再沸器畢業(yè)設(shè)計(jì)--酒精回收裝置再沸器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　酒精回收裝置再沸器的設(shè)計(jì)</p><p>　　作 者 姓 名 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名 </p><p>　　專業(yè)技術(shù)職務(wù)

2、 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要………………………………………………………………1</p><p>　　ABSTRACT ………………………………………………………2</p><p>　　第一章 緒論…………………………………………………3<

3、;/p><p>　　1.1概述………………………………………………………………3</p><p>　　1.2再沸器的發(fā)展趨勢(shì) …………………………………………………3</p><p>　　1.3研究?jī)?nèi)容和方法…………………………………………………4</p><p>　　第二章 再沸器的工藝設(shè)計(jì) …………………………………6</p>

4、<p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件……………………………………………6</p><p>　　2.1.1酒精提純的工藝過(guò)程…………………………………………6</p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)的工藝條件………………………………………………7</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定…………………………………………………7</p><p

5、>　　2.2.1再沸器類型的選擇……………………………………………7</p><p>　　2.2.2流程的安排 ……………………………………………………7</p><p>　　2.3物性數(shù)據(jù)的確定…………………………………………………8</p><p>　　2.4工藝計(jì)算 ………………………………………………………8</p><p>

6、　　2.4.1再沸器的熱流量計(jì)算…………………………………………8</p><p>　　2.4.2管子和殼體材料的選擇………………………………………8</p><p>　　2.4.3兩種流體流向的確定，并計(jì)算出流體的有效平均溫差 ………8</p><p>　　2.4.4傳熱面積的估算………………………………………………9</p><p>　　

7、2.4.5再沸器基本參數(shù)的初步確定 …………………………………9</p><p>　　2.4.6傳熱系數(shù)的校核和阻力降的計(jì)算……………………………12</p><p>　　2.5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 …………………………………………………19</p><p>　　第三章 再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)…………………………………21</p><p>　　3.1殼體

8、和管箱壁厚計(jì)算 ………………………………………21</p><p>　　3.1.1殼體壁厚的計(jì)算 ……………………………………………21</p><p>　　3.1.2管箱壁厚的計(jì)算 ……………………………………………21</p><p>　　3.1.3再沸器的水壓試驗(yàn) …………………………………………21</p><p>　　3.2殼體、管

9、子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………21</p><p>　　3.2.1管板的形式 …………………………………………………21</p><p>　　3.2.2殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) ……………………………………21</p><p>　　3.2.3換熱管與管板的連接形式 …………………………………22</p><p>　　3.2.4固定管

10、板式換熱器管板尺寸…………………………………22</p><p>　　3.3殼體高度……………………………………………………23</p><p>　　3.4再沸器封頭……………………………………………………23</p><p>　　3.5容器法蘭……………………………………………………23</p><p>　　3.6管箱結(jié)構(gòu)………………………

11、……………………………24</p><p>　　3.6.1管箱的結(jié)構(gòu)……………………………………………………24</p><p>　　3.6.2管箱與管板的連接結(jié)構(gòu) ……………………………………24</p><p>　　3.6.3墊片的選擇…………………………………………………25</p><p>　　3.6.4管箱長(zhǎng)度的確定……………………

12、………………………25</p><p>　　3.7換熱管與殼體在溫差作用下的應(yīng)力計(jì)算………………………25</p><p>　　3.8管子拉脫力和穩(wěn)定性校核……………………………………27</p><p>　　3.9判斷是否需要膨脹節(jié)…………………………………………28</p><p>　　3.10接管、接管法蘭及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)……………………

13、…………29</p><p>　　3.10.1接管………………………………………………………29</p><p>　　3.10.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)……………………………………………………29</p><p>　　3.10.3接管法蘭……………………………………………………30</p><p>　　3.10.4接管高度的確定……………………………………

14、………30</p><p>　　3.10.5接管安裝位置最小尺寸的確定 ……………………………30</p><p>　　3.10.6排氣、排液接管……………………………………………31</p><p>　　3.11支座的選擇……………………………………………………31</p><p>　　3.12設(shè)計(jì)結(jié)果匯總……………………………………………

15、……32</p><p>　　3.13再沸器的主要附屬設(shè)備-排廢器…………………………………34</p><p>　　第四章 結(jié)論…………………………………………………35</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………36</p><p>　　致 謝 ……………………………………………………………37<

16、/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精餾的本質(zhì)是利用不同物質(zhì)的揮發(fā)度不同，通過(guò)多次汽化、多次冷凝的精餾過(guò)程而達(dá)到物質(zhì)分離的單元操作過(guò)程，而多次汽化所需的能量即通過(guò)再沸器提供的，這就是再沸器的作用。</p><p>　　酒精醪液再沸器是一種換熱器，通常采用熱虹吸式換熱器，也是一種列管式換熱器，在生產(chǎn)企業(yè)中占有較重要的地位，

17、它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是對(duì)其工藝、結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，通過(guò)選用換熱設(shè)備的型號(hào)和對(duì)國(guó)標(biāo)的查找，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的化工設(shè)備。再沸器的結(jié)構(gòu)圖使用CAXA二維繪圖軟件繪制，清楚地表達(dá)出結(jié)構(gòu)尺寸，便于改進(jìn)和生產(chǎn)。</p><p>　　主要介紹了再沸器的設(shè)計(jì)工作以及它在生產(chǎn)過(guò)程中處于的地位和作用，它是精餾塔不可或缺的一部分，它提供給精餾塔多次汽化所需的能量，它與冷凝器等都

