打印年產(chǎn)10萬噸甲醇轉(zhuǎn)化工段中換熱器的設(shè)計(jì)陳佳星

1、<p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書</p><p>　　姓名 陳佳星 </p><p>　　專業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù) </p><p>　　任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年

2、 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn)10萬噸甲醇轉(zhuǎn)

3、化工段中換熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　A·編制設(shè)計(jì) </p><p>　　B·設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文）

4、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 信熙卿 </p><p>　　系（部）主 任 吳濟(jì)民 </p><p>　　年 月 日</p><p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p>&l

5、t;p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄</p><p>　　化工 系 應(yīng)用化工技術(shù) 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日</p><p>　　進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn)10萬噸甲醇轉(zhuǎn)化工段中換熱器的設(shè)計(jì)

6、 </p><p>　　專題（論文）題目： 年產(chǎn)10萬噸甲醇轉(zhuǎn)化工段中換熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)老師： 信熙卿 </p><p>　　答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定

7、，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。</p><p>　　答辯委員會(huì) 人，出席 人</p><p>　　答辯委員會(huì)主任（簽字）： </p>&

8、lt;p>　　答辯委員會(huì)副主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會(huì)委員： ， ， ，</p><p>　　， ， ， </p><p>　

9、　平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)</p><p>　　第 頁(yè)</p><p>　　共 頁(yè)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語(yǔ)： </p><p><b>　　摘要&l

10、t;/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是關(guān)于浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。換熱器是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中，我盡量采用較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低成本，以

11、提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：換熱器； 設(shè)計(jì)； 甲醇； 校核；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design manual is about the floating head heat exchanger design, ma

12、inly for the heat exchanger process calculation, heat exchanger design of the structure and strength. Heat exchanger is the chemical, oil refining, power, food, light industry, atomic energy, pharmaceutical, machinery, a

13、nd other widely used in many industrial sectors as a general-purpose device. The past 23 years, chemical, petroleum, light industry and other process industries have been developing rapidly. Therefore, the req</p>

14、<p>　　Key words: Exchanger; Design; Methanol; Check;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 概述2</b></p><p>

15、　　1.1產(chǎn)品的性質(zhì)2</p><p>　　1.1.1甲醇物性2</p><p>　　1.1.2產(chǎn)品的用途2</p><p>　　1.1.3 甲醇的發(fā)展前景3</p><p>　　1.2甲醇生產(chǎn)的基本原理3</p><p>　　1.2.1甲醇合成3</p><p>　　1.2.2甲醇

16、生產(chǎn)工藝流程4</p><p>　　1.2.3反應(yīng)原理4</p><p>　　1.3甲醇轉(zhuǎn)化工段生產(chǎn)工藝流程5</p><p>　　1.3.1 轉(zhuǎn)化流程圖5</p><p>　　1.3.2轉(zhuǎn)化工藝流程6</p><p>　　第2章 換熱器的種類和選用7</p><p>　　2.1 換

17、熱器的應(yīng)用及其發(fā)展7</p><p>　　2.2換熱器的種類8</p><p>　　2.2.1間壁式換熱器的類型8</p><p>　　2.2.2套管式換熱器:8</p><p>　　2.2.3管殼式換熱器:8</p><p>　　2.3換熱器設(shè)計(jì)方案的確定8</p><p>　　第

18、3章 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定和工藝參數(shù)的計(jì)算10</p><p>　　3.1.換熱器的工藝計(jì)算10</p><p>　　3.1.1 確定物性數(shù)據(jù)10</p><p>　　3.1.2 計(jì)算冷卻劑用量11</p><p>　　3.1.3 計(jì)算傳熱面積11</p><p>　　3.1.4管程，殼程的平均溫差12&l

19、t;/p><p>　　3.2換熱器工藝尺寸的計(jì)算13</p><p>　　3.2.1 管徑選用13</p><p>　　3.2.2管子數(shù)13</p><p>　　3.2.3管子排列方式和管間距確定13</p><p>　　3.2.4 殼體內(nèi)徑13</p><p>　　3.2.5換熱器殼體壁

20、厚14</p><p>　　3.2.6 折流板選擇14</p><p>　　3.2.7其他附件15</p><p>　　3.3換熱器核算換熱器核算15</p><p>　　3.3.1 殼程表面給熱系數(shù)15</p><p>　　3.3.2管內(nèi)表面給熱系數(shù)16</p><p>　　3.3

