再沸器工艺的设计共43页文档
毕业设计(论文)-甲醇精馏再沸器设计
毕业设计（论文）-甲醇精馏再沸器设计1. 引言甲醇是一种广泛应用的有机化合物，在医药、化工等领域有着重要的用途。
甲醇的精馏过程是其中一种重要的分离方法，而再沸器作为精馏塔中的核心设备之一，对甲醇的分离效果有着重要影响。
本文旨在设计一个高效的甲醇精馏再沸器，提高甲醇的纯度和回收率。
2. 再沸器的作用和原理再沸器是精馏塔中的重要设备，其主要作用是将下塔的部分液体再次蒸发，并与上塔的汽液混合，增加塔内气液交换，从而提高分离效果。
再沸器一般为一个闭式容器，内部有加热元件，通过加热使液体蒸发并与塔内气相充分接触，以提高传质效果。
3. 设计要求甲醇精馏再沸器的设计要求如下：3.1 蒸发效率要高再沸器的主要作用是将下塔液体再次蒸发，因此其蒸发效率直接影响到分离效果。
设计中需要选择适当的加热元件和控制方法，确保再沸器蒸发效率高。
3.2 控制温度稳定由于甲醇的物性随温度变化较大，再沸器需要能够精确控制温度。
设计中需要选择合适的温度传感器和控温装置，以保证再沸器内的温度稳定在设定值附近。
3.3 与精馏塔连接紧密再沸器需要与精馏塔进行紧密连接，以确保液体的顺利转移和气液的有效交换。
设计中需要考虑再沸器与精馏塔的连接方式和密封性，以避免泄漏和传质效果不佳的问题。
4. 设计方案根据以上设计要求，本文设计了以下甲醇精馏再沸器方案：4.1 加热元件选择考虑到加热速度和控制精度，本设计采用电加热元件作为加热源。
电加热元件有较快的升温速度和较高的温度控制精度，能够满足再沸器的要求。
4.2 温度传感器和控温装置选择本设计选择了Pt100温度传感器作为温度测量元件，它具有较高的测量精度和稳定性。
控温装置采用PID控制算法，根据传感器测量到的温度值与设定值的偏差，调节加热元件的加热功率，以达到控制温度稳定的效果。
4.3 连接方式和密封性设计再沸器需要与精馏塔进行紧密连接，以确保气液的有效交换。
设计中采用法兰连接方式，并在连接处设置密封垫圈，以保证连接的密封性。
立式热虹吸再沸器工艺设计word版
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。
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
再沸器设计
传热膜系数
鼓泡流、块状流、环状流（避免雾状流）
A
18
设计思路：一般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
适用于4：M 2100
0
0.3
A
6o
de
R0e.55P1r/3
16
(4) 计算显热段总传热系数KL
KL d0
idi
Ri dd0i
1
Rwddm 0 RO10
管外和和管内污垢热阻Ro、Ri-- p74，表3-9或其它资料 管壁热阻Rw=b/λm 金属壁
A
17
６.2蒸发段传热系数KE计算
图１ 管内沸腾传热的流动 流型及其表面传热系数
A
5
内置式再沸器：
▲结构简单。 传热面积小， 传热效果不理想。
A
6
二、 立式热虹吸 式再沸器管内流 体的受热分析
釜内液位与再沸 器上管板平齐
管内分两段： LBC——显热段 LCD——蒸发段
A
7
I ——单相对流传热； II ——两相对流和饱和泡核沸
腾传热； III ——块状流沸腾传热；
IV ——环状流沸腾传热； V ——雾状流沸腾传热。
（2) 计算显热段管内表面传热系数αi
G Wt si
si
4
di2NT
si:管内流通截面积，m2 di:传热管内径，m NT:传热管数
A
14
管内Re和Pr数：
Re d iG
b
Pr
再沸器工艺设计.