18、是換熱設(shè)備。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　再沸器 汽化 列管式換熱器 酒精</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　再沸器（也

19、稱重沸器）顧名思義是使液體再一次汽化。它的結(jié)構(gòu)與冷凝器差不多，不過(guò)一種是用來(lái)降溫，而再沸器是用來(lái)升溫汽化。再沸器多與分餾塔合用：再沸器是一個(gè)能夠交換熱量，同時(shí)有汽化空間的一種特殊換熱器。在再沸器中的物料液位和分餾塔液位在同一高度。從塔底線提供液相進(jìn)入到再沸器中。通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。被汽化的兩相流被送回到分餾塔中，返回塔中的氣相組分向上通過(guò)塔盤，而液相組分掉回到塔底。由于靜壓差的作用，塔底將會(huì)不斷補(bǔ)充被蒸發(fā)掉的那部分

20、液位。</p><p>　　1.2再沸器的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外再沸器的選用原則是:工程上對(duì)再沸器的基本要求是操作穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易、安裝檢修方便、使用周期長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，同時(shí)也應(yīng)考慮其占地面積和安裝空間高度要合適。</p><p>　　下面是幾種常見(jiàn)的再沸器介紹</p><p>　　(1)立式熱虹吸再

21、沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不能采用機(jī)械方法洗滌，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，增加了塔的裙座高度，但可以考慮采用耳式支座。 </p><p>

22、　　(2)臥式熱虹吸再沸器也是利用塔底單相釜液與再沸器中氣液混合物的密度差維持循環(huán)。臥式熱虹吸再沸器的傳熱系數(shù)和釜液在加熱段的停留時(shí)間均為中等，維護(hù)和清理方便，適用于傳熱面積大的情況，對(duì)塔釜液面高度和流體在各部位的壓降要求不高，可適于真空操作，出塔釜液緩沖容積大，故流動(dòng)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是占地面積大。 </p><p>　　立式及臥式熱虹吸再沸器本身沒(méi)有氣、液分離空間和緩沖區(qū)，這些均由塔釜提供。 </p>

23、<p>　　立式再沸器：工藝物流測(cè)在管程，傳熱系數(shù)高，投資低，裙座高度高，汽化率為3%-35%。 </p><p>　　臥式再沸器：工藝物流測(cè)在殼程，傳熱系數(shù)中偏高，投資適中，占地面積大，裙座高度低，汽化率為3%-35%。 </p><p>　　(3)強(qiáng)制循環(huán)式再沸器是依靠泵輸入機(jī)械功進(jìn)行流體的循環(huán)，適用于高粘度液體及熱敏性物料、固體懸浮液以及長(zhǎng)顯熱段和低蒸發(fā)比的高阻力系統(tǒng)。 &

24、lt;/p><p>　　(4)釜式再沸器由一個(gè)帶有氣液分離空間的殼體和一個(gè)可抽出的管束組成，管束末端有溢流堰，以保證管束能有效地浸沒(méi)在液體中。溢流堰外側(cè)空間作為出</p><p>　　料液體的緩沖區(qū)。再沸器內(nèi)液體的裝填系數(shù)，對(duì)于不易起泡沫的物系為80%，對(duì)于易起泡沫的物系則不超過(guò)65%。釜式再沸器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流體力學(xué)參數(shù)不敏感，可靠性高，可在高真空下操作，維護(hù)與清理方便；缺點(diǎn)是傳熱系數(shù)小，殼體容

25、積大，占地面積大，造價(jià)高，塔釜液在加熱段停留時(shí)間長(zhǎng)，易結(jié)垢。 </p><p>　　(5)內(nèi)置式再沸器是將再沸器的管束直接置于塔釜內(nèi)而成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比釜式再沸器低；缺點(diǎn)是由于塔釜空間容積有限，傳熱面積不能太大，傳熱效果不夠理想。</p><p>　　1.3研究?jī)?nèi)容和方法</p><p>　　根據(jù)整體工藝流程圖判斷再沸器在其中的作用，進(jìn)而考慮再沸器的結(jié)構(gòu)型式，綜

26、合考慮，一般選用立式熱虹吸式再沸器，是一種列管式換熱器。根據(jù)換熱器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)，并畫出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)圖和零件圖。</p><p>　　第二章 再沸器的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件</p><p>　　2.1.1酒精提純的工藝過(guò)程</p><p>　　工藝流程圖如圖（2-1）所示：</p&

27、gt;<p>　　圖2-1 工藝流程圖</p><p>　　原酒精濃度在40~45%條件下，進(jìn)料量為3m³/h時(shí)，蒸餾塔應(yīng)滿足酒精成品濃度≥80%、濃度80%的酒精產(chǎn)量≥1.5m³/h、廢酒精排放濃度≤0.5%的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　原濃度45%的酒精進(jìn)入蒸餾塔，進(jìn)料量為3m3/h，在蒸餾塔中蒸餾煮沸，利用酒精和水蒸發(fā)溫度的不同而達(dá)到所需要酒精的