21、.3 傳熱面積裕度17</p><p>　　3.3.4換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力18</p><p>　　3.3.5管子拉脫力計(jì)算18</p><p>　　第4章 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果列表20</p><p>　　第5章 結(jié) 論20</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b>

22、</p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　我國(guó)是一個(gè)少油多煤的國(guó)家，煤炭貯量非常豐富，煤種齊全。但到目前為止，我國(guó)煤炭資源的綜合利用水平還很低，基本上處于小型化、分散化、產(chǎn)品單一化、浪費(fèi)大、污染嚴(yán)重和低效益的狀態(tài)。因此建設(shè)大型煤炭綜合利用的焦化基地，實(shí)現(xiàn)

23、煤炭資源的綜合利用，生產(chǎn)高附加值的深加工產(chǎn)品，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，保護(hù)環(huán)境，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)乃至行業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。</p><p>　　合成甲醇技術(shù)是煤化工技術(shù)在能源轉(zhuǎn)換的背景下研究開發(fā)的，其宗旨是以水煤氣為原料，擴(kuò)大炭資源的使用范圍，緩和石油危機(jī)。因此，充分利用豐富的煤炭資源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和新一代煤化工技術(shù)是非常必要的，既對(duì)我國(guó)合理利用資源、有效利用能源和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)，又對(duì)保護(hù)國(guó)家能

24、源安全具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。</p><p>　　眾所周知，甲醇是重要的化工產(chǎn)品，也是重要的化工原料，又是很有發(fā)展前途的重要燃料。由甲醇合成的后加工產(chǎn)品名目繁多，效益顯著，市場(chǎng)非?；钴S，發(fā)展前景十分廣闊。</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1產(chǎn)品的性質(zhì)</b></p>

25、;<p><b>　　1.1.1甲醇物性</b></p><p>　　甲醇（Methanol Methyl alcohol） 又名木醇，木酒精， 甲基氫氧化物，是一種最簡(jiǎn)單的飽和一元醇，化學(xué)分子式為，相對(duì)分子質(zhì)量32.04.相對(duì)密度0．792（20/4℃），熔點(diǎn)-97．8℃，沸點(diǎn)64．5℃，閃點(diǎn)12．22℃，自然點(diǎn)463．89℃，蒸汽密度1．11kg/m3，蒸汽壓13．33kP

26、a（100mmHg，21．2℃），蒸汽與空氣混合物爆炸范圍6%~36．5%。在通常情況下，甲醇是一種有毒，無色易揮發(fā)和易燃的無色液體，具有類似于酒精的味道。</p><p>　　甲醇能與水，乙醇，乙醚，酮，鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，并與它們形成共沸混合物。</p><p>　　1.1.2產(chǎn)品的用途</p><p>　　甲醇是重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，主要用于生

27、產(chǎn)甲醛，其消耗量約占甲醇總量的30%~40%；其次作為甲基化劑，生產(chǎn)甲胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基叔丁基醚、對(duì)苯二甲酸二甲酯；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。其次，甲醇低壓羰基化生產(chǎn)醋酸，近年來發(fā)展很快。隨著碳化工的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醛、乙醇等工藝正在日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對(duì)硫磷、多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料、合成橡膠，合成纖維等工業(yè)中有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物

28、發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑。</p><p>　?。?）甲醇氧化制甲醛</p><p>　　甲醇在高溫、浮石銀、催化劑或其它固體催化劑存在下直接氧化制甲醛。目前，國(guó)內(nèi)外以上的甲醇用于制甲醛，進(jìn)而合成樹脂、塑料及其他化工原料。聚甲醛是性能優(yōu)良的工程塑料，其用途十分廣泛。甲醛還用來制取丁二醇、烏洛托品等近一百種下游產(chǎn)品。</p><p>　　（2）甲醇氨化制甲胺&

29、lt;/p><p>　　將甲醇與氨氣按照一定比例混合，在370~420℃、5.0~20.0MPa壓力下，以活性氧化鋁為催化劑進(jìn)行合成，制得甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再經(jīng)精餾可得一、二或三甲胺產(chǎn)品。一、二、三甲胺用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料方面或用作有機(jī)原料中間體。</p><p>　?。?）甲醇羰基化反應(yīng)制醋酸。</p><p>　　由甲醇和一氧化碳在低壓下羰基合成制醋酸，

