化工畢業(yè)設計---分離苯甲苯精餾系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　化工課程設計任務書1</p><p>　　第一章 再沸器的工藝設計2</p><p>　　1.1 設計方案的論述2</p><p>　　1.2 設計條件及物性參數(shù)3</p><p>　　1.3 估算設備尺寸3<

2、;/p><p>　　1.4 傳熱系數(shù)的校核4</p><p>　　1.5 循環(huán)流量的校核8</p><p>　　1.6 工藝設計匯總表13</p><p>　　第二章 再沸器的結構及強度設計14</p><p>　　2.1 殼體、管箱殼體和封頭的設計14</p><p>　　2.2 進出

3、口的設計19</p><p><b>　　2.3 管板21</b></p><p>　　2.4 換熱管22</p><p>　　2.5 法蘭的選定23</p><p>　　2.6 管子與管板的連接26</p><p>　　2.7 膨脹節(jié)26</p><p>　　

4、2.8 折流板29</p><p>　　2.9 拉桿、定距管30</p><p>　　2.10 耳式支座的選擇31</p><p>　　2.11 排氣、排液管31</p><p>　　2.12 主要零部件匯總表32</p><p>　　心 得 體 會33</p><p><

5、b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　化工課程設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計題目</b></p><p>　　分離苯—甲苯精餾系統(tǒng)設計</p><p><b>　　—再沸器的設計</b></p>&

6、lt;p><b>　　二、設計任務</b></p><p>　　1、精餾系統(tǒng)處理能力： 5000kg/h；</p><p>　　2、精餾系統(tǒng)進料組成：苯含量35%（質量，下同），溫度為25℃；</p><p>　　3、精餾系統(tǒng)工藝要求：塔頂苯含量95%，塔底苯含量2.5%</p><p>　　4、精餾塔操作條件：常

7、壓；</p><p><b>　　三、設計內容</b></p><p>　　1、再沸器工藝設計條件的確定；</p><p>　　2、再沸器的工藝設計；</p><p>　　3、再沸器的結構設計；</p><p>　　4、再沸器的強度設計；</p><p><b>

8、　　四、設計要求</b></p><p>　　1、設計說明書一份；</p><p><b>　　2、設計圖紙：</b></p><p>　　a、精餾系統(tǒng)工藝流程圖一張（采用AutoCAD繪制）；</p><p>　　b、再沸器總裝配圖一張（A1）；</p><p><b>　

9、　3、答辯。</b></p><p><b>　　五、設計完成時間</b></p><p>　　2007.9.3～2007.9.28</p><p><b>　　再沸器的工藝設計</b></p><p><b>　　設計方案的論述</b></p>&l

10、t;p>　　本次課程設計我們一組三個人共同完成，分別負責不同的部分，我負責的是再沸器。三個人經過初步的計算和討論，確定了一些基本的參數(shù)，隨即就進入了設計階段。</p><p>　　1.1.1 精餾塔計算結果中塔釜釜液的數(shù)據：</p><p>　　a.塔釜的組成與流量：</p><p>　　塔釜組成：Xw=2.94%(摩爾分數(shù))</p><p

11、>　　氣相摩爾流量= 89.3 (kmol/h)</p><p>　　氣相體積流量=1321.9 (m3/h)</p><p><b>　　b.塔釜的溫度：</b></p><p>　　塔底氣相溫度：twv=110℃</p><p>　　塔底液相溫度：twL=109℃</p><p><

12、;b>　　c.塔釜的壓強：</b></p><p>　　精餾段每塊塔板壓降581.70Pa 塔板數(shù)：10</p><p>　　提餾段每塊塔板壓降607.51Pa 塔板數(shù)：10</p><p>　　d.設塔頂?shù)谋韷簽?Pa.則塔釜壓強（表壓）：</p><p>　　p=0+581.7×10+607.51×

13、;10=11892.1 (Pa)</p><p>　　經比較，塔底氣、液相的溫度相差不大,為了便于計算以及物性參數(shù)的查找，在設計的時候我們統(tǒng)一將溫度取為了110℃。</p><p>　　由于水蒸汽來源廣泛并且價格低廉，在工廠中被廣泛用做加熱介質。這次設計我們采用了140℃時的飽和水蒸汽作為加熱介質。</p><p>　　1.1.2 再沸器形式的選擇</p>

14、;<p>　　本次我們需要加熱的物質是含有少量苯的甲苯溶液，其黏度較小，清潔度高，并且不易結垢，通過比較，我們選用立式熱虹吸再沸器。其具有傳熱系數(shù)高、結構緊湊、安裝方便、釜液在加熱段停留時間比較短、不易結垢、調節(jié)方便，占地面積小和設備及運行費用低等顯著優(yōu)點〔1〕。該再沸器能夠滿足我們的要求。我們設計釜液在管程中被加熱，水蒸氣在殼程中冷凝放熱。</p><p>　　1.2 設計條件及物性參數(shù)<