28、濃度。 　　酒精的學(xué)名叫乙醇，它是沸點(diǎn)為78.4攝氏度，而水的沸點(diǎn)為100攝氏度。在酒廠里是將低濃度的酒（實(shí)質(zhì)上是酒精與水的混合物）放在酒精精餾塔中水浴加熱至酒精的沸點(diǎn)以上，但又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)，這樣酒精就大量地從酒液中蒸發(fā)出來(lái)，通過(guò)上部的冷凝器重新變成液態(tài)酒精被收集起來(lái)，在此溫度下，酒中所</p><p>　　含的水份卻不會(huì)被大量蒸發(fā)而留了下來(lái)。 　　當(dāng)然，在蒸餾塔工作溫度下，水也會(huì)有部分蒸發(fā)，所以通過(guò)這種

29、普通的精餾方法制成的酒精純度都不會(huì)太高，一般為95％，當(dāng)然也可以通過(guò)高純度的精餾法可以制成96％純度的酒精。 </p><p>　　排出的酒精廢液進(jìn)入再沸器再次的分離酒精和水，利用高效的換熱技術(shù)來(lái)增加酒精的濃度和產(chǎn)量。當(dāng)酒精達(dá)到一定的濃度，再進(jìn)入蒸餾塔中蒸餾。而剩余的廢液經(jīng)過(guò)排廢器達(dá)到環(huán)境允許排放的標(biāo)準(zhǔn)排放到廢水溝中。</p><p>　　從蒸餾塔中蒸餾出的酒精成品濃度≥80%進(jìn)入酒精儲(chǔ)罐

30、，還有一部分進(jìn)入回流罐，經(jīng)過(guò)冷凝器再進(jìn)入蒸餾塔中回收利用。整套設(shè)備可以更經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)出所需要的酒精產(chǎn)品。 </p><p>　　再沸器的主要附屬設(shè)備是排廢器，按一般要求達(dá)到環(huán)境允許排放標(biāo)準(zhǔn)即可。</p><p>　　現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)用于20%酒精醪液蒸發(fā)回收達(dá)到0.5%的排放濃度的換熱器——再沸器，該換熱器的工藝條件如下。</p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)的工藝條件

31、</p><p>　　工藝條件如表2-1所示</p><p><b>　　表2-1 工藝條件</b></p><p>　　該換熱器的工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)如下。</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　2.2.1再沸器類型的選擇</p><p>　　該換熱器由

32、于用于酒精的蒸發(fā)再沸，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到酒精具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢以及溫差不大，故初步選擇固定管板式換熱器。盡管酒精的腐蝕性較小，但考慮到酒精產(chǎn)品的純度要求較高，為此將換熱器的管子和殼體均采用不銹鋼制造。</p><p>　　2.2.2流程的安排</p><p>　　該換熱器由于用于酒精的蒸發(fā)再沸，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到酒精具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢，且具有飽和蒸汽冷凝

33、的換熱器，應(yīng)使飽和蒸汽走殼程，便于排出冷凝液，因此考慮酒精走管程，水蒸氣走殼程。</p><p>　　2.3物性數(shù)據(jù)的確定</p><p>　　應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)溫度來(lái)設(shè)計(jì)該設(shè)備。</p><p>　　定性溫度：對(duì)于蒸汽和酒精低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。</p><p>　　故殼程蒸汽的定性溫度為T=(146+130)/2=13

34、8(℃)</p><p>　　管程流體的定性溫度為 t=（112+112）/2=112（℃）</p><p>　　殼程凝液在145℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ρ0=859kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cp0=4.25kJ/（kg ℃）</p><p>　　熱導(dǎo)率

35、 λ0=0.54W/（m ℃）</p><p>　　動(dòng)力黏度 η0=2.32x10-4kg/（m s）</p><p>　　潛熱：r0=1704 kJ/kg</p><p>　　管程流體在130℃下的物料數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度 ρi=950 kg/m3</p><p>　　定壓比熱容 Cpi=

36、4.2 kJ/（kg℃）</p><p>　　熱導(dǎo)率 λi=0.68 W/（m℃）</p><p>　　動(dòng)力黏度 ηi=2.5x10-4 kg/（m s）</p><p>　　汽相密度 ρv=0.88 kg/m3</p><p>　　汽相黏度 ηv=1.2x10-5 kg/（m s）</p><p>

37、;<b>　　2.4工藝計(jì)算</b></p><p>　　2.4.1再沸器的熱流量計(jì)算</p><p>　　對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過(guò)程，則依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝熱確定：</p><p>　　Φ=Dr （2-1）</p

38、><p>　　式中，Φ為熱流量，W；D為蒸汽冷凝質(zhì)量流量，kg/s；r為飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg；蒸汽的冷凝量為6908kg/h。</p><p>　　Φ=6908x1704/3600=3270kJ/s=3.27x106W</p><p>　　2.4.2管子和殼體的材料的選擇</p><p><b>　　管程介質(zhì)：酒精 </

39、b></p><p>　　殼程介質(zhì)：蒸汽 其腐蝕性弱，但要防止生銹，所以選擇不銹鋼材料。</p><p>　　2.4.3兩種流體的流向的確定，并計(jì)算出流體的有效平均溫差</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)初算平均溫差Δtm，均將換熱過(guò)程先看做逆流過(guò)程計(jì)算</p><p>　　對(duì)于逆流或并流換熱過(guò)程，其平均溫差可按式（2-2）進(jìn)行計(jì)算：</

