丁烯类混合物再沸器设计-设计说明书
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.共43页文档
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境ห้องสมุดไป่ตู้
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
再沸器工艺设计.4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
再沸器E-301设计说明书
再沸器 E-301摘要换热器是冷热流体交换热量的设备，它是石油化工工业的通用设备,在过程工业生产中占有重要地位。
在石油化工生产中，换热器可作为冷却器、加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用十分广泛。
换热器种类很多,根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
本次设计的换热器是属于间壁式换热器中的固定管板式换热器。
本次设计的任务是针对再沸器进行机械设计，主要包括设备材料的选择、设备各部分结构的确定以及设备的强度计算和校核。
其中强度计算主要是对设备壳体的厚度计算以及重要部件的应力计算。
此外，还包括换热器的介绍说明部分、符号说明、参考文献等部分。
在本次设计严格按照GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》的要求进行选材、设计。
设备的制造和检验要求符合《压力容器安全技术监察规程》的规定。
在对设备的设计过程中，综合考虑了制造成本、动力消耗和使用寿命等问题，以确保设备安全经济的运行。
关键词：固定管板式换热器；强度；设计Rebolier E-301AbstractHeat exchangers are equipment primarily for transferring heat between hot and cold stream which is used commonly and play a significant role in petrochemical industry. Heat exchangers are usually used as cooler, heater, condenser, evaporator and rebolier in petrochemical productio. There are many kinds of heat exchangers and they can be divided into three categories basically: partitions heat exchanger, hybrid heat exchanger and regenerative heat exchanger, which is based on the principle and manner of hot and cold stream heat exchange.The heat exchanger that will be designed here is fixed tube heat exchanger , one of the partitions heat exchanger.The task of this design is mechanical design of reboil er. It’s include the choice of materials, the determine of the equipment’s structu re and the strength calculation and check of equipment, in which the thickness of the shell as well as the stress calculation of important parts are finished. Beside of those mentioned above, the introduction of heat exchanger,symbol description and references are indispensible parts of the design.This design is strictly accordance with GB150-1998 "steel pressure vessels" and GB151-1999 "shell and tube heat exchanger" to select material and finish calculation. Equipment manufacturing and testing requirements consistent with "Pressure V essel Safety Technology Supervision" requirement. In order to ensure the safety of equipment and running economy, lots of consideration about manufacturing cost, powerconsumption and useful life are in the designer’s mind.Key words : fixed tube heat exchanger ；strength；design目录1概述 (1)1.1 换热器的类型 (2)1.1.1 间壁式换热器 (2)1.1.2 混合式换热器 (4)1.1.3 蓄热式换热器 (4)1.2固定管板式换热器 (5)1.2.1 固定管板式换热器的结构特点 (5)1.2.2 固定管板式换热器的设计要求 (6)2.换热器各部分的介绍与设计 (9)2.1 换热器各部分的材料的选择 (10)2.1.1 换热器用材料 (10)2.1.2 本次设计换热器材料的选用 (12)2.2 换热器结构介绍与设计 (12)2.2.1 管程结构 (12)2.2.2 壳程结构 (15)2.2.3 开孔补强结构 (19)2.3 换热器各部分的连接方式 (21)2.3.1 壳体与管板的链接结构 (21)2.3.2 换热管与管板的连接结构 (23)2.3.3 其他部件的连接结构 (24)2.4 重要部件的制造工艺要求 (25)2.4.1 管板的加工 (25)2.4.2 折流板加工 (25)2.4.3 管束组装 (25)2.4.4 换热管与管板焊接要求 (26)2.5 设备的检验 (26)3设计计算 (29)3.1 壳程圆筒的厚度计算及校核 (29)3.1.1 计算条件： (29)3.1.2 厚度计算 (29)3.1.3 水压试验： (30)3.2 封头的厚度计算 (31)3.2.1 锥形封头的厚度计算 (31)3.2.2 椭圆形封头的厚度计算 (32)3.3 开孔补强计算 (34)3.3.1 接管1蒸汽入口补强计算 (34)3.3.2 接管2蒸汽出口补强计算 (37)3.3.3 接管3开孔补强计算 (40)3.4 法兰螺栓连接的计算与校核 (43)3.4.1 计算条件 (43)3.4.2 法兰计算与校核 (43)3.5 延长部分兼做法兰的固定管板计算与校核 (46)3.5.1 固定管板设计的符号说明 (46)3.5.2 固定管板的设计条件 (51)3.5.3 设计计算及校核 (51)参考文献 (80)结束语 (81)谢辞 (82)再沸器 E-3011概述换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。