15、/p><p>　　1.2.1管程和殼程設計條件如下表</p><p>　　表1-1 管程與殼程狀態(tài)及設計條件</p><p>　　1.2.2 物性數(shù)據：</p><p>　　a.殼程凝液在定性溫度140℃時的物性數(shù)據：〔2〕</p><p>　　潛熱r(kJ/kg) ：2147.83 熱導率λ(W/(m.K)：0.68

16、5</p><p>　　黏度μ(Pa.s) ：0.0002 密度(kg/ m3) ： 926.1</p><p>　　b.管程釜液流體在110℃時的物性常數(shù): 〔2〕、〔3〕</p><p>　　潛熱rb(kJ/kg): 362.47 液相熱導率λb: (W/(m.K): 0.113</p><p>　　液相黏度μb(P

17、a.s): 0.000246 液相密度ρb(kg/m３): 780.16</p><p>　　液相定壓比熱容Cpb(J/(kg.K) )：2021.5</p><p>　　表面張力σb(N/m): 0.0184 氣相粘度μv(Pa.s) :0.000009</p><p>　　氣相密度ρv(kg/m３) : 6.2</p><p

18、>　　蒸汽壓曲線斜率(△t/△p) ：0.0034 (m2.K/kg) </p><p><b>　　1.3估算設備尺寸</b></p><p>　　1.3.1 熱流量Q</p><p><b>　　用式 〔1〕 </b></p><p>　　計算熱量Q=362.47×819

19、5.909×1000÷3600=825214.24W</p><p>　　式中：－物流相變熱，kJ/kg；</p><p>　　D－相變質量流量，kg/s；</p><p>　　下標b,c－分別表示蒸發(fā)與冷凝。</p><p>　　1.3.2 傳熱溫差</p><p>　　用式 〔1〕 計算傳熱

20、溫差△tm=140-110=30℃</p><p>　　式中：T－殼程水蒸氣冷凝溫度；</p><p><b>　　tb－釜液的泡點。</b></p><p>　　1.3.3 傳熱面積</p><p>　　假設傳熱系數(shù)K= 505W/(m2.K) 則用式 〔1〕</p><p>　　估算傳熱

21、面積Ap=825214.24÷505÷30=54.47m2</p><p>　　式中： Ap－估算的傳熱面積，m2；</p><p>　　K－假設傳熱系數(shù)，W/(m2.K)；</p><p>　　△tm－平均傳熱溫差，K。</p><p>　　1.3.4 換熱管數(shù)</p><p>　　擬用傳熱管規(guī)

22、格為 ∮25 ×2mm ，管長L=3000mm，則根據式 〔1〕 </p><p>　　計算傳熱管數(shù)NT= 54.47÷3.14÷0.025÷3=232</p><p>　　1.3.5 殼徑 </p><p>　　若將傳熱管按正三角形排列則用式〔1〕和 〔1〕 </p><p>　　算得殼徑D

23、=32 ×(1.1 ×2320.5-1)+3×25=580mm</p><p>　　式中：NT－排列的管子數(shù)目；</p><p>　　b－六角形對角線上的管數(shù);</p><p><b>　　t－管心距，mm</b></p><p>　　d0－傳熱管外徑，mm</p><p

24、>　　且取管程進口管直徑 D0=159mm,出口管直徑D0=219mm</p><p>　　1.4傳熱系數(shù)的校核</p><p>　　1.4.1傳熱系數(shù)KL </p><p>　　設傳熱管出口處汽化率xe=0.132 則用式 〔1〕 </p><p>　　計算循環(huán)量Wt=8195.909÷3600÷0.13

25、2=17.25 kg/s </p><p>　　式中：Db－蒸發(fā)質量流量，kg/s;</p><p>　　a.顯熱段傳熱管內表面的傳熱系數(shù) </p><p>　　用式〔1〕和 〔1〕 計算傳熱管內質量流速</p><p>　　G=17.25×4÷3.14÷0.0212÷232=215.4 kg/(m2

26、.s) </p><p>　　式中：s0－管內流通截面積,m2;</p><p>　　di－傳熱管內徑，m;</p><p><b>　　NT－傳熱管數(shù).</b></p><p>　　用式 〔1〕 計算Re=0.021×215.4÷0.000246=18388>104</

27、p><p>　　用式〔1〕 計算Pr=2021.5×0.000246÷0.113=4.4</p><p>　　用式〔1〕計算顯熱段傳熱管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　αi=0.023×0.113×183880.8×4.40.4÷0.021=577.6 W/(m2.K)</p><p&

28、gt;　　式中：μb－管內液體粘度，Pa.s；</p><p>　　Cpb－管內液體比定壓容熱，KJ/(kg.K)</p><p>　　λb－管內液體熱導率，W/(m.K)</p><p>　　b. 計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p><p>　　用式 〔1〕 計算蒸汽冷凝的質量流量</p><p>　　Dc=825

29、214.24÷2147.83÷1000=0.3842 kg/s</p><p>　　用式〔1〕計算傳熱管外單位潤濕周邊上凝液的質量流量</p><p>　　M=0.3842÷3.14÷0.025÷232=0.0212(1/(m.s))</p><p>　　用式 〔1〕 計算冷凝膜的Re0 </p>&l