40、p><p>　　Δtm= ==18.2（K） （2-2）</p><p>　　式中Δt1、Δt2分別為大端溫差與小端溫差。</p><p>　　2.4.4傳熱面積的估算</p><p>　　利用傳熱速率方程，估算傳熱面積Ap：</p><p>　　Ap=

41、 （2-3）</p><p>　　根據(jù)物料性質(zhì)選取K值為2263W/(m2 k)</p><p>　　則 Ap==79.4 m2</p><p>　　圓整后取Ap=80 m2</p><p>　　2.4.5再沸器基本參數(shù)的初步確定</p><p><b>　　

42、(1)換熱管型號(hào)：</b></p><p>　　①管徑：選用較小直徑的管子，可以提高流體的對(duì)流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中的傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體。由于酒精腐蝕性小是清潔流體，故可以選用d0=φ25x2的不銹鋼管。</p><p>　?、诠荛g距：由于管程介質(zhì)干凈，管外無(wú)需清洗查得，取管間距a=32

43、mm</p><p>　?、酃荛L(zhǎng)：按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為</p><p>　　L===2.4m （2-4）</p><p>　　根據(jù)國(guó)內(nèi)管材生產(chǎn)規(guī)格，同時(shí)考慮管長(zhǎng)與管徑的配合初選長(zhǎng)度L=2.5m。</p><p>　?、莨茏痈鶖?shù)：對(duì)于已定的傳熱面積，當(dāng)選定管徑和管長(zhǎng)后，由式</p&g

44、t;<p>　　n=進(jìn)行計(jì)算n=Ap/3.14d(L-0.1) （2-5）</p><p>　　=80/3.14x0.025(2.5-0.1)=424.6≈425根</p><p><b>　　⑥管程數(shù)：初選1</b></p><p>　?、吖茏优帕蟹绞剑汗茏釉诠馨迳系呐帕校瑧?yīng)力求分布均勻

45、、緊湊，一般選正三角形排列如圖2-2 所示</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　(2)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)：</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)有R==1.3 （2-6）</p><p>　　P==0.44

46、 （2-7）</p><p>　　按單殼程，單管程結(jié)構(gòu) ，查圖得εΔt=0.83</p><p>　　平均傳熱溫差Δtm=εΔtΔtm=0.83x18.2=15.1K</p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　(3)殼體內(nèi)徑：依

47、據(jù)公式Di=a（m-1）+2b （2-8）</p><p>　　式中 a—換熱器管間距，取a=32mm：</p><p>　　m—正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，根據(jù)換熱器管子的排列方式，m=23；</p><p>　　b-最外層管子外表面至殼內(nèi)壁邊緣的距離，取b=0.5d0。</p><p&g

48、t;　　Di =32x（23-1）+2x0.5x25=729mm</p><p>　　取筒體直徑：Di =1000mm。</p><p>　　(4)布管限定圓Dl≤Di-2b=1000-2x0.5x25=975mm （2-9）</p><p><b>　　(5)折流板：</b></p>

49、<p>　　① 選擇弓形折流板其形式如圖2-3所示：</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　其上圓缺切口大小和板間距的大小是影響傳熱和壓降的兩個(gè)重要因素，因?yàn)闅こ逃邢嘧儯瑘A缺切口的高度h=0.43Di=0.43x1000=430mm （2-10）</p><p>　?、?查

50、得折流板管子外徑d0=25mm 管孔直徑d=25.8mm 允許誤差+0.4/0</p><p>　?、?折流板外直徑與殼體的直徑之間應(yīng)有一個(gè)合適的間隙，查得取折流板名義外直徑DN-6=994mm 允許誤差0/-0.8</p><p>　?、?折流板間距 不小于50mm 不超過(guò)Di，B=0.3Di=0.3x1000=300mm，換熱管最大無(wú)支撐間距 查得為1850mm</p>

51、<p><b>　　可取B=470mm</b></p><p>　?、?折流板數(shù)N=-1=2500/470-1=4.3 取4塊</p><p>　　⑥ 折流板厚度 查得為12mm </p><p>　?、?折流板圓缺面水平裝配如圖2-4</p><p><b>　　圖2-4</b><

52、;/p><p><b>　　(6)拉桿：</b></p><p>　?、?拉桿結(jié)構(gòu)：因?yàn)槔瓧U定距管結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束故選取如圖2-5所示</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　② 拉桿直徑取16mm</p><p>　?、?拉

53、桿數(shù)量查得為6個(gè)</p><p>　?、?拉桿長(zhǎng)度：因?yàn)檎哿靼宓拈g距為B=470mm，</p><p>　　所以選取5根 L1≥470x4+20+60=1960mm，取L1=1980； （2-11）</p><p>　　1根 L2≥470x3+20+60=1490mm，取L2=1495mm （2-12）</p

54、><p>　　查得管板上拉桿孔深Ld=20mm。</p><p>　　⑤ 定距管：折流板間距?、耖L(zhǎng)度為470x2+12=952mm，Ⅱ長(zhǎng)度為470mm。</p><p>　　(7)實(shí)際換熱管根數(shù)：</p><p>　　在設(shè)置六根拉管的情況下，實(shí)際排得換熱管的根數(shù)為427根（433-6=427）。如圖2-6所示</p><p&g

