立式热虹吸式再沸器毕业设计

目 录

前 言.............................................................. 0 第一章 再沸器基本参数............................................... 1

1.1、设计任务和设计条件 ......................................... 1 1.2、再沸器类型的选择 ........................................... 1 1.3、流程的安排 ................................................. 1 1.4、再沸器的热流量计算 ......................................... 2 1.5、流体的有效平均温差 ......................................... 2 1.6、传热面积的估算 ............................................. 2 1.7、再沸器基本参数的初步确定 ................................... 3

1.7.1换热器型号 ............................................. 3 1.7.2折流板 ................................................. 3 1.7.3拉杆 ................................................... 5 1.7.4 防冲板................................................. 6

第二章 再沸器机械强度设计.......................................... 7

2.1 壳体壁厚计算 ................................................ 7 2.2 管箱壁厚计算 ................................................ 8 2.3 封头壁厚计算 ................................................ 9 2.4、管箱结构 .................................................. 10

2.4.1 管箱结构尺寸确定...................................... 10 2.4.2 管箱法兰............................................. 11 2.4.3 垫片.................................................. 12 2.5、固定管板计算 .............................................. 13 2.6、壳体、管子与管板连接结构设计 .............................. 17

2.6.1壳体与管板连接 ........................................ 17 2.6.2管子与管板连接 ........................................ 17 2.7、管板与管箱连接 ............................................ 19 2.8、判断是否需要膨胀节 ........................................ 19 2.9、开孔补强设计 .............................................. 21 2.10、接管 ..................................................... 23 2.11、排气、排液 ............................................... 24 2.12、支座的选择 ............................................... 25 第三章 结论........................................................ 28 主要参考文献....................................................... 28 致 谢............................................................. 29

第一章 再沸器的工艺设计

1.1、 设计任务和设计条件

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

设计任务和设计条件如表1-1

表1-1 设计任务和设计条件 名称 工作压力MPa 设计温度℃ 冷凝量（Kg/h） 蒸发量（Kg/h） 壳程 0.5 146～130 10908 管程 0.16 112 8353.8 1.2、物性数据

壳程液体在定性温度200℃下的物性数据：

潜热rc=1938.2kJ/kg 热导率λc=0.663W/(m.k) 黏度μc=0.136mPa.s 密度 ρc=863.0kg/m3 管程流体在定性温度116℃下的物性数据：

液相潜热 rb=361.14 kJ/kg 液相热导率λb=0.124 W/(m.k) 液相黏度 μb=0.24 mPa.s 液相密度 ρb=791 kg/m3

表面张力 σ=0.0173N/m 液相比热容Cpb=1.6 kJ/(kg.k) 汽相密度 ρv=5.81 kg/m3 汽相黏度 μv=0.009 mPa.s 蒸汽压曲线斜率（Δt/Δp）=0.00303 m2.K/kg物性数据

1.3、流程的安排

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

1.4、再沸器的热流量计算

查设计常用标准得水蒸气在管道中常用速度范围为20～40m/s,本设计取30m/s，则进口流量

qv?uA?35??4?(0.05)m/s?0.069m/s (1-1)

233又查水蒸气在160?c时密度为3.252kg/m3 则壳程冷凝量

qm?qv??0.06?3.252kg/s?0.22kg/s (1-2)

查化工原理?壳程在则热流量

150?1602?c?155?c时潜热?0?2098kJ/kg

??qm?0?0.22?2098?1000w?4.62?105 (1-3)

1.5、流体的有效平均温差 因采用逆流换热，则

?tm??t1??t2(160?120)?(150?120)?k?34.76k (1-4) ?t1160?120lnln?t2150?1201.6、传热面积的估算

根据物料性质选取k?700w/(m2?k) 则传热面积 Ap??k?tm?4.62?105700?34.76m?18.99m (1-5)

22 圆整取Ap?19m2

2

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d0??25?2的不锈钢。

管心距：由于管程介质干净，管外无需清洗，取管心距 t?1.4d0?1.4?25mm?35mm (1-6) 管长：按单管程计算，取管长L?2m?2000mm 则传热管管数

n?Ap?193.14?0.025?2?121 (1-7)

?dL管子采用正三角形排列，则

n?3a(a?1)?1 (1-8) 求得a?6，则正六边形对角线上传热管数目

b?2a?1?2?6?1?13 (1-9) 则单程换热器壳体内径

Di?t(b?1)?(2~3)d?495mm0?35?（13?1）?3?25 (1-10)

查标准取Di?500mm 1.7.2折流板

1.7.2.1选择弓形折流板

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，同时减少结垢。

3

弓形折流板结构简单，性能优良，一般标准换热器中只采用这种形式，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%的切口最为适宜，在相同的压力降下，能提供最好的传热性能。 折流板间距B的选取最好使壳体直径处的管间流动面积与折流板切口处的有效流动面积近似相等，这样可以减少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损失。对于20%的切口，符合此要求的折流板间距B为壳体直径Di的三分之一，一般情况下可使折流板间距不大于Di或小于Di/5. 折流板高度h初步确定

h?0.2Di?0.2?500mm?100mm (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h?112mm

折流板间距B初步确定

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