立式热虹吸再沸器工艺的设计说明

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。

2立式热虹吸再沸器简介：

热虹吸再沸器在化学工业中有非常广泛的应用，它具有非常高的传热系数，并且不需要泵来推动工艺流体的循环，从而使得设备费降低。但是因为在热虹吸再沸器中流体流动和传热之间紧密相关，其设计过程十分复杂，要考虑到许多相关的因素，一般首先要根据工艺要求，同时考虑一些细节因素，选择再沸器的类型此基础上选择压力平衡计算式和传热计算式，进行工艺设计。对于立式热虹吸再沸器很难在理论上对其作出精确的计算，所以多年来人们都是根据经验进行热虹吸再沸器的设计。立式热虹吸再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管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动循环。这种再沸器具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，釜液在加热段的停留时间短，不易结垢，调节方便，占地面积小，设备及运行费用低等显著优点。但是由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法清洗，因此不适宜用于高粘度或者较脏的加热介质。同时由于是立式安装，因而增加了塔的裙座高度。

图1-1

釜液位与再沸器上管板平齐

管分两段：

——显热段

L

BC

——蒸发段

L

CD

3工艺机构尺寸的估算

3.1依据工艺要求计算传热速率Q

（3-1）

式中（3-1）b 、c 分别代表蒸发和冷凝，r 表示潜热，D 为蒸发量

则：

3.2计算传热温差

（3-2）

式中T d 、T b 、t b 分别为壳程露点温度、壳程泡点温度、管程平均温度。

则：

3.3假定传热系数K

依据壳程及管程中介质的种类，按竖直管式查表，从中选取

3.4计算传热面积A p

(3-3)

式中Q 为传热速率，K 为传热系数，

为传热温差。 则

b b

c

c

D r D r =

b b

c c

Q D r D r ==6

10442.322251000/3600 6.45410()b b c c

Q D r D r w ===⨯⨯=⨯()()ln

d b b b m d b b b

T t T t t T t T t ---∆=

--()()(146112)(130112)25.16()

146112

ln ln

130112d b b b m d b b b

T t T t t K T t T t ------∆===----2605/()

K W m K =R

p

m

Q A K t =

⋅∆6

2

6.45410424p Q A m ⨯===m t ∆

3.5选取传热管规格、计算传热管根数

选取传热管规格为φ25mm⨯2mm，L=3000mm，如图（1-2a）在相同的管板面积上可排较多的管子，而且管外表面传热系数较大，此换热器由于管外流体阻力较小不易结垢，因此不需要清洗所以选择三角形

图1-2

排列，传热管的根数为：

（3-4）

式中A为传热面积，d

为管径，L为管长。

则：

3.6壳体直径

按三角形排列时，传热管构成如图（1-2a）正六边形排列,，排管数为a，最大正六边形对角戏上管子数目b和再沸器壳体径D，可分别按下式进行计算：

（3-5）

（3-6）

（3-7）

424

1800()

3.140.0253

T

o

A

N

d L

π

===

⨯⨯

根

T

o

A

N

d L

π

=

=3a(1)1

21

(1)(2~3)

T

N a

b a

D t b d

++

=+

=-+