30、t;p>　　Re0=4×0.0212÷0.0002=423.2<2100</p><p>　　用式 〔1〕計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)α0</p><p><b>　　α0=</b></p><p>　　式中：0.75－校正系數(shù)，是對雙組分按單組分計算的校正。</p><p>　　c. 污垢熱

31、阻及管壁熱阻 </p><p>　　沸騰側Ri=1.718 ×10-4 m2.K/W 冷凝側Ro=9.02×10-5 m2.K/W</p><p>　　管壁熱阻〔1〕=0.0025÷48.384=5.167×10-5 m2.K/W</p><p>　　式中：b－傳熱管壁厚，m;</p><p>　

32、?。鼙跓釋?，m.K/W.</p><p>　　d. 用式 〔1〕 計算顯熱段傳熱系數(shù)KL</p><p>　　1.4.2 蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KE</p><p>　　計算傳熱管內釜液Gh=3600×215.4=775446.4 (kg/(m2.h)</p><p>　　當 xe= 0.132時,用式〔1〕</p>&l

33、t;p><b>　　=0.676</b></p><p>　　計算1/xtt=1/0.676=1.48</p><p>　　由Gh及1/xtt查圖3-29得αE=0.1</p><p>　　當x= 0.4xe時計算1/xtt=0.60</p><p>　　再由Gh及1/xtt查圖3-29得a’= 0.58</

34、p><p>　　用式〔1〕計算核沸騰壓抑因數(shù)a</p><p>　　a=(0.1+0.58)/2=0.34</p><p><b>　　用式 〔1〕</b></p><p>　　計算泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p><b>　　用式 〔1〕</b></p>&

35、lt;p>　　計算以液體單獨存在為基準的對流傳熱系數(shù)ai</p><p>　　計算沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) </p><p>　　用式〔1〕 計算對流沸騰因子</p><p>　　用式〔1〕計算兩相對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　用式〔1〕計算沸騰傳熱膜系數(shù)</p><p><b>　　用式〔1〕

36、</b></p><p>　　計算沸騰傳熱系數(shù)KE</p><p>　　1.4.3 顯熱段和蒸發(fā)段的長度 </p><p><b>　　用式 〔1〕</b></p><p>　　計算顯熱段的長度和總長的比值</p><p>　　1.4.4 傳熱系數(shù)Kc </p>&

37、lt;p>　　用式 〔1〕計算傳熱系數(shù)Kc </p><p>　　實際需要的傳熱面積為〔1〕</p><p>　　1.4.5 傳熱面積的裕度</p><p>　　利用式 〔1〕得面積裕度</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　1.5循環(huán)流量的校核</p>

38、<p>　　1.5.1 循環(huán)系統(tǒng)的推動力 </p><p>　　當 X=Xe/3=0.132/3=0.044 </p><p>　　用式 〔1〕 計算參數(shù)xtt</p><p><b>　　=1.98</b></p><p>　　用式〔1〕計算兩相流的液相分率RL</p><p&

39、gt;　　用式〔1〕計算X=0.044處的兩相流平均密度</p><p><b>　　=231</b></p><p>　　當x=xe=0.132時，計算參數(shù)Xtt=0.676</p><p>　　用式〔1〕計算兩相流的相分率RL </p><p>　　用式〔1〕計算兩相流的平均密度</p><p&g

40、t;<b>　　=138.44</b></p><p>　　式中的值參照表3-19并根據焊接的需要取0.9m </p><p>　　于是可以用式 〔1〕 計算循環(huán)推動力</p><p><b>　　循環(huán)阻力</b></p><p>　　a.管程進口的管阻力的計算 </p>&l

41、t;p>　　用式〔1〕計算釜液在管程進口管內的質量流速G</p><p>　　用式 〔1〕計算釜液在進口處的Rei </p><p>　　用式 〔1〕計算進口的長度和局部阻力的當量長度Li</p><p>　　用式〔1〕 計算進口管內流體的摩擦系數(shù)</p><p>　　用式 〔1〕 計算管程阻力</

42、p><p>　　b. 傳熱管顯熱段的阻力 </p><p>　　用式〔1〕計算釜液傳熱管內的質量流速G</p><p>　　用式 〔1〕 計算釜液在傳熱管內流動時的Re</p><p>　　用式〔1〕 計算進口管內流體的流動的摩擦系數(shù) </p><p>　　用式〔1〕 計算傳熱管顯熱段的阻力 </p&g

43、t;<p>　　c. 傳熱段的蒸發(fā)的阻力 </p><p>　　氣相流動阻力△pv3的計算</p><p>　　用式 〔1〕 計算氣相在傳熱管內的質量流速 </p><p>　　用式 〔1〕 計算氣相在傳熱管內的流動的ReV </p><p>　　用式〔1〕 計算氣相在傳熱管內流動摩擦系數(shù)</p><p&