再沸器工艺设计
x xe
（2）循环阻力△Pf
△Pf=△P1 + △P2 + △P3 + △P4 + △P5
① 管程进出口阻力△P1 ② 传热管显热段阻力△P2 ③ 传热管蒸发段阻力△P3 ④ 管内动能变化产生阻力△P4 ⑤ 管程出口段阻力△P5
①管程进出口阻力△P1
P1 i Li G
G
0 . 38
V
Wt 0 . 785 D o
2
V
液相阻力
PL 5 L
L di
GL
2
2b
L 0 . 01227
G V xG
Re d iGV
0 . 7543
0 . 38 Re L
V
管程出口段阻力△P5
P5
1/4 ( PV 5
1/4 PL 5
2
Di 2 b
( D i / 0 . 0254 )
2
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 Li 2 0 . 3426 ( D i / 0 . 254 0 . 1914 ) 量流速，kg/m s
i 0 . 01227
Wi 0 . 785
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
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
再沸器工艺的设计共43页文档
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
AC
QR KC tm
HAPAC10% 0 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 C(D btp ) ltp]g
P : 循 环 推 动 力 ， Pa D
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
a: 泡核沸腾压抑因数
3.显热段及蒸发段长度
LBC
t p
s
L
t p
s
di NT KLtm CPwLLWt
t p
：沸腾物系蒸汽压斜曲率线 s
根据饱和蒸汽压和温度关系计算
管内Re和Pr数：
Re d iG
b
Pr
CPbb b
b :管内流体粘度 Pa， s
Cpb :管内流体比定压热 kJ容 /(k， gK)
：管内流体热导W率/(， m K)
Re >104, 0.6<Pr<160, LBC/di>50
i
0.023i
di
Re0.8Prn
(3)壳程冷凝传热膜系数计算αO
ao 1.88Re1/3
蒸发段两相流平均密度以出口气含率的1/3计算。
x xe 3
X t t[1 ( x ) /x ] 0 .9 (V /b ) 0 .5 (b /V ) 0 .1
RL
Xtt
(Xt2t 21Xtt
1)0.5
tpV(1R L)bR L
化工原理课程设计再沸器的设计
再沸器的设计一、设计条件以在五个大气压下（0.5Mpa ）的饱和水蒸汽作为热源。
设计条件如下：（1）管程压力、、管程压力(以塔底压力计算)：MPa KPa P w 12.0120217.03.105==⨯+=（2）将釜液视为纯氯苯，在釜底压力下，其沸点：根据安托因公式：tB CA p +-=log 查资料得：A=9.25 B=225.69 C=1516.04则有： 69.22504.1516)1012.0log(b 6+-⨯t⇒ b t =137.8℃（3）再沸器的蒸发量由于该塔满足恒摩尔流假设，则再沸器的蒸发量：h kg VM D b /61.1086461.11242.282=⨯==（4）氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3×103KJ/Kmol （即为313.5KJ/kg ）.纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：38.01238.012⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=t t t t rr c c (t c=359.2℃)其中8.1372==b t t ℃,8.1311=t ℃,KJ/kg 5.3131=r ,则：KJ/kg 3.3105.3138.1312.3598.1372.35938.038.02=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=r二、工艺结构尺寸的估算 （1）、计算传热速率QW 103647.93600/10003.31061.108645⨯=⨯⨯==b b r D Q(2)、计算传热温差△t m△t m =T -t b =151.7-137.8=13.9℃(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K =800W/（m 2.k ） (4)、计算传热面积A p25p m 84=9.138********.9tm ⨯⨯=∆⋅=K Q A （5）、传热管规格选为Φ25mm ×2mm,L =4000mm,按正三角形排列，则传热管的根数为（根）2684025.014.384=⨯⨯=L d A N o Tπ （6）、壳体直径按3.4.3.2节中介绍的方法求取壳体直径。
再沸器说明书
化工原理再沸器设计
P2
LBC di
G2
2b
LBC：显热管长度，m di：传热管内径， m
0.01227
0.7543 Re0.38
G：釜液在传热管质量流速， kg/m2s
G
Wi 0.785di2 NT
Re DiG
b
③传热管蒸发段阻力△P3 分别计算传热管蒸发段气液两相流动阻力，在以一定 方式相加。
汽相阻力
PV 3
V
a: 泡核沸腾压抑因数
P94-95
3.显热段及蒸发段长度LBC t psLt p
s
di NT KLtm CPwL LWt
t p
s
：沸腾物系蒸汽压曲线
斜率
P97 表3-18查取
根据饱和蒸汽压和温度关系计算
4.计算平均传热系数KC
KC
KL LBC
KE LCD L
5.面积裕度核算— 30%，若不合适要进行调整
ao 1.88Re1/3
m:蒸汽冷凝液质量流量，kg/s
Re 4M
Q:冷凝热流量，W c:蒸汽冷凝热，kJ/kg
M m
d0 NT Q
m rc
适用于：4M 2100
(4) 计算显热段传热系数KL
K
1
d0
idi
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