30、其總量占世界醋酸生產(chǎn)能力的50%以上。</p><p>　?。?）甲醇酯化可生產(chǎn)各種酯類化合物。</p><p>　?。?）甲醇在金屬硅鋁催化劑或ZSM-5型分子篩存在下，脫水可制得二甲醚。</p><p>　　（6）甲醇用作燃料。</p><p>　　1.1.3 甲醇的發(fā)展前景</p><p>　　甲醇作為最有希望代

31、替汽油的并且將成為二十一世紀(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力的可選清潔燃料，具有非常好的發(fā)展前景。所以專家認(rèn)為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途，即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。甲醇汽油是符合我國(guó)國(guó)情的替代能源之一，不僅符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當(dāng)于擴(kuò)大了我國(guó)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備。與此同時(shí)，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國(guó)每年2000多萬噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國(guó)甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。另一

32、方面，甲醇汽油的生產(chǎn)成本低，甲醇汽油價(jià)格更為優(yōu)惠，更適用于老百姓的需求，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。</p><p>　　我國(guó)現(xiàn)在提出了四個(gè)石油替代路徑：天然氣替代、電動(dòng)力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實(shí)性，是最實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的選擇。由于甲醇在我國(guó)已經(jīng)有一定規(guī)模的生產(chǎn)，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產(chǎn)技術(shù)還是甲醇車輛生產(chǎn)技術(shù)都已經(jīng)非

33、常成熟了。如果甲醇汽油作為車用燃料相比于其他能源具有一定的優(yōu)勢(shì)，甲醇汽油也是一種液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更節(jié)能、更環(huán)保。此外，甲醇汽油可直接利用現(xiàn)在所有中石油和中石化的輸配系統(tǒng)進(jìn)行快速推廣，推廣渠道會(huì)相對(duì)便捷一些，推廣成本也非常小。</p><p>　　1.2甲醇生產(chǎn)的基本原理</p><p><b>　　1.2.1甲醇合成</b></p&

34、gt;<p>　　目前甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用高壓法、中壓法和低壓法三種工藝，并且以低壓法為主，這三種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。</p><p>　　高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360-400℃，壓力19.6-29.4Mpa。高壓法由于原料和動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資大，其發(fā)展長(zhǎng)期以來處于停頓狀態(tài)。

35、</p><p>　　低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240-270℃)。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應(yīng)，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。</p><p>　　中壓法：(9.8-12.0 Mpa

36、)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢(shì)必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動(dòng)力消耗略有增加。</p><p>　　甲醇的生產(chǎn)方法其他還有：甲烷直接氧化法、由一氧化碳和氫氣合成甲醇、液化石油氣氧化法。</p><p>　　比較甲醇生產(chǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品

37、收率為依據(jù)，選擇低壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用 和 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為： </p><p>　　1.2.2甲醇生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用焦?fàn)t煤氣合成的甲醇。工藝流程如下：</p><p>　　圖 1-1 焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝流程圖</p><p>　　焦?fàn)t煤氣經(jīng)過氣柜，在氣柜中緩沖穩(wěn)壓，選擇低溫低

38、壓的方式，壓力為5.5-6Mpa；然后焦?fàn)t煤氣中S含量較高，必須用加H2轉(zhuǎn)化有機(jī)硫工藝，將焦?fàn)t氣脫硫處理；然后將焦?fàn)t煤氣純氧部分氧化催化轉(zhuǎn)化甲烷，氧氣與焦?fàn)t煤氣不完全燃燒，放出大量熱，甲烷與氫氣吸收熱量反應(yīng)，最終產(chǎn)物為CO、H2、 ；將合成的凈化原料氣壓縮，送去合成塔合成甲醇。</p><p><b>　　1.2.3反應(yīng)原理</b></p><p>　　用氫與一氧化碳

39、在催化劑的作用下合成甲醇，是工業(yè)化生產(chǎn)甲醇的主要方法。很多研究證明，氫與一氧化碳在合成反應(yīng)中發(fā)生的變化很復(fù)雜，可以用以下的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)式來說明。</p><p><b>　?。?）主反應(yīng)</b></p><p>　　＋= △H=－90.64㎏/mol</p><p>　　當(dāng)原料氣中存在二氧化碳時(shí)，也能和氫氣反應(yīng)生成甲醇。其反應(yīng)為</p

40、><p>　?。?＋ △H=－49﹒67㎏/mol</p><p><b>　?。?）副反應(yīng)</b></p><p><b>　?。?＋ ＋</b></p><p><b>　?。?＋ ＋</b></p><p><b>　　＋=＋ ＋

