生阻力△P4
1 d0
id i
Ri
d0 di
Rw
d0 dm
RO
1
0
污垢热阻R-- p74,表3-9
2. 蒸发段传热系数KE计算 设计思路:xe<25%
控制在第二区:饱和泡核沸腾和两相对流传热
双机理模型:同时考虑两相对流传热机理和饱和泡
核沸腾传热机理。
V tP a nb
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 a: 泡核沸腾压抑因数
1.显热段传热系数计算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
化工釜式再沸器
再沸器再沸器是蒸馏塔底或侧线的热交换器,用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流,使塔内汽液两相间的接触传质得以进行,同时提供蒸馏过程所需的热量,又称重沸器。
设计再沸器时,必须同蒸馏塔的操作特点和结构联系起来。
工业中应用的再沸器多为管壳式换热器,主要有釜式、虹吸式(立式和卧式)、强制循环式和内置式等型式,见图 1。
1. 各种型式再沸器介绍 1.1. 釜式再沸器由一个扩大部分的壳体和一个可抽出的管束组成,管束末端有溢流堰以保证管束能有效的浸没在沸腾液体中,故循环在管束与其周围液体之间进行,溢流堰外侧空间作为出料液体的缓冲区,壳侧扩大部分空间作为汽液分离空间。
釜式再沸器的气化率可达到80%以上,相当于一块理论塔板的作用。
其优点是维修和清洗方便,传热面积大,气化率高,操作弹性大,可在真空下操作。
但其传热系数小,壳体容积大,物料停留时间长易结垢,占地面积大,金属耗量大,投资较高。
1.2. 热虹吸式再沸器热虹吸式再沸器为有组织的自然循环式,精馏塔底的液体进入再沸器被加热而部分汽化,形成的汽液混合物密度显著减小,并一起进入精馏塔内,在塔内进行汽液分离,利用两侧的密度差使塔底液体不断被虹吸入再沸器。
虹吸式再沸器分为两类:立式和卧式,通常管内蒸发采用立式,且为单管程;壳程蒸发采用卧式,可以为多管程。
炼油工业约95%使用卧式热虹吸,而化工行业约95%使用立式热虹吸,石油化工行业介于期间,其原因与装置规模及介质的结垢性有关,也与使用习惯有关。
1.2.1. 卧式虹吸再沸器图 1 再沸器型式壳体可采用J 、H 、X 型结构。
按照工艺过程卧式虹吸再沸器又可分为一次通过式和循环式,一次通过式是指塔底出产品,进再沸器的物料由最下一层塔板抽出其组成与塔底产品不同;循环式是指塔底产品和再沸器进料同时抽出其组成相同。
一次通过式和循环式也可由泵强制输送。
流程见图 2。
卧式虹吸式再沸器的气化率不应过大,对于烃类设计的气化率一般小于30%,对于水溶液一般不超过20%,气化量较大时需采用循环式(个人见过的ABB 公司用于丙烯塔底的卧式虹吸再沸器,循环式流程,壳程采用X 结构4进4出,气化率可达到50%,且实际运行过程没有问题)。
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浙江大学毕业设计题目:釜式换热器的设计学院:系别:专业:过程装备与控制工程学号:目录1概述 (3)2设计计算 (5)2.1主要技术参数的确定 (5)2.2釜式换热器的结构设计 (5)2.2.1总体结构设计 (5)2.2.2换热器管程设计 (7)2.2.3 换热器壳程设计 (8)2.3 元件的强度设计 (9)2.3.1 筒体 (9)2.3.2 开孔补强设计计算 (11)3标准零部件的选用及主要零部件的设计 (15)3.1 法兰的选用 (15)3.1.1容器法兰的选用 (15)3.1.2管法兰的选取 (16)3.2 封头 (17)3.3 管板 (18)3.4 堰板 (19)4鞍座的设计 (19)4.1 鞍座的选取 (19)4.2鞍座位置的设置 (19)4.2.1鞍座位置的相关标准的要求 (19)4.2.2设备总长的确定 (20)4.2.3A值的确定 (20)4.3力的计算 (20)4.3.1重量产生的反力 (20)4.3.2地震产生的力 (21)4.3.3风载产生的力 (24)4.3.4热膨胀产生的力 (26)4.4总合力计算 (27)4.5应力校核 (29)4.5.1轴向应力 (30)4.5.2切向应力 (31)4.5.3周向应力 (31)4.6结论 (32)5三维实体造型设计 (32)5.1 软件介绍 (32)5.2 主要零部件的造型设计 (32)5.2.1 管箱封头的设计 (32)5.2.2 鞍座的设计 (34)5.2.3 螺母的设计 (35)5.3 装配体的设计 (35)5.4 工程图的生成 (38)设计总结 (41)注释 (43)参考文献 (44)谢辞 (45)附件 (46)1概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在化工、石油、石油化工、冶金等领域普遍应用的一种工艺设备,在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%~45%。