AC
QR KC tm
H AP AC 100% 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）
PD [LCD (b tp ) lt p ]g
再沸器工艺设计.共43页
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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吉林化工学院课程设计摘要这次设计的主要目的是针对给定的丁烯类混合物再沸器-固定管板式换热器的设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的壁厚计算和强度校核等设计，确定固定管板式换热器的基本结构。
通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。
首先，对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料进行选择、计算其壁厚并进行强度校核；其次，对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、换热管和管板等结构进行设计，并对换热器进行开孔补强校核。
最后绘制出符合要求的固定管板式换热器的CAD图，给出相关的技术要求。
在固定管板式换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB150、GB151等，使设计能够符合标准，同时要使设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。
关键词：固定管板；换热器；设计；强度- I -丁烯类混合物再沸器设计AbstractThe main purpose of this design is to determine the basic structure of the fixed tube plate heat exchanger according to the given fixed tube heat exchanger design requirements, by referring to information, analyzing design conditions, and by calculating wall thickness and strength check.I determine the design steps by analyzing the fixed tube sheet heat exchanger design conditions to. Firstly，select materials of tube, head, tube plate and other parts of the fixed tube heat exchanger, calculate their wall thickness and strength check；Secondly，design the structures of tube front-end boxes, the back-end chamber, heat transfer tube and tube plate of the fixed tube heat exchanger, and check opening reinforcement on the heat exchanger；Lastly，draw CAD pictures that meet the design requirements of the fixed tube sheet heat exchanger, giving the relevant technical requirements.In the structural design process of fixed tube sheet heat exchanger, I should refer to the relevant design standards, such as GB150, GB 151 and so on. The structure has to be designed to meet the needs of production to achieve the safety requirements.Key Words：Heat exchanger；Fixed tube sheet；Design；Intensity- II -吉林化工学院课程设计目录摘要 (I)Abstract ..............................................................................................................................................I I 第1章前言. (1)1.1 换热器简述 (1)1.2 换热器的选材 (2)1.3 固定管板式换热器 (3)第2章前端管箱筒体计算 (4)2.1 计算条件 (4)2.2 厚度及重量计算············································································错误！未定义书签。
2.3 压力试验应力校核 (5)2.4 压力及应力计算 (5)第3章前端管箱封头设计 (6)3.1 封头材料的选择 (6)3.2 计算条件 (7)3.3 厚度及重量计算 (8)3.4 应力计算 (8)第4章壳程圆筒计算 (9)4.1 计算条件 (9)4.2 厚度及重量计算 (9)4.3 压力试验应力校核 (9)4.4压力及应力计算 (10)第5章开孔补强计算 (11)5.1 接管C (11)5.1.1 设计条件·············································································错误！未定义书签。
5.1.2 开孔补强计算.....................................................................错误！未定义书签。
第6章延长部分兼作法兰固定式管板. (13)6.1 壳程圆筒设计计算条件 ·······························································错误！未定义书签。
6.2管箱圆筒设计计算条件 ································································错误！未定义书签。
6.3换热管及管板·················································································错误！未定义书签。