55、t;<b>　　圖2-6</b></p><p>　　2.4.6傳熱系數(shù)的校核和阻力降的計(jì)算</p><p>　　(1)傳熱系數(shù)校核：</p><p>　　1)顯熱段傳熱系數(shù)KCL 設(shè)傳熱管出口處汽化率xe=0.024，則用式（2-13）</p><p>　　qmt=

56、 （2-13）</p><p>　　計(jì)算循環(huán)流量qmt其中qmb為釜液汽化質(zhì)量流量；</p><p>　　qmt==53.24kg/s</p><p>　　顯熱段管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用式（2-14）計(jì)算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速G為</p><p>　　G=qmt/Si Si=πdi2NT/4

57、 （2-14）</p><p>　　其中Si為管內(nèi)流通截面積，m2；di為傳熱管內(nèi)徑，m；NT為傳熱管系數(shù)</p><p>　　G=53.24x4/（3.14x0.0212x1800）=85.44kg/（m2 s）</p><p>　　管內(nèi)雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)分別為</p><p>　　Re=diG/Si

58、 （2-15）</p><p>　　Pr=cpiηi/λi （2-16）</p><p>　　Re=0.021x85.44/2.5x10-4=10200</p><p>　　Pr=4200x2.5x10-4/0.68=1.54

59、</p><p>　　用式 hi=0.023Re0.8Pr0.4 （2-17）</p><p>　　=0.023x0.68x102000.8x1.540.4/0.021=1078W/（m2 K）</p><p>　　計(jì)算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用式（2-18）計(jì)算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量qm0為

60、</p><p>　　qm0=Φ/r0=3.27x106/1704000=1.92kg/s （2-18）</p><p>　　計(jì)算傳熱管外單位潤(rùn)濕周邊上冷凝的質(zhì)量流量M為</p><p>　　M=qm/πd0NT=1.92/（3.14x0.025x1800）=0.0135kg/（ms） （2-19）</p><p&

61、gt;　　計(jì)算冷凝液膜的Re0為</p><p>　　Re0=4M/η=4x0.0135/2.5x10-4=217<2100</p><p>　　計(jì)算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0為</p><p>　　h0=0.75x1.88x Re0-1/3/（η2/ρ2gλ3）1/3 （2-20）</p><p>　

62、　=0.75x1.88x217-1/3/[（2.5x10-4）2/(8592x9.81x0.543）]1/3</p><p>　　=660 W/（m2 K）</p><p>　　式中，0.75為校正系數(shù)，是對(duì)雙組分冷凝按單組分計(jì)算的校正。</p><p>　　③ 污垢熱阻及管壁熱阻 沸騰側(cè)Ri=4.299x10-4 m2 K/W，冷凝側(cè)R0=1.72x10-4 m

63、2 K/W,管壁熱阻Rw=4.299x10-5 m2 K/W。</p><p>　　計(jì)算顯熱段傳熱系數(shù)KCL為</p><p>　　KCL=1/（d0/hidi+Rid0/di+Rwd0/dm+R0+1/h0） （2-21）</p><p>　　=1/（25/1078x21+4.299x10-4x25/21+4.299x10-5x25/2

64、3+1.72x10-4+1/6160）</p><p>　　=2280 W/（m2 K）</p><p>　　2)蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KCE 計(jì)算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量Gh為</p><p>　　Gh=3600G=3600x85.44=3.08x105 kg/（m2h） （2-22）</p><p>　　當(dāng)xe=0.0

65、24時(shí)，計(jì)算Martinelli參數(shù)Xtt為</p><p>　　Xtt=[(1-x)/x0.9]( ρv/ρb)0.5(ηb/ηv)0.1 （2-23）</p><p>　　=[(1-0.024)/0.0240.9]( 0.88/950)0.5(2.5x10-4/0.012x10-5)0.1=1.158</p><

66、;p>　　1/Xtt=1/1.158=0.864</p><p>　　由Gh=3.08x105 kg/（m2 h）及1/Xtt=0.864，查圖得a=1.0。</p><p>　　當(dāng)x=0.4xe=0.4x0.024=0.0096時(shí)</p><p>　　1/Xtt=1/[(1-0.0096)/0.00960.9]( 0.88/950)0.5(2.5x10-4/

67、0.012x10-5)0.1=0.374</p><p>　　由Gh=3.08x105 kg/（m2 h）及1/Xtt=0.374，查圖得aˊ=1.0。</p><p>　　計(jì)算泡核沸騰修正因數(shù)a為a=（1.0+1.0）/2=1.0</p><p>　　用式計(jì)算泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hnb為</p><p>　　hnb=0.225xλb/dix

68、Pr0.69x(Φd/Aprbηb)0.69(ρb/ρv-1)0.33(pdi/σ)0.31 （2-24）</p><p>　　=0.225x0.68/0.021x1.540.69x(3.27x106x0.021/80x2225x103x0.25x10-3)0.69(950/0.88-1)0.33(1.6x105x0.021/5.6x10-2)0.31</p><p>　　

69、=2051 W/（m2 K）</p><p>　　計(jì)算以液體單獨(dú)存在為基準(zhǔn)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi</p><p>　　hi=0.023[Re（1-x）]0.8Pr0.4 （2-25）</p><p>　　=0.023x0.68x[10200（1-0.0096）]0.8x1.540.4/0.021

70、=2076 W/（m2 K）</p><p>　　計(jì)算對(duì)流沸騰因子Ftp=3.5（1/Xtt）0.5=3.5x0.3740.5=2.14</p><p>　　計(jì)算兩相對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)htp=Ftpxhi=2.14x2076=4442.64 W/（m2 K）</p><p>　　計(jì)算沸騰傳熱膜系數(shù)為hiE=htp+ahnb=4442.64+1x2051=6494 W/

71、（m2 K）</p><p>　　計(jì)算蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KCE為</p><p>　　KCE=1/（d0/hiEdi+Rid0/di+Rwd0/dm+R0+1/h0） （2-26）</p><p>　　=1/（25/6494/21+4.3x10-4x25/21+4.3x</p><p>　　10-5x25/23+1.