41、</b></p><p>　　當(dāng)有鐵、鈷、鉬、鎳等金屬存在時(shí)，可能會(huì)有下列副反應(yīng)</p><p>　　=＋ ＋</p><p>　　從產(chǎn)物（甲醇）出發(fā)的副反應(yīng)</p><p><b>　?。?＋＋</b></p><p>　　這些副反應(yīng)產(chǎn)物還可以進(jìn)行脫水縮合酯化和酮基化反

42、應(yīng)等，生成烯烴，酯類或酮類等副產(chǎn)物。當(dāng)催化劑中混有堿類時(shí)，這些化物的生成大大地被加強(qiáng)。</p><p>　　1.3甲醇轉(zhuǎn)化工段生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　1.3.1 轉(zhuǎn)化流程圖</p><p>　　圖1-1轉(zhuǎn)化工段流程圖</p><p>　　1.3.2轉(zhuǎn)化工藝流程</p><p><b>　　（1）焦?fàn)t

43、氣</b></p><p>　　來自壓縮崗位的焦?fàn)t氣經(jīng)焦?fàn)t氣初預(yù)熱器加熱至300℃左右，送往精脫硫崗位脫除有機(jī)硫和無機(jī)硫后，硫含量≤0.1ppm，壓力約2.3Mpa，溫度約380℃去轉(zhuǎn)化工序。在焦?fàn)t氣中加入3.0Mpa的過熱飽和蒸汽（蒸汽流量根據(jù)焦?fàn)t氣的流量來調(diào)節(jié)），經(jīng)焦?fàn)t氣預(yù)熱器加熱至530℃后，再經(jīng)預(yù)熱爐預(yù)熱至660℃左右進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐頂部。同時(shí)配入了3.0Mpa過熱飽和蒸汽（蒸汽流量根據(jù)氧氣的流量來

44、調(diào)節(jié)）的氧氣也進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐頂部與焦?fàn)t氣混合后發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，反應(yīng)后的轉(zhuǎn)化氣由轉(zhuǎn)化爐底部引出，溫度≤985℃，壓力約2.2Mpa，甲烷含量≤1.0%，進(jìn)入廢鍋回收熱量副產(chǎn)蒸汽。轉(zhuǎn)化氣溫度降為≤540℃，然后經(jīng)焦?fàn)t氣預(yù)熱器，溫度降至420℃左右，再進(jìn)入焦?fàn)t氣初預(yù)熱器，溫度降至320℃后，經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器進(jìn)一步回收反應(yīng)熱后，轉(zhuǎn)化氣溫度降至160℃，再經(jīng)蒸發(fā)式空冷器冷卻到100℃左右，經(jīng)分離器分離后進(jìn)入脫鹽水預(yù)熱器為脫鹽水預(yù)熱，從脫鹽水預(yù)熱器出來的

45、轉(zhuǎn)化氣約40℃，再經(jīng)氣液分離器分離后，進(jìn)入常溫氧化鋅脫硫槽，常溫氧化鋅出口溫度≤40℃,壓力2.0Mpa送往合成氣壓縮機(jī)入口。</p><p><b>　?。?）燃料氣</b></p><p>　　來自甲醇合成的燃料氣與來自氣柜的高硫煤氣一起進(jìn)入燃料氣混合器混合后，一部分進(jìn)入預(yù)熱爐底部，與空氣鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣混合后燃燒，為預(yù)熱爐提供熱量，另一部分送精脫硫升溫爐作燃料。

46、</p><p><b>　?。?）氧氣</b></p><p>　　來自氣體廠的氧氣，溫度為100℃，壓力2.5Mpa，與經(jīng)預(yù)熱爐加熱后的蒸汽混合后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐上部，氧氣流量根據(jù)轉(zhuǎn)化爐出口溫度來調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　（4）鍋爐給水</b></p><p>　　來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度

47、約104℃，經(jīng)除氧槽除去氧后用鍋爐給水泵加壓到4.2Mpa，在鍋爐給水預(yù)熱器加熱至190℃后，一部分送往甲醇合成，另一部分經(jīng)汽包進(jìn)入廢鍋生產(chǎn)3.0Mpa中壓蒸汽。廢熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽除給本工序用外，富裕蒸汽送至蒸汽管網(wǎng)。</p><p>　　第2章 換熱器的種類和選用</p><p>　　2.1 換熱器的應(yīng)用及其發(fā)展</p><p>　　它是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工