近年来随着节能技术的发展,应用领域不断扩大,利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。
目前在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器。
在近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能,在提高传热效率,减少传热面积,降低压降,提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率,使企业成本降低,效益提高。
管壳式换热器虽然在换热效率、设备体积和金属材料的耗量等方面不如其他新型换热设备,但他又结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、适用范围广等优点,所以在各种工程中得到普遍使用。
而本次毕业设计的题目就是有相变传热的釜式换热器,它也是管壳式换热器的一种,广泛应用于石油及化工领域,又称釜式再沸器。
换热器作为节能设备之一,在国名经济中起到非常重要的作用。
换热器的结构决定了换热器的性能,一种性能能否发挥其作用取决用设计着如何选择合理的结构,任何一个场合都有适应于这个特点的换热结构。
要是传热效率提高、能耗下降、就必须了解换热器的机构特点,在这次设计中结构设计也就作为重点之一。
设计题目在毕业实习之前就已确定,任务涵盖了两部分内容,一是设备设计部分;二是在设备设计的基础上进行三维实体辅助造型设计。
设备设计包括总体结构设计和各个组成的结构设计以及强度设计,主要零部件的设计和选型以及校核。
三维实体辅助造型设计是利用软件SolidWorks来完成的,包括各个零部件的造型设计、装配体的设计和工程图的生成。
工作任务是比较繁重的,在实习过程中,见到最多的是固定管板式换热器,却未见到釜式设备,对于釜式换热器的局部结构始终无法想象,关于釜式换热器的介绍资料在图书馆的资料库里,找到的不多。
在经过多次考虑和导师的探讨,才对它的总体结构确定了下来,然而解决后新的问题又摆在面前,在过去的学习中,并未对SolidWorks做深入的学习和应用,当要系统的完成一个完全有自己设计的设备建模时遇到了太多的问题,每个功能的应用和实现过程有时需要摸索很多次,而且往往会在建模时会发现设计的合理性出问题,对前面的设计计算进行反复的修改,直到最后完成工程图的生成,才完成了设备的全部设计,可以说,每一步都紧密联系在一起,相互制约着。
但同时也让我体会到设计者和制造者之间的矛盾和联系,设计者有时是无法注意到制造问题的,而SolidWorks可以让设计者先对自己的设计做一个检验。
通过本次设计使我对所学的专业知识有了更深刻地认识,并从中学到了很多课本上无法得到的东西,通过自身的努力和学习,通过导师的细心指导,使我不仅在知识水平上和解决实际问题的能力上有了很大的提高,而且深刻体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的设备时,所面对的种种难题,认识到提高运用知识,解决实际问题的能力的重要性,由于时间仓促和经验不足,难免存在很多问题,敬请各位老师指导!2 设计计算2.1主要工艺参数的确定壳程管程介质水、水蒸气再生气设计压力MP 0.4 3.2a设计温度℃ 210 340换热面积2m 260接管规格:再生气进口DN300;再生气出口 DN300水进口 DN300;水出口 DN300蒸汽出口 DN4002.2釜式换热器的结构设计2.2.1总体结构设计选择了比较带蒸发空间的传统的结构形式,由管箱、小端壳体,斜锥壳体,大端壳体、管板、法兰、换热管等零部件组成。
如图2—1所示图2—1122.2.2换热器管程设计[][]1)换热管a)换热管的形式换热管形式有光管、各种翅片管、螺纹管、异形管等。
光管是作为管壳式换热器的传统形式,当前应用非常普遍,廉价,易于制造、安装、检修、清洗方便。
随着节约材料,节约能源的强化传热技术研究的发展,光管不断受到冲击,但是依据本设计的技术参数和考虑制造成本,依然选用光管。
b) 管径 采用标准管径的换热管。
小管径可使单位体积的传热面积增大,结构紧凑,金属耗量减少,传热系数提高。
将同直径换热器的换热管有25φ改为19φ使换热面积可增加40%左右,节约金属20%以上,但小管径流体阻力大,不便清洗,易结垢,堵塞。
一般大直径管子用于粘性大或污浊的流体,而再生气成分未定,选用25φ㎜×2.5㎜的无缝钢管。
c) 管长 管子过长清洗安装均不方便。
一般取6m 以下,对于卧式设备,管长与壳径之比应在6-10范围内,本设计采用标准管长6m 。
d) 管材 选用20号钢。