44、gt;　　用式 〔1〕 計算氣相在傳熱管內的流動阻力</p><p>　　液相流動阻力△pL3 的計算 </p><p>　　用式〔1〕計算液相在傳熱管內的質量流速GL</p><p>　　用式 〔1〕 計算液相在傳熱管內的ReL </p><p>　　用式〔1〕 計算在傳熱管內的液相摩擦系數(shù)</p><p&

45、gt;　　用式〔1〕 計算液相在傳熱管內的液相流動阻力</p><p>　　用式〔1〕 計算計算傳熱管內兩相流動阻力</p><p>　　d . 蒸發(fā)段管程內因動量變化引起的阻力 </p><p>　　管程內流體的的質量流速G為215.4 </p><p><b>　　用式 〔1〕</b></

46、p><p>　　計算蒸發(fā)段內因動量變化引起的阻力系數(shù)M </p><p>　　用式〔1〕 計算蒸發(fā)段管程內因動量引起的阻力 </p><p>　　管程出口管阻力 </p><p><b>　　氣相流動阻力的計算</b></p><p>　　用式 〔1〕計算管程出口管中氣液相總質量流速G<

47、/p><p>　　用式〔1〕計算管程出口管中氣相質量流速</p><p><b>　　用式〔1〕 </b></p><p>　　計算管程出口管的長度和局部阻力當量長度的和 </p><p>　　用式〔1〕 計算管程出口管中氣相的流動雷諾準數(shù)</p><p>　　用式 〔1〕計算管程出口管中氣相流動的摩

48、擦系數(shù)</p><p>　　用式〔1〕計算管程出口中氣相流動阻力</p><p><b>　　液相流動阻力的計算</b></p><p>　　用式 〔1〕計算管程出口管中液相質量流速GL </p><p>　　用式 〔1〕計算管程出口管中液相的流動ReL </p><p>　　用式 〔1〕計算管程

49、出口管中液相流動的摩擦系數(shù)</p><p>　　用式 〔1〕計算管程出口中液相流動阻力 </p><p>　　用式〔1〕 計算管程出口管中兩相流動阻力</p><p>　　用式 〔1〕計算系統(tǒng)的阻力 </p><p>　　循環(huán)推動力與循環(huán)阻力的比值</p><p>　　循環(huán)推動力略大于循環(huán)的阻力，說明所設的出口汽化率基

50、本上正確， 因此所設計的再沸器可以滿足傳熱過程對循環(huán)流量的要求。</p><p>　　1.6 工藝設計匯總表</p><p>　　表1-2 工藝設計匯總表</p><p>　　第二章再沸器的結構及強度設計</p><p>　　2.1 殼體、管箱殼體和封頭的設計</p><p>　　2 .1.1殼體、管箱的設計<

51、;/p><p>　　一般來說當殼體直徑≥400mm時，采用板材卷制殼體和管箱殼體。其直徑系列應與封頭、連接法蘭的系列相匹配，以便于法蘭，封頭的選型。一般情況下，當直徑＜1000mm時，直徑相差100mm為一個系列（如500、600、700）?！?〕</p><p>　　碳素鋼殼體、管箱的厚度可以按標準查表〔1〕查得：</p><p>　　當公稱直徑為600mm時，材料為

52、Q-235A/B/C的碳素鋼，殼體的厚度為8 mm,</p><p>　　質量為120kg/m;管箱的厚度為8mm,質量為120kg/m， 管箱的長度為250mm。</p><p>　　2.1.2 封頭的設計</p><p>　　a.封頭的厚度選定〔5〕</p><p>　　當公稱直徑為600mm時，材料為Q-235A/B/C的碳素鋼，封頭的

53、厚度為8 mm。</p><p>　　b.封頭的選定〔5〕</p><p>　　根據EHB標準橢圓形封頭的尺寸與質量，當公稱直徑為600mm時，選定封頭的曲面高度為150mm，直邊高度為25mm，內表面積F為0.438，容積V為0.035 ，厚度為8mm，質量G為28kg。</p><p>　　2.1.3 筒體的強度計算</p><p>　　

54、a.筒體壁厚的計算〔5〕</p><p>　　由工藝設計給定溫度140℃，設計壓力P=0.4MPa,選擇Q-235-B,材料在140℃時的許用應力=113 MPa ,焊縫系數(shù)取,腐蝕裕度,屈服強度,則計算厚度</p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　其中：</b></p>

55、<p>　　——圓筒的計算厚度；</p><p>　　——圓筒的設計內壓，；</p><p><b>　　——圓筒內徑；</b></p><p>　　——鋼板在設計溫度下的許用應力，；</p><p><b>　　——焊縫系數(shù)。</b></p><p><b&

56、gt;　　計算厚度 </b></p><p><b>　　鋼板負偏差：</b></p><p>　　因3-0.8>1.1 所以</p><p><b>　　設計厚度 〔1〕</b></p><p><b>　　名義厚度 〔1〕</b></p>

57、<p><b>　　有效厚度 〔1〕</b></p><p>　　水壓試驗壓力 〔5〕</p><p>　　水壓實驗應力校核 〔5〕</p><p><b>　　水壓強度滿足要求</b></p><p><b>　　氣密實驗壓力 </b></p>