48、、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠中，約占總投資的35%～40%。</p><p>　　例如，如煙道氣（約200～300℃）、高爐爐氣（約1500℃）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（300～1000℃）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)

49、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。</p><p>　　二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，

50、傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。</p><p>　　30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。</p><p>　　60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需

51、要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。</p><p>　　此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。</p><p>　　近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部

52、分都在大力發(fā)展大容量、高性能設(shè)備，以減少設(shè)備的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設(shè)備。特別是20世紀(jì)70年代的世界能源危機(jī)，加速了當(dāng)代先進(jìn)換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。世界各國(guó)十分重視傳熱強(qiáng)化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種新的強(qiáng)化傳熱技術(shù)和高效傳熱元件。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管

53、式換熱器。</p><p><b>　　2.2換熱器的種類</b></p><p>　　2.2.1間壁式換熱器的類型</p><p>　　夾套式板式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻,可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時(shí),亦可在夾套

54、中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補(bǔ)充傳熱面的不足,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。</p><p><b>　　噴淋式換熱器:</b></p><p>　　這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng),冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液

55、膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動(dòng)力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。</p><p>　　2.2.2套管式換熱器:</p><p>　　套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內(nèi),另一種流體走環(huán)隙,兩者皆

56、可得到較高的流速,故傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。</p><p>　　2.2.3管殼式換熱器:</p>&

57、lt;p>　　管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng),其行程稱為殼程。</p><p>　　2.3換熱器設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

58、、制造的材料范圍較廣、操作彈性也較大等。因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中得鍋爐給水換熱器，要使轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口溫度由320℃冷卻到160℃，鍋爐給水得溫度由100℃加熱到190℃。根據(jù)兩種物體的性質(zhì)，規(guī)定轉(zhuǎn)化氣走管程，鍋爐給水水走殼程。本設(shè)計(jì)換熱器得壓力為4.2Mpa.</p><p>　　第3章 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定和工藝參數(shù)的計(jì)算</p&

59、gt;<p>　　3.1.換熱器的工藝計(jì)算</p><p>　　3.1.1 確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　表3-1轉(zhuǎn)化氣、鍋爐給水進(jìn)出口溫度</p><p>　　定型溫度：對(duì)于一般氣體和水等的粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值，故管程混合氣的定性溫度為：</p><p>　　殼程轉(zhuǎn)化氣的定性溫度為： <

60、;/p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對(duì)混合氣體來說，最可靠的物性數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。</p><p>　　轉(zhuǎn)化氣在320℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　水在100℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　設(shè)計(jì)鍋爐給水預(yù)熱器中轉(zhuǎn)化氣流量31000m³/h</p><p>　　3.

61、1.2 計(jì)算冷卻劑用量</p><p>　　在熱損失不計(jì)的情況下，對(duì)于無相變的工藝物流，冷凝器的熱流量由下式確定：</p><p><b>　　則冷卻劑用量為：</b></p><p>　　3.1.3 計(jì)算傳熱面積</p><p>　　熱流體：320℃→160℃</p><p>　　冷流體：190

62、℃←100℃</p><p><b>　　換熱器傳熱面：</b></p><p>　　3.1.4管程，殼程的平均溫差；</p><p>　　查表得出 =0.8</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p>　　換熱器殼、管壁溫差 76℃</p&

63、gt;<p>　　3.2換熱器工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　3.2.1 管徑選用 </p><p>　　選用較高級(jí)的冷拔穿熱管（碳鋼）</p><p><b>　　3.2.2管子數(shù)</b></p><p><b>　　取L=6m,</b></p><p>

64、<b>　　根據(jù)式子</b></p><p>　　3.2.3管子排列方式和管間距確定</p><p>　　管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形錯(cuò)列，正方形直列和正方形錯(cuò)列。</p><p>　　正三角形排列比較緊湊，在一定的殼徑內(nèi)可排列較多的管子，且傳熱效果好，但管外清洗較為困難。而正方形排列，管外清洗方便，適用于殼程中的流體易結(jié)垢的情

65、況，其傳熱效果較正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形錯(cuò) 列，用于殼側(cè)流體清潔，不易結(jié)垢，后者殼側(cè)污垢可以用化學(xué)處理掉的場(chǎng)合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用正三角形排列，經(jīng)查得層數(shù)為13層。取管間距a=32mm，</p><p>　　3.2.4 殼體內(nèi)徑 </p><p>　　采用單管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式計(jì)算：</p><p>