e) 管束确定 估算单根换热管面积A []4()t A d L πδ=-A — 单根换热管的面积㎡d — 无缝钢管直径㎜t δ — 无缝钢管壁厚㎜()3225 2.56000424.11510A mm π=-⨯=⨯所需的换热管数n=F AF — 要求工艺换热面积㎡,F=260㎡632601061442410n ⨯==⨯ 25φ㎜×2.5㎜的换热管的拉杆至少需要6根,故所需换热管管数至多608根。
2) 管板管板是管壳式换热器最重要的零部件之一,用来排布换热管、将管程与壳程的流体分开,避免冷热流体混合,并同时受管程压力、壳程压力和温度的作用。
a)管板材料在选择管板材料时除考虑力学性能外还应考虑管程和壳程流体的腐蚀性,以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响,由于此设计中的再生气主要成分为二氧化碳,选用一般压力容器用钢16MnR。
b)列管形式排布考虑到管外是水易清洗,采用正六边形排列。
换热管中心距要保证管子与管板连接时,相邻两管间的净空距离有足够的强度和宽度,一般不小于1.2倍的换热管外径,因此换热管的中心距选标准S=32㎜。
管板上排列管子的根数六角形14层,实际可排721根,对角线上的管数N=29,不计弓形部分可排管子总数为631根。
c)管板与壳体和管箱的连接管板与壳体的连接形式分为两类:一种是可拆式,一种是不可拆式。
对于釜式换热器特殊的结构形式,考虑维修方便,以及再生气的腐蚀性并不大,气密性要求不高,管板不做法兰设计中采用如图3—1所示的连接形式:图2—1加紧式连接d)换热管与管板的连接形式换热管与换热管的连接在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分,它不仅给加工工作量大,而且必须使每个连接处在设备运行中,保证无泄漏及能承受介质压力。
从制造工况以及经济等方面考虑,我选用了强度焊。
3)管箱管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到各换热管内,和把管内流体汇集在一起送出换热器,在多管程换热器中,管箱还起到改变介质的流向的作用,由于我采用的釜式换热器的特殊结构形式,我选用封头管箱,并用两程,隔板尺及结构见图3—3。
但是由于采用了2程分程,隔板槽两侧管心距至少取44㎜。
图2—3 分程隔板2.2.3 换热器壳程设计 课程内主要由壳体、折流板、支撑板、拉杆、定距管、滑板等结构组成。
1) 壳体结构见设计图纸。
2) 折流板 折流板的作用是为了提高壳程流体流速,迫使流体按规定的路径多次横向流过管束,增加湍动程度,以提高管间对流传热效率。
而对于釜式换热器,折流板即起着流作用又起支撑作用。
由于弓形折流板中,流体只经过圆缺部分而垂直流过管束,流动中死区较少,所以较为优越,结构也简单。
弓形折流板的圆缺率为25%左右。
折流板的缺口应尽量靠近管排,此采用上下方向排列,可造成流体剧烈扰动,以增大传热系数。
弓形折流板的间距一般不应小于壳体内径的20%,且不小50㎜,并相邻两块折流板间距不得大于壳体内径。
由于换热管总长为6000㎜,去折流板间距为750㎜,可以计算需要7块折流板。
折流板的安装固定时通过拉杆和定距管来实现的,每一根拉杆的最后一块折流板是与拉杆焊接的。
其缺口的弦高取0.3倍的圆筒内径,h=300㎜。
对于卧式换热器,为在停车时排进课程内残留也和在换热过程中伴随有气相的产生,则在折流板顶和底部需设置缺口,其角度为90o ,高度为15~20㎜,共排除换热器内残留也和气体用。
折流板的厚度是根据换热器直径和换热管无支撑跨距来实现的,[]2由表3—5查得折流板的最小厚度为10㎜。
它的名义外径为DN -6=00.8994-㎜。
3) 拉杆 拉杆常用形式有两种:一种为拉杆和折流板焊接形式,一般用于换热管外径小于或等于14㎜的管束;另一种为拉杆定居管结构形式,用于换热管外径大于或等于18㎜的管束。
拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘,对于大直径的换热器,再不管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆,拉杆直径选用16mm ∅。
4) 滑板 用来支撑折流板,并在安装时起到导轨和滑轨的作用,便于安装和拆卸,并在设备工作时防止由于介质的冲击引起的震动和浮动,它的长度定为5000㎜,有两根组成。
材料选用235Q AF -。
2.3 元件的强度设计[]3换热器是由客体、管箱、封头、官板、法兰、换热管等受力元件组成,各元件都需要进行强度设计计算,以确保在运行时安全可靠。
由于官板受力情况复杂,影响管板强度的因素很多,有管内外压力,温度生产的应力,法兰力矩和换热管的支撑力等的影响,故正确地进行管板分析计算是比较复杂的,在此由于时间的关系,不予校核设计。