72、72x10-4+1/6160）=3100 W/（m2 K）</p><p>　　3)顯熱段和蒸發(fā)段長(zhǎng)度 計(jì)算顯熱段的長(zhǎng)度LBC與傳熱管總長(zhǎng)L的比值</p><p>　　LBC/L=1.961x10-3/[1.961x10-3+(3.14x0.021x427x671.2x25016)/(4228.9x950x120.86)]=0.322</p><p>　　LBC =

73、3x0.322=0.97m </p><p>　　LCD =2.5-0.97=1.53m</p><p>　　4)平均傳熱系數(shù) 計(jì)算傳熱系數(shù)KC為</p><p>　　KC=(KCLLBC+KCELCD)/L （2-27）</p><p>　　=(2280x0.97+3100x1.5

74、3)/2.5=2782 W/（m2 K） </p><p>　　需要傳熱面積為AC=Φ/(KCxΔtm)= 3.27x106/（2782x18.2）=65m2</p><p>　　5)面積裕度 實(shí)際傳熱面積</p><p>　　A=3.14x0.025x2.5x427=84m2</p><p>　　H=(A-AC)/A=(84-65)/84

75、=22.6% （2-28）</p><p>　　該再沸器的熱面積合適。</p><p><b>　　(2)循環(huán)流量校核</b></p><p>　　1)循環(huán)推動(dòng)力 當(dāng)x=xe/3=0.024/3=0.008時(shí)，用式（2-29）計(jì)算Martinelli參數(shù)Xtt為</p><p&

76、gt;<b>　?。?-29）</b></p><p>　　用 計(jì)算可得 (2-30)</p><p>　　用式計(jì)算處的兩相流平均密度</p><p><b>　　2)循環(huán)阻力</b></p><p><b>　?、俟艹踢M(jìn)口管阻力&

77、lt;/b></p><p><b>　　根據(jù) </b></p><p><b>　　(2-31)</b></p><p><b>　　同時(shí)根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-32)</b></p><p&g

78、t;<b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　用式</b></p><p><b>　　(2-34)</b></p><p><b>　　②傳熱管顯熱段阻力</b><

79、/p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-35)</b></p><p><b>　　用式</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-36)</b

80、></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　?。?-37)</b></p><p><b>　　③傳熱管蒸發(fā)段阻力</b></p><p><b>　　(2-38)</b></p><p><

81、b>　　根據(jù) </b></p><p><b>　　根據(jù) </b></p><p><b>　　(2-39)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-40)</b></p

82、><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-41)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-42)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b&g

83、t;</p><p><b>　　(2-43)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-44)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2

84、-45)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-46)</b></p><p>　?、芄艹虄?nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力</p><p>　　管程內(nèi)流體的質(zhì)量流速G=193.9kg/(m2.s) 用式</p><p>　　因動(dòng)

85、量變化引起的阻力系數(shù)為 (2-47)</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-48)</b></p><p><b>　?、莨艹坛隹谧枇?lt;/b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p>&l

86、t;p><b>　　(2-49)</b></p><p><b>　　根據(jù) </b></p><p><b>　　(2-50)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b>

87、</p><p><b>　　(2-51)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-52)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-5

88、3)</b></p><p><b>　　(2-54)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-55)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><

89、;b>　　(2-56)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-57)</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　(2-58)</b></p>

90、<p>　　循環(huán)推動(dòng)力 (2-59)</p><p><b>　　2.5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果匯總見(jiàn)表2-2</p><p>　　第三章 再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1殼體和管箱壁厚計(jì)算</p>&

91、lt;p>　　3.1.1殼體壁厚的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)工藝條件殼程的設(shè)計(jì)壓力為p=0.4Mpa，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無(wú)損探傷，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，材料用0Cr18Ni9，t=137Mpa，取鋼板的厚度負(fù)偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=2mm，c=c1+c2=2.8mm，設(shè)計(jì)壁厚td為：</p><p>　　td=[pDi/(2[σ]tφ-p)]+c

92、 (3-1)</p><p>　　=[0.4x1000/(2x137x0.85-0.4)]+2.8=4.5mm </p><p>　　考慮到換熱器立體擺放，殼體上需安裝支座，為此適當(dāng)增加筒體壁厚，且對(duì)合金鋼最小壁厚要求，取筒體的名義厚度為tn=8mm</p><p>　　3.1.2管箱壁厚的計(jì)算</p&g

93、t;<p>　　換熱器的管箱材料為Q235-B，該材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力為113MPa，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無(wú)損探傷，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，鋼板的厚度負(fù)偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=2mm，c=c1+c2=2.8mm，管箱的設(shè)計(jì)壁厚td為： td=[pDi/(2[σ]t-p)]+c

94、 (3-2)</p><p>　　=[(0.4x1000)/(2x137x0.85-0.4)]+2.8=4.5mm</p><p>　　取管箱壁厚為tn=6mm</p><p>　　3.1.3再沸器的水壓試驗(yàn)</p><p>　　水壓試驗(yàn)壓力有pT=1.25p[σ]/[ σ]t=0.5Mpa和pT=p+0.1=0.5Mpa中取一大值pT=0.