58、;<p>　　b.外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計算</p><p>　　外頭蓋內徑,其余條件和筒體一樣.</p><p><b>　　短節(jié)計算厚度〔1〕</b></p><p>　　因3-0.8>1.24 所以</p><p><b>　　短節(jié)設計厚度 </b></p>

59、<p><b>　　短節(jié)名義厚度 </b></p><p><b>　　有效厚度 </b></p><p>　　水壓實驗應力校核 </p><p>　　外頭蓋封頭選用標準橢圓形封頭.</p><p>　　封頭計算壁厚 〔1〕</p><p><b>

60、;　　封頭名義厚度 </b></p><p>　　取用名義厚度與短節(jié)相同,取</p><p>　　c.管箱短節(jié)、封頭厚度計算〔5〕</p><p>　　由工藝設計給定參數(shù)為:設計溫度110℃,設計壓力0.2MPa,選用Q235-B鋼板, 材料在110℃時的許用應力=113 MPa,焊縫系數(shù)取,腐蝕裕度,,則:</p><p>　

61、　計算厚度 〔1〕</p><p>　　因3-0.8>0.76 所以</p><p><b>　　設計厚度 </b></p><p><b>　　名義厚度 </b></p><p>　　結合考慮開孔補強及結構需要取</p><p><b>　　有效厚度

62、 </b></p><p>　　壓力實驗強度在這種情況下一定滿足.</p><p>　　管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取</p><p>　　d.管箱短節(jié)開孔補強的校核</p><p>　　開孔補強用等面積補強法,由工藝設計給定的接管尺寸為入口接管尺寸,出口接管尺寸,選用20號熱扎碳素鋼,,〔5〕</p><p

63、>　　對出口管進行補強計算</p><p><b>　　接管計算厚度〔1〕</b></p><p><b>　　接管有效厚度 </b></p><p><b>　　開孔直徑 〔1〕</b></p><p>　　接管有效補強寬度 〔1〕</p><

64、p>　　接管外側有效補強高度 〔1〕</p><p>　　需要補強面積 〔1〕</p><p>　　可以作為補強的面積為 〔1〕</p><p>　　因為 故無需補強</p><p>　　用與出口管同樣的方法計算,經演算進口管同樣不需要補強.</p><p>　　e.殼體接管開孔補強的校核</p>

65、;<p>　　開孔補強用等面積補強法,由工藝設計給定的接管尺寸為入口接管尺寸,出口接管尺寸,選用20號熱扎碳素鋼,〔5〕</p><p>　　對進口管進行補強計算</p><p><b>　　接管計算厚度</b></p><p><b>　　接管有效厚度 </b></p><p>&

66、lt;b>　　開孔直徑 </b></p><p>　　接管有效補強寬度 </p><p>　　接管外側有效補強高度 </p><p><b>　　需要補強面積 </b></p><p>　　可以作為補強的面積為 </p><p>　　因,故不需要作另外補強.同理,對于出口管

67、仍然不需要補強. 〔1〕</p><p><b>　　f.固定管板計算</b></p><p>　　固定管板厚度設計采用BS法〔1〕</p><p>　　查換熱器手冊,管板厚度 總換熱管數(shù)量 〔4〕</p><p>　　一根管壁金屬的橫截面積為〔1〕</p><p>　　開孔強度削弱系數(shù)(單

68、程) 〔1〕</p><p>　　兩管板之間換熱管有效長度(除掉兩管板厚)L取2876</p><p><b>　　計算系數(shù)K</b></p><p><b>　　〔1〕 </b></p><p>　　查圖得： 〔1〕</p><p><b>　

69、　管板最大應力：</b></p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　—筒體內徑截面積，mm2；</p><p>　　—管板上管孔所占

70、的總截面積，mm2。</p><p><b>　　當量壓差： 〔1〕</b></p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　管子最大應力：</b></p><p><b>　　〔1〕</b></p><p>

71、;<b>　　查得管板，換熱管</b></p><p>　　所以管板的強度校核：</p><p>　　＜1.5=169.5MPa</p><p><b>　　換熱管的強度校核：</b></p><p><b>　?。?113MPa</b></p><p>

72、;<b>　　所以強度符合要求。</b></p><p>　　2.2 進出口的設計</p><p>　　2.2.1 接管外伸長度</p><p>　　在工藝設計中，已經得到：管程的入口接管尺寸為mm，管程的出口接管尺寸為mm，殼程的入口接管為mm，殼程的出口接管為mm. </p><p>　　查表4-12〔1〕得接管的外

73、伸高度：管程入口接管為200mm, 管程出口接管為200mm殼程入口接管為200mm,殼程出口接管為150mm。 </p><p>　　2.2.2 接管最小位置</p><p>　　在換熱器設計中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進、出口接管應盡量靠近兩端管板，而管箱進、出口接管應盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設備質量。然而，為了保證設備的制造、安裝、管口距地的距離也不能