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/ 3
m:蒸汽冷凝液质量流量，kg/s Q:冷凝热流量，W
m M d 0 N T
c:蒸汽冷凝热，kJ/kg
Q m rc
4M 适用于： 2100
(4) 计算显热段传热系数KL
KL
1 d0 d0 d0 1 Ri Rw RO i di di dm 0
污垢热阻R-- p74,表3-9
• 估算传热面积，进行再沸器的工艺结构设计
• 假设再沸器的出口气含率，核算热流量
• 计算釜液循环过程的推动力和流动阻力，核算出口气 含率
估算设备尺寸
1.计算传热速率（不计热损） ：物流相变热，kJ/kg,
QR Vb b Vc c
mcCpc (t 2 t1 )
2. 计算传热温差
Hale Waihona Puke V:相变质量流量，kg/s,
b-boiling, c-condensation
T:壳程水蒸气冷凝温度 Td:混合蒸汽露点
t m T tb
(Td t b ) (Tb t b ) Tb:混合蒸汽泡点 t m Td t b t:釜液泡点 ln Tb t b
3. 假定传热系数K
查表3-15（p.91）
K L LBC K E LCD KC L
5.面积裕度核算— 30%，若不合适要进行调整
再沸器设计 (修复的)
酒精回收装置再沸器的设计作者姓名姚来金专业过程装备与控制工程指导教师姓名史岩彬专业技术职务副教授目录摘要 (1)第一章☆☆☆☆ (2)1.1☆☆☆ (3)摘要（内容采用小四号仿宋体）关键词：(小四号、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、仿宋体、接排、各关键词之间有2个空格）ABSTRACT（内容采用小四号Times New Roman字体）Key words：(小四号、Times New Roman、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、Times New Roman字体、接排、各关键词之间有1个空格及分号）第一章再沸器的设计1.1概述酒精回收装置是酒精蒸馏后的醪液再次的回收利用，以达到节约成本、生产高效、减少浪费为目的，倡导低碳生产。
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。
目前国内外再沸器的选用原则是:工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。
下面是几种常见的再沸器介绍⑴.立式热虹吸再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管内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。
但由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法洗涤，因此不适宜用于高粘度或较脏的加热介质。
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。
酒精回收装置再沸器的设计
酒精回收装置再沸器的设计作者姓名专业过程装备与控制工程指导教师姓名专业技术职务目录摘要 (1)第一章☆☆☆☆ (2)1.1☆☆☆ (3)摘要（内容采用小四号仿宋体）关键词：(小四号、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、仿宋体、接排、各关键词之间有2个空格）ABSTRACT（内容采用小四号Times New Roman字体）Key words：(小四号、Times New Roman、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、Times New Roman字体、接排、各关键词之间有1个空格及分号）第一章再沸器的设计1.1概述酒精回收装置是酒精蒸馏后的醪液再次的回收利用，以达到节约成本、生产高效、减少浪费为目的，倡导低碳生产。
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。
目前国内外再沸器的选用原则是:工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。
下面是几种常见的再沸器介绍⑴.立式热虹吸再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管内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。
但由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法洗涤，因此不适宜用于高粘度或较脏的加热介质。
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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
管程出口管内两相流密度以出口气含率计算。
x xe
（2）循环阻力△Pf △Pf=△P1 + △P2 + △P3 + △P4 + △P5
五、传热能力核算
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 Wt:釜液循环质量流量，kg/s
Hale Waihona Puke （2） 计算显热段管内传热膜系数αi
W G
s0
s0
4
di2NT
S0:管内流通截面积，m2
di:传热管内径，m
NT:传热管数
i
0.7543 0.01227
Re0i.38
G Wi 0.785Di2
Re DiG
b
②传热管显热段阻力△P2
P2
LBC G2
di 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 0.785di2NT
Re d iG
釜式再沸器：
▲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。
内置式再沸器：
▲结构简单。 传热面积小， 传热效果不理想。
二 . 立式热虹 吸式再沸器管 内流体的受热 分析
• 釜内液位与再沸 器上管板平齐 •管内分两段：
•LBC—显热段 •LCD—蒸发段
t:釜液泡点
3. 假定传热系数K 查表3-15（p.91） 有机液体-水蒸汽
570-1140 W/（m2·K）
4. 估算传热面积
A QR K tm
5. 工艺结构设计 选定传热管规格、单程管长、管子排列方式 计算管数，壳径，接管尺寸
管规格：φ38×3、 φ38×2.5、φ25×2.5
•
φ25×2、 φ19×2 参见p61表3-2
L ：蒸发段高度,m CD
： 釜 液 密 度 , kg / m 3 b
： 蒸 发 段 两 相 平 均 密 度 , kg / m 3 tp
： 传 热 管 出 口 处 两 相 平 均 密 度 , kg / m 3 tp
l： 再 沸 器 上 部 管 板 到 接 管 入 塔 口 间 高 度 , m
L 的参考值 见相关手册
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 Di
G2
2b
Li：进口管长度和当量 长度之和，m Di ：进口管内径， m
Li 0.342((D D6ii//00..022554)204.191) 4G量：流釜速液，在kg进/m口2s管内质
三. 设计条件 • 流体
管程—釜液。蒸发量、温度、压力 壳程—加热蒸汽或热水。冷凝量（热水流量）、
温度、压力 • 物性参数确定
蒸汽压曲线斜率的确定 四.设计步骤
• 估算传热面积，进行再沸器的工艺结构设计
• 假设再沸器的出口气含率，核算热流量
• 计算釜液循环过程的推动力和流动阻力，核算出口气 含率
估算设备尺寸
1.计算传热速率（不计热损）
QR Vbb Vcc
mcCpc(t2t1)
：物流相变热，kJ/kg, V:相变质量流量，kg/s, b-boiling, c-condensation
2. 计算传热温差
tmTtb
tm
(Td
tb)(Tb lnTd tb
tb)
Tb tb
T:壳程水蒸气冷凝温度 Td:混合蒸汽露点 Tb:混合蒸汽泡点
再沸器工艺的设计
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
再沸器工艺设计
一. 再沸器的类型和选择 立式 ： 热虹吸式 强制循环式
卧式： 热虹吸式 强制循环式 釜式再沸器 内置式再沸器
• 管长L：2000、3000、4500、6000mm
• 计算管数： • 壳径DS：
NT
A
d 0 L
• 正三角形排列： b1.1 NT
D St(b 1 )(2~3 )d0
• L/DS应合理—约4~6，不合理时要调整
卷制壳体内径以400mm为基数，以100mm为进档级。
• 接管尺寸，参照p92页表3-16
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，再以一定 方式相加。
Re 4 M
m M
d0 NT
m:蒸汽冷凝液质量流量，kg/s Q:冷凝热流量，W c:蒸汽冷凝热，kJ/kg
mQ rc
适用于4：M 2100
(4) 计算显热段传热系数KL
1
KL d0
idi
Ri dd0i Rwddm 0 RO10
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