66、　　式中Di——換熱器內(nèi)徑；</p><p>　　b——正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，查得b=13</p><p>　　l——最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l=2d</p><p>　　圓整后實(shí)取Di=900mm</p><p>　　3.2.5換熱器殼體壁厚</p><p>　　材料選用Q235，計(jì)算壁厚為</

67、p><p><b>　　+C</b></p><p>　　式中P——設(shè)計(jì)壓力，取P=4.2MPa;</p><p><b>　　Di=900mm</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　+C</b>&

68、lt;/p><p>　　3.2.6 折流板選擇 </p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺的高度為：</p><p>　　間距是殼體內(nèi)徑的1/5，間距B長(zhǎng)度；</p><p><b>　　折流板數(shù)：</b></p><p><b>　　3.2

69、.7其他附件</b></p><p>　　拉桿數(shù)量與直查相關(guān)的表選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為900mm，由工程力學(xué)計(jì)算得知拉桿直徑為 拉桿數(shù)量不得少于 10 個(gè)。</p><p>　　3.3換熱器核算換熱器核算</p><p>　　3.3.1 殼程表面給熱系數(shù)</p><p><b>　　殼程流通截面積：</b>

70、</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　殼程流速</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)；</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　普朗特常數(shù) </p

71、><p>　　3.3.2管內(nèi)表面給熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積：</b></p><p><b>　　管程流速</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)；</b></p><p><b>　　普朗特常數(shù)</b&

72、gt;</p><p>　　3.3.3 傳熱面積裕度 </p><p>　　由下式可得所計(jì)算的傳熱面積AT為</p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： </p><p><b>　　該換熱器的面積裕度</b></p><p>　　為保證該換熱器的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于15%～

73、20%。</p><p>　　3.3.4換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力</p><p>　　3.3.5管子拉脫力計(jì)算</p><p>　　在操作壓力下，每平方脹接周邊所產(chǎn)生的力Qp</p><p>　　=3.96×10-4</p><p><b>　　公式中;</b></p>&l

74、t;p><b>　　P=4.2MPa</b></p><p><b>　　L=0.18M</b></p><p><b>　　由公式得</b></p><p><b>　　-4/</b></p><p>　　=0.1177Mpa</p>

75、<p>　　3.4換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果列表</p><p>　　表4-1換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p><b>　　第5章 結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)參閱了大量的相關(guān)書籍和資料，并嚴(yán)格依照GB 150-1998《鋼制壓力容器》和GB 151-1999《管殼式換熱器》的規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)的

76、選擇，要考慮到總體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比而選擇，對(duì)選定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和水壓試驗(yàn)。</p><p>　　提高傳熱效率和抗腐蝕的材料是煉油、化工等許多部門的要求。在能源日漸被消耗的今天，應(yīng)在滿足強(qiáng)度校核的條件下，盡可能的減少材料的消耗。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)換熱器的中存在的問題進(jìn)行了解決和對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了最優(yōu)的選擇。</p><p>　　本換熱器在設(shè)計(jì)工藝上：換熱器的管束可以抽出，管

77、、殼程清洗較為方便，在換熱器內(nèi)部的介質(zhì)間溫差不受限制，可在高溫、高壓下工作，一般溫度在300-400K，壓力40—45Kpa。也可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的流體，換熱器的材料是耐腐蝕的，所以可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。</p><p>　　換熱器在實(shí)際生產(chǎn)過程中：換熱器冷卻了轉(zhuǎn)化氣的溫度，使出口溫度控制在工藝要求的范圍之內(nèi)。換熱器通過熱交換使鍋爐給水達(dá)到190度，可以直接提供給汽包上水，用于產(chǎn)生蒸汽。這樣不僅提高了轉(zhuǎn)化工段的生

78、產(chǎn)效率，也節(jié)約了化工生產(chǎn)的成本。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] GB150—1998《鋼制壓力容器》［Ｍ］．國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局．</p><p>　　[2] GB151—1999《管殼式換熱器》［Ｍ］． 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局．</p><p>　　[3] 毛希瀾．化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書

79、—換熱器設(shè)計(jì)［Ｍ］．上海：上海科技出版社，1986</p><p>　　[4] 朱有庭等．化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005</p><p>　　[5] 黃嘉琥編． 壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[6] 黃載生主