74、靠得太近，它受到最小位置的限制。〔1〕</p><p>　　a.殼程接管位置的最小尺寸</p><p>　　無補強圈時，殼程接管的最小尺寸（接管中心距離管板密封面的長度）為：</p><p><b>　　〔4〕 mm</b></p><p>　　其中：——接管外徑；</p><p><b&

75、gt;　　——管板厚度；</b></p><p><b>　　——取。</b></p><p>　　本設計取C=100mm。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　b.管箱接管位置的最小尺寸</p><p>　　無補強圈時，管程接管的最小位置

76、為：</p><p><b>　　〔4〕 mm</b></p><p>　　2.2.3 接管與筒體、管箱殼體的連接</p><p>　　接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的結構形式，采用插入式焊接結構。一般接管不得突出殼體的內表面。〔4〕</p><p><b>　　2.3 管板</b>&l

77、t;/p><p>　　2.3.1 管板的結構〔4〕</p><p>　　管板是管殼式換熱器的一個重要元件。它除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器的一個重要受壓元件。對管板的設計，除了滿足強度要求外，同時應合理的考慮其結構設計。</p><p>　　在本設計中，選定固定管板式換熱器兼作法蘭的管板。管板與法蘭連接的密封面為凸面，分成隔板的拐角處，倒角為。</p>

78、;<p>　　碳鋼管板的隔板槽寬度為12mm，槽深一般不小于4mm。</p><p>　　2.3.2 管板的尺寸</p><p>　　a.管板的最小厚度：</p><p>　　當管板和換熱管采用脹接時，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕度）應滿足下表〔4〕：</p><p>　　表2-1管板最小厚度表</p><

79、p><b>　　b.管板的尺寸：</b></p><p>　　查表1-6-9〔4〕，得到殼程壓力大于管程壓力的碳鋼換熱管板尺寸如下：</p><p>　　當殼程壓力不大于1.0 ,管程壓力不大于0.6 ，公稱直徑DN為600mm時：</p><p>　　D=715mm,D1=680mm,D2=650mm,D3=597mm,D4=637mm

80、,D5=600mm,C=12.5mm,d2=18mm,</p><p>　　=30mm,b=40mm,螺柱（栓）規(guī)格M16，數(shù)量24。</p><p>　　※選用上述管板尺寸時，若管板密封面尺寸和螺栓中心孔尺寸與相應標準法蘭不符合時，以標準法蘭為準。</p><p>　　圖2-1 管板尺寸圖</p><p><b>　　2.4 換

81、熱管</b></p><p>　　2.4.1 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差</p><p>　　表2-2 換熱管規(guī)格表〔4〕</p><p>　　2.4.2 換熱管的排列形式</p><p>　　選用等邊三角形排列，因為此排列方法使用最普遍，管子間距相等，所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線和鉆孔。但殼程不易

82、清洗，因為本設計含少量苯的甲苯溶液走管程，所以可以選擇三角形排列。</p><p><b>　　⑶換熱管中心距</b></p><p>　　換熱管中心距，最小應為管子外徑1.25倍；多管程</p><p>　　的分程隔板處的換熱管中心距，最小應為換熱管中心 距加隔板槽密封面的寬度，以保證管間小橋在脹接時 圖2-2 換

83、熱管排列形式圖 有足夠強度?！?〕</p><p>　　本設計中，選擇換熱管心距S=32mm，分程隔板槽兩側相鄰管中心距=44mm。</p><p><b>　?、炔脊芟薅▓A</b></p><p>　　布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑</p><p>　　在管板式換熱器中，布管限定圓〔1〕&l

84、t;/p><p>　　其中：——換熱器筒體內直徑，mm；</p><p>　　——固定管板換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內壁的最短距離且不小于8mm。</p><p>　　圖2-3 布管圖</p><p><b>　　2.5 法蘭的選定</b></p><p>　　2.5.1 管板法蘭蓋的選定

85、</p><p>　　由于換熱器管板是管板法蘭一體式選擇，所以管板法蘭蓋選擇T型板式平</p><p><b>　　焊式法蘭。〔6〕</b></p><p>　　2.5.2 接管法蘭的選定</p><p>　　a.管程入口接管處法蘭： mm〔6〕</p><p>　　表2-4管程入口接管法蘭<

86、;/p><p>　　b.管程出口接管處法蘭： mm 〔6〕</p><p>　　表2-5管程出口接管法蘭</p><p>　　c.殼程入口接管處法蘭： mm〔6〕</p><p>　　表2-6殼程入口接管法蘭</p><p>　　d.殼程出口接管出法蘭： mm〔6〕</p><p>　　表2-7殼程

87、出口接管法蘭</p><p>　　2.6 管子與管板的連接</p><p>　　在本設計中，管板與管子的連接形式采用強度焊接。</p><p>　　強度焊接是為了保證管板與換熱管密封性及抗拉脫強度的焊接。管子與管板焊接，目前應用較為廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需退火和磨光，因此制造加工簡便。焊接結構強度高，抗拉脫力強，當焊接部分滲漏時

