丙酮蒸发器设计

2
2.1
管程的设计计算
管子直径和材料的选择
为了确定换热管直径， 要充分考虑到介质的物理特性和管内介质的流速、 流
量，管径较小时，单位体积的传热面积会增大，换热器结构较紧凑，金属消耗量 比较少， 设备的总重量也小， 传热系数提高。 同时小管的流动阻力大， 不易清洗， 管子易结垢堵塞， 综合考虑以上各种因素， 选择外径 25mm 的无缝钢管作为换热 管，钢管厚度为 2.5mm。 换热管的材料应该根据设计压力 P=0.7MPa，设计温度 T=165℃以及管内介 质的物理化学性质来选择， 在满足上述条件的前提下， 还要尽最大可能选择传热 较好的材料。本次所设计的丙酮蒸发器管内介质为水蒸气，所以选择 10 号无缝 钢管。
（2-2）
2.4
U 形管弯曲半径
U形弯管段的弯曲半径不应小于管子外径的两倍，查表所得最小弯曲半径为
R=50mm。 U 形管弯管段弯曲前的最壁厚最小为：
e 1(1
d 25 ) 2.5 (1 ) 2.89 mm 4R 4 40
（2-3）
2.5
布管
换热管应该均匀紧凑的布置在整个换热器截面上，除了这些， 还应考虑管内
2.3
计算换热管根数
查阅《换热器设计手册》，换热器换热面积和换热管根数的关系为： A d(L 2 0.06)N T
（2-1）
A=12.5m2，L=3000mm，d=25mm， 管板厚度假定为 0.05m，则：
NT A 12.5 56 d( L 2 0.06) 3.14 0.025 (3 2 0.05 0.06)
10.1 10.2 10.3 10.4
结论 …………………………………………………………………………………30 致谢 …………………………………………………………………………………31 参考文献……………………………………………………………………………32 附录…………………………………………………………………………………33
丙酮蒸发器设计
摘 要： 釜式蒸发器作为一种化工设备其使用非常广泛， 特别是在石油以及化工 本论文主要介绍了一种换热器，即釜式蒸发器。 这次设计的主要内容是釜式 蒸发器的机械结构设计计算。已知蒸发器的管程和壳程设计压力、设计温度、管 程和壳程各自的物料以及焊接系数这些参数的情况下，结合相关资料， 逐步算出 换热管的尺寸及其排列的方式、 主筒体和管箱壳体的内径和壁厚， 再算出相应的 封头厚度，各进出口接管的选取以及开孔补强、管板的厚度、再选取支座、支持 板和其他所需零部件的材料结构和尺寸。最后对算出的参数逐步进行了校核， 以 确保设计的安全可靠。 关键词：蒸发器；结构设计；强度校核
目
录
1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3 3.1 3.2 3.3 3.4 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 5 5.1 5.2
绪论………………………………………………………………………………1 管程设计计算……………………………………………………………………1 管子直径和材料选择…………………………………………………………1 管子长度选择…………………………………………………………………1 计算换热管根数………………………………………………………………2 U 形管弯曲半径……………………………………………………………… 2 布管……………………………………………………………………………2 布管限定圆…………………………………………………………………… 3 主筒体设计计算……………………………………………………………… 4 筒体厚度确定……………………………………………………………… 4 筒体封 头计算 ……… ………………………… …………… …………… 5 管箱短 节设计 ……… ………………………… …………… …………… 5 管箱封头设计………………………………………………………………… 6 管板设计 …………………………………………………………………… 7 选材…………………………………………………………………………… 7 管板厚度计算………………………………………………………………… 7 管孔…………………………………………………………………………… 8 分程隔板设计………………………………………………………………… 8 壳体的连接…………………………………………………………………… 9 换热管应力计算…………………………………………………………………10 轴向应力………………………………………………………………………10 径向应力……………………………………………………………………… 11
流体的性质、换热器结构设计和制造及安装等方面的问题。同样的管板面积，采 用等边三角形排列时管数最多， 所以这种排列方式最为常用， 但缺陷在于管外清 洗较为不易，因此要求壳程的流体比较清洁，不易结构，综合考虑各种因素，本 次设计将采用正三角形排列，即下图所示的排列方式：
本 科 毕 业 设 计 (论 文)
丙酮蒸发器设计 The Design of Acetone Evaporator
学
院 ： 机械工程学院 装备 111 号： 2011120160
专 业 班 级 ： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名 ： 杨青 指 导 教 师 ： 张军善 学
2015 年 6 月
毕业设计（论文）中文摘要
ห้องสมุดไป่ตู้
6 6.1 6.2 6.3 7 7.1 7.2 7.3 8 8.1 8.2 8.3 9 9.1 9.2 9.3 10