95、5Mpa。</p><p>　　σT=pT[Di+(tn-c)]/2(tn-c)=0.5x[1000+(8-0.8)]/2(8-0.8)=35Mpa (3-3)</p><p>　　所用Q235-B板材在常溫時(shí)σs=235Mpa，</p><p>　　0.4σsφ=0.4x235x0.85=80Mpa

96、 (3-4)</p><p>　　可見(jiàn)水壓試驗(yàn)時(shí)筒體、封頭壁內(nèi)應(yīng)力都小于0.4σsφ，水壓試驗(yàn)安全。3.2殼體、管子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1管板的形式</p><p>　　由于殼體壁厚小于等于12mm且殼程設(shè)計(jì)壓力不大于1Mpa故管板選擇兼做法蘭式。</p><p>　　3.2.2殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)&l

97、t;/p><p>　　選擇不可拆式，采用焊接的方法連接參照選取</p><p><b>　　附圖3-1所示</b></p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.2.3換熱管與管板的連接形式</p><p>　　換熱管與管板具有較好的可焊性，且沒(méi)有較大的振

98、動(dòng)及有間隙腐蝕的場(chǎng)合，故采用強(qiáng)度焊加貼脹。如圖3-2</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　換熱管規(guī)格：外徑x壁厚 25x2 換熱管最小伸出長(zhǎng)度</p><p>　　l1=1.5mm l3=2mm l2=2.5mm</p><p>　　3.2.4固定管板式換熱器管板尺寸</p>

99、<p>　　查得：外徑D=1130mm D1=1090mm D3=997mm</p><p>　　D7=1045mm 板厚b=51mm c=12mm d=23mm n=36個(gè) 重量：133kg</p><p>　　管板形式如圖3-3所示：</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p><

100、;b>　　3.3殼體高度</b></p><p>　　L=換熱管長(zhǎng)度-2x管板厚度-2x換熱管伸出長(zhǎng)度=2500-2x51-2x1.5=2395mm</p><p><b>　　3.4再沸器封頭</b></p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 其厚度取s=6mm。根據(jù)JB/T4737-1992標(biāo)準(zhǔn)，取上下封頭均為EHA1000

101、X6,DN=1000mm，直邊高度h2=25mm，h1=250mm，質(zhì)量為55kg。材料選擇不銹鋼OCr18Ni9。</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p>　　3.5容器法蘭的選擇</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712.3-2007選用型號(hào)為RF 1000-0.6具體尺寸如圖3-5所示</p><

102、;p><b>　　圖3-5</b></p><p><b>　　3.6管箱結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.6.1管箱的結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)于單管程換熱器管箱且內(nèi)直徑為1000mm的可以選用常見(jiàn)的B型（封頭管箱）厚度為6mm，如圖3-6所示的結(jié)構(gòu)</p><p><b>

103、　　圖3-6</b></p><p>　　3.6.2管箱與管板的連接結(jié)構(gòu) </p><p>　　選用如圖3-7所示平焊法蘭RF 1000-0.6凸面密封就可以滿足工藝要求。</p><p><b>　　圖3-7</b></p><p>　　3.6.3墊片的選擇 </p><p>　　再

104、沸器屬于中低壓容器且介質(zhì)為蒸汽，根據(jù)工作壓力0.4MPa和工作溫度150℃查得密封墊圈采用寬20mm的石棉橡膠板--平形，尺寸φ1044xφ1004x3。</p><p>　　3.6.4管箱長(zhǎng)度的確定</p><p>　　管箱最小長(zhǎng)度：?jiǎn)纬坦芟洳捎幂S向接管時(shí)，接管中心線上的管箱最小長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于接管內(nèi)徑的1/3即Lg min=Di/3=1000/3=333mm</p>&l

105、t;p>　　管箱最大長(zhǎng)度：對(duì)于單程管箱來(lái)說(shuō)，管箱長(zhǎng)度應(yīng)考慮流通面積、各相鄰焊縫間的距離外，還應(yīng)考慮管箱中內(nèi)件的焊接和清理。</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>　　Lg max=988mm</p><p>　　綜合考慮管箱應(yīng)有足夠的空間來(lái)均勻輸送流體且333mm≤Lg≤988mm，現(xiàn)取管箱筒節(jié)長(zhǎng)Lg=500mm。

106、</p><p>　　3.7換熱管與殼體在溫差作用下的應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　在安裝溫度下：如圖3-9（a）所示，殼體與管子的長(zhǎng)度均為2500mm，操作狀態(tài)下自由伸長(zhǎng)時(shí)，如圖3-9（b）所示，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼體壁溫度，則管子自由伸長(zhǎng)量δt和殼體自由伸長(zhǎng)量δs分別為：</p><p>　　δt=αt(tt-t0)L

107、 （3-5）</p><p>　　δs=αs(ts-t0)L （3-6）</p><p>　　式中αt，αs–管子和殼體材料的溫度膨脹系數(shù)，℃-1；</p><p>　　t0-安裝時(shí)的溫度，℃；</p>&l