88、，可以補焊。</p><p>　　換熱管外伸長度查表〔6〕得：</p><p>　　換熱管外徑為25mm時，最小伸出長度，，最小坡口深度 </p><p><b>　　2.7 膨脹節(jié)</b></p><p>　　判斷固定管板換熱器是否需要安裝膨脹節(jié)，需從管束與殼體的軸向強度及管板連接處的拉脫力、軸向穩(wěn)定三方面綜合考慮：&

89、lt;/p><p>　　2.7.1 管束與殼體介質壓力引起的軸向力</p><p>　　a.由管程和殼程介質壓力引起的軸向力</p><p>　　由介質壓力引起的殼壁上軸向力和管壁上軸向力：</p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　〔1〕</b>&

90、lt;/p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　mm2</b>

91、</p><p><b>　　殼體內的拉應力：</b></p><p><b>　　管束內的拉應力：</b></p><p>　　由于，所以，也因為殼體和管束的彈性應變是相等的</p><p><b>　　拉脫力：</b></p><p><b&g

92、t;　　〔1〕</b></p><p><b>　　查表〔1〕得： </b></p><p><b>　　，， </b></p><p><b>　　碳素鋼的彈性模量：</b></p><p>　　⑶殼體與換熱器的軸向應力和</p><p>

93、<b>　　同理：〔7〕</b></p><p>　　2.7.2管束與殼體的軸向穩(wěn)定</p><p><b>　　換熱管的臨界應力：</b></p><p><b>　　〔8〕</b></p><p><b>　　其中： </b></p>

94、<p>　　——截面圖形的慣性半徑，mm；</p><p>　　——壓桿的計算長度，mm。</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——壓桿的穩(wěn)定安全系數(shù)。對于鋼件其=1.8～3。</p><p>　　＜ 同理：＜ 所以，本再沸器不需要安裝膨脹節(jié)。</p><p

95、><b>　　2.8 折流板</b></p><p>　　本冷凝器選擇水平單弓形的弓形折流板。</p><p>　　2.8.1 折流板的安裝：</p><p><b>　　〔1〕</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p&

96、gt;　　——殼程入口接管旁第一塊折流板距離管板非密封面的距離；</p><p>　　——殼程接管位置最小尺寸；</p><p>　　——防沖板長度，無防沖板時可取。</p><p>　　2.8.2 折流板排列方式〔4〕：</p><p>　　選擇水平切口排列方式，這種方式造成流體激烈擾動，有利于增大傳熱系數(shù)。</p><

97、;p>　　2.8.3 折流板與殼體的間隙〔8〕：</p><p>　　查表得：當公稱直徑DN為>500～900時，折流板的名義外直徑為DN-4.5，折流板允許外徑偏差為-0.8。</p><p>　　2.8.4 折流板厚度〔11〕</p><p>　　當殼體公稱直徑DN為400～700，換熱管無支撐長度>300 ≤600mm時，折流板的厚度取

98、5mm。</p><p>　　2.8.5 折流板的管孔：</p><p>　　a.折流板的管孔直徑和公差〔13〕</p><p>　　當換熱管外徑d為25mm時，折流板管孔直徑為25.8mm,允許偏差為+0.40mm。</p><p>　　b.管孔中心距〔13〕</p><p>　　選擇管孔中心距為32mm，公差為相

99、鄰兩孔+0.30mm，任意兩孔為±1.00mm。、</p><p>　　c.管孔加工〔13〕</p><p>　　折流板上管孔加工后兩端必須倒角。</p><p><b>　　圖2-4 折流板</b></p><p>　　2.9 拉桿、定距管</p><p>　　2.9.1 拉桿的結

100、構形式</p><p>　　拉桿定距管結構〔4〕：</p><p>　　拉桿一端用螺紋擰入管板，每兩塊折流板之間的間距用定距管固定，每根拉桿上最后一塊折流板與拉桿焊接如設備圖。這種形式易于調節(jié)折流板之間的松緊程度，在穿進換熱管后，各折流板處于相對自由狀態(tài)。</p><p>　　2.9.2 拉桿的尺寸〔11〕</p><p>　　選擇拉桿直徑

101、為16mm，拉桿螺紋公稱直徑為16mm，為20mm,≥60mm，管板上拉桿孔深為20mm。</p><p>　　2.10 耳式支座的選擇</p><p>　　2.10.1 容器總質量〔5〕</p><p>　　2.10.2 初定支座型號及數(shù)量并計算安裝尺寸〔5〕</p><p>　　容器總重約5.53KN,若選A型支座,考慮總重不大,A

102、2型一個支座即可承受60KN,為穩(wěn)定計取A2支座3個,根據耳座及筒體尺寸得:</p><p>　　2.10.3 確定水平力</p><p><b>　　根據抗震δ度,取</b></p><p><b>　　〔5〕</b></p><p>　　2.10.4 支座反力Q對器壁作用的外力矩M<

103、/p><p>　　2.11 排氣 排液管</p><p>　　立式換熱設備中殼程的排氣和排液口采用在管板上開設不小于16mm的孔 孔端采用螺塞或焊上接管法蘭</p><p>　　選擇分程隔板的厚度為8mm?！?〕</p><p>　　分程隔板應滿焊于管箱上。在設計時要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封</p><p>　　面