法兰连接的设计…………………………………………………………………11 垫片设计…………………………………………………………………… 11 螺栓设计…………………………………………………………………… 11 法兰设计…………………………………………………………………… 13 开孔补强……………………………………………………………………… 15 补强及补强方法判别……………………………………………………… 15 最大孔的开孔补强………………………………………………………… 15 管箱短节处开孔补强……………………………………………………… 17 设备内件设计与选择………………………………………………………… 19 支持板的设计计算………………………………………………………… 19 拉杆与定距管……………………………………………………………… 20 滑道的设计………………………………………………………………… 21 接管设计及选择……………………………………………………………… 21 接管的结构及形式………………………………………………………… 21 接管长度…………………………………………………………………… 22 接管及其连接法兰尺寸…………………………………………………… 22 设备重量计算与支座选择……………………………………………………24 设备重量计算……………………………………………………………… 24 支座选择…………………………………………………………………… 25 支座布置…………………………………………………………………… 25 支座校核…………………………………………………………………… 25
行业中使用的较多。
毕业设计（论文）外文摘要
The Design of Actore Evaporator
Abstract: Kettle-type evaporator is a widely used chemical equipment, in oil, and more and more widely used in chemical industry. Kettle-type evaporator is introduced in this article, it belongs to a kind of heat exchanger. This design mainly involves the mechanical calculation of kettle-type evaporator. Known in the shell side of the tube side design pressure design temperature of the heat exchanger, as well as their respective materials in and out, under the condition of welding parameters such as coefficient. After check related information, step by step, find out the size and arrangement of the heat exchange tube, Big end and small end of the tube diameter and wall thickness of the shell wall thickness as well as their head, tube box of each data calculation, selection of takeover and open hole after reinforcement, two pieces of the thickness of the tube plate, each parameter of the floating head, Selection of bearing and baffle plate, and all other parts of structure size and material. Data and to calculate the parameters for the checking, to ensure the safety and feasibility of the design. Keywords: Evaporator；The structure design；Strength check
淮海工学院二〇一五届本科毕业设计（论文）
第 1页 共 35 页
1
绪论
换热器在石油、化工、制药以及能源这些工业生产中应用十分广泛，主要作
用是加热低温流体或把冷却高温流体，把液体变成蒸汽或者把蒸汽变成液体， 换 热器作为一种传热设备，主要用于蒸发、冷凝、加热、冷却以及干燥等方面，因 为使用条件不一，容积、压力和温度等波动范围较大，在不同的场合，需要各种 不同结构及形式的换热器。 在化工生产过程中，沸腾传热设备应用十分广泛，安装在蒸馏塔底部，用来 汽化塔底的产物的换热设备被称之为再沸器， 这次所设计的丙酮蒸发器即属于一 种再沸器，在结构上来说是一种管壳式换热器。 蒸发器在生产运行过程中能否安全可靠？应如何改进才能使其更安全更可 靠，这是我们设计时所需要时时刻刻考虑的重点。 本次毕业设计的题目是丙酮蒸发器设计，考虑到介质和工艺， 其在结构上应 属于普通的管壳式换热器。 本次设计计算说明书主要内容是蒸发器的机械结构设 计部分，包括设备的筒体、封头和换热管以及各种接管，同时还包括设备内构件 和密封装置以及排污装置。 在这次毕业设计过程中， 需要充分运用大学四年中所 学的全部专业知识，同时还需要老师、同学的指导帮助。毕业设计能够培养、锻 炼我们的独立设计能力和专业知识运用能力。
2.2
管子长度的选择
管长的确定需要考虑工艺要求和设备几何尺寸及其布局， 管长越大换热器的
单位材料消耗会越低，但也不能太长，否则会对管内流体产生较大的流动阻力， 维修清洗和运输均不方便， 此外管子本身受力情况也不好， 通常情况下换热器的
淮海工学院二〇一五届本科毕业设计（论文）
第 2页 共 35 页
长 径 比 应 在 4 25 范 围 内 ， 推 荐 采 用 以 下 长 度 的 换 热 管 ： 1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12.0m，综上所述，选取长为 L=3m 的换热管。