108、t;p>　　tt，ts -操作狀態(tài)下管壁溫度和殼體溫度，℃。</p><p>　　管子與殼體剛性連接時(shí)，如圖3-9（c）所示，管子與筒體的實(shí)際伸長(zhǎng)量必須相等，因此就出現(xiàn)殼體被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力；管子被壓縮，差生壓應(yīng)力。此拉、壓應(yīng)力就是溫度應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。由于溫差而使殼體被拉長(zhǎng)的總拉伸量應(yīng)等于所有管子被壓縮的總壓縮力?？偫炝ΨQ為溫差軸向力，用F表示。F為正值表示殼體被拉伸，管子被壓縮；F為負(fù)值時(shí)，表示殼體被

109、壓縮，管子被拉伸。</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　管子所受壓縮力等于殼體所受拉伸力。如兩者的變形不超過(guò)彈性范圍，則按胡克定律可知管子被壓縮的量：</p><p>　　δt-δ= （3-7）</p><p

110、><b>　　而殼體被拉伸的量：</b></p><p>　　δ-δs= （3-8）</p><p>　　合并以上兩式，消去δ可得：</p><p>　　δt- =δs+ （3-9）

111、</p><p>　　將（3-5）和（3-6）代入（3-9）并整理，得管子或殼體的溫差軸向力：</p><p>　　F= （3-10）</p><p>　　在管子及殼體中的溫差應(yīng)力為</p><p>　　σt=F/At

112、 （3-11）</p><p>　　σs=F/As （3-12）</p><p>　　式中Et，Es-管子和殼體材料彈性模量，MPa;</p><p>　　At-換熱管總截面面積，mm2；</p><p>　　As-殼壁橫截面面積

113、，mm2。</p><p>　　管子和殼體的溫度膨脹系數(shù)αt，αs都取17.3x10-6℃-1；</p><p>　　管子和殼體材料彈性模量Et，Es都取210000MPa;</p><p>　　所以F==2x106N</p><p>　　σt=F/At=2x106/61676= 32.43 MPa <

114、/p><p>　　σs=F/As=2x106/25120=79.6 MPa</p><p>　　3.8管子拉脫力和穩(wěn)定性校核</p><p>　　該換熱器在可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)工況下管子的應(yīng)力為：</p><p><b>　　表3-1 工藝條件</b></p><p>　　在操作壓力下，每平方米脹接周邊所

115、產(chǎn)生的力qp為</p><p>　　qp= (3-12)</p><p>　　式中f=0.866a2-d02=0.866x322-252=396mm2</p><p>　　p=0.4Mpa；l=36mm</p><p>　　qp=0.4x396/（3.14

116、x25x36）=0.056 Mpa</p><p>　　而溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方脹接周邊上的拉脫力</p><p>　　qt= (3-13)</p><p>　　式中 σt=</p><p>　　As=πDtn=3.14x1000x8=25120mm2

117、 (3-14)At=π（d02-di2）n/4=3.14x（252-212）427/4=61676mm2</p><p>　　則σt=11.2x10-6x0.21x106x20/（1+25120/61676）=33.4Mpa</p><p>　　qt=33.4x（252-212）/（4x25x36）=1.7Mpa</p>

118、<p>　　由于管子和管板的連接采用脹焊結(jié)合，管子的許用拉脫力遠(yuǎn)小于0.5材料的許用應(yīng)力，因此拉脫力再許用范圍內(nèi)。</p><p>　　3.9判斷是否需要膨脹節(jié)</p><p>　　膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件，依靠這樣易變形的撓性構(gòu)件對(duì)管子與殼體的熱膨脹差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來(lái)緩和或降低殼體與管子因溫差而引起的溫差應(yīng)力。</p><p>　　

119、管殼壁溫所產(chǎn)生的軸向力</p><p>　　F1= ?As ?At (3-15)</p><p>　　=11.2x10-6x0.21x106x36x25120x61676/（25120+61676）=1.5x106N</p><p>　　壓力作用于殼體上的軸向力 </p><p&

120、gt;　　F2=QAs/(As+At) (3-16)</p><p>　　式中 Q= [(Di2-nd02)ps+ndi2pt]= [(10002-427x252)x0.4+427x212x0.2]</p><p><b>　　=2.6x105N</b></p><p&

121、gt;　　F2=2.6 x105x25120/(25120+61676)=1.5x104N</p><p>　　壓力作用在管子上的軸向力</p><p>　　F3=2.6 x105x61676/(25120+61676)=1.85x104N (3-17)</p><p>　　則 σs=（F1+F2）/As

122、 （3-18)</p><p>　　=（1.5x106+1.5x104）/25120=60Mpa</p><p>　　σt=（-F1+F3）/At (3-19)</p><p>　　=（-1.5x106+1.85x104）/61676

123、=-24 Mpa</p><p>　　根據(jù)GB151-1999的設(shè)計(jì)規(guī)定，在考慮熱應(yīng)力的情況下管子和殼體上的應(yīng)力均小于3倍的許用應(yīng)力，實(shí)際求得的應(yīng)力均較小，滿足設(shè)計(jì)要求，故本換熱器不必設(shè)置膨脹節(jié)。</p><p>　　3.10接管、接管法蘭及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.10.1接管</b></p><p&g