104、、管板密封面與分程槽必須在同一基面上。為了保證隔板與管箱法蘭的密封面處于同一上，在制造上常將管箱法蘭加工成半成品（密封面不加工）。待管箱短節(jié)、封頭、分程隔板與法蘭焊接后檢驗合格以后，進行第二次加工，保證法蘭密封面及隔板密封面在同一基準。在管板上的分程隔板深度一般不少于4 mm,槽寬為12mm。槽的拐角處的倒角45度，倒角寬度為分程墊片圓角半徑加1～2 mm。</p><p>　　2.12 主要零部件匯總表&l

105、t;/p><p>　　表2-8 零部件匯表</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　為期四周的課程設計，給安逸了整個暑假的我們帶來了一次較大的挑戰(zhàn)。第一天，老師在教室里鼓舞士氣，同時分布任務，大家都豪情萬丈的，準備好好干一場，我也不例外，特地選了個據說有點復雜的精餾系統(tǒng)，和寢室另外兩個人一起合作完成。</p>

106、<p>　　拿到任務書之后，大家就爭先沖進了圖書館，借閱可能用上的資料。一時間圖書館擠滿了人，可憐圖書館剛引入一套新的系統(tǒng)，尚不熟練的工作人員被借書大軍給嚇到了，手忙腳亂的。一向肅靜的圖書館也染上的輕松快樂的氣息，頗為有趣。</p><p>　　我們一組三個人借完一大堆厚實的資料后就氣喘吁吁地送回了課程設計專用教室，摩拳擦掌的準備開工，誰知拿起任務書研究了一會，心就忽的涼了，無從下手啊，以前學過的知

107、識貌似不會用哎！我們懷著微微受挫的心情去吃了一頓索然無味的飯，然后回到教室繼續(xù)鉆研，這時我無意間在一本借的教材書上看到了設計的步驟，正是我們所需要的。當時那個高興啊，午睡也忘記了，就在那兒查啊、找啊，忙的快哉快哉的，大家初步討論和計算之后把一些基本參數(shù)都確定了，隨后就開始了各自的設計，一兩天功夫就把工藝設計搞定一大半了，挺得意的，心想至多兩星期就可以搞定了。結果樂極生悲，兩天之后我發(fā)現(xiàn)自己剛開始的參數(shù)沒有設好，不得不返工，但這次學乖了，

108、用Excel做成電子版，把公式什么的都輸進去，這樣子就可以直接在電腦上改了，省去了很多重復計算的麻煩。此法果然很明智，雖然輸公式很費勁，但整個工藝計算方便了很多，所以兩天之后就搞定了。</p><p>　　第二周開始就進入了結構設計階段，比之第一周要復雜很多，由于沒有找到資料參考，前兩天基本上沒有什么進展，心里很著急。第三天在別人那兒發(fā)現(xiàn)了一本很有用的參考書，費了好大勁把它借過來，進入了結構設計，進展不是很快，但

109、一步步下來還是很順利的，心里頗有點安慰。隨后的第三周和第四周整整說明書、畫畫圖之類的，慢悠悠的逐步前行。</p><p>　　現(xiàn)在課程設計已經接近尾聲，回想這一個月來頗有感慨，由于全班同學都在一起設計，互相幫助，一起討論，班級凝聚力加強了很多，教室里每天都充滿了歡笑，大家之間的了解也加深了。而且在課程設計中，我們學會了如何運用以前的知識，也學到了很多新的知識，對于自己專業(yè)將來的方向也了解得更加深刻了。</p

110、><p>　　一個月，亦長亦短，卻給我們大家都留下了深刻的印象，我想它會和軍訓一樣，將來永遠留在我對大學的回憶里。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設備課程設計〔M〕.北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　2 中國石化集團上海工程有限公司．化

111、工工藝設計手冊（第三版，上冊）〔M〕．北京：化學工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　3 劉光啟，馬連湘，劉杰.化學化工物性數(shù)據手冊（有機卷）〔M〕.北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　4 錢頌文.換熱器設計手冊. 化學工業(yè)出版社〔M〕. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　5 董大勤．化工設備機械基礎〔M〕．北京：化學工業(yè)

112、出版社，2007．</p><p>　　6 董大勤. 化工設備機械基礎(二版)〔M〕. 北京：化學工業(yè)出版社，1998．</p><p>　　7 洪國寶.換熱器設計〔M〕.上?？茖W技術出版社.</p><p>　　8 鐘秦，王娟，陳遷喬，等.化工原理〔M〕.北京：國防工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　9 中國石化集團上海工程有限公司

113、．化工工藝設計手冊（第三版，下冊）〔M〕．北京：化學工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　10 朱有庭，曲文海，于浦義.化工設備設計手冊（上冊）〔M〕.北京：化學工業(yè)出版社.</p><p>　　11 徐建成，宗士增，吳欣.工程制圖〔M〕.北京：國防工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　12 陳英南，劉玉蘭.常用化工單元設備的設計〔M〕.華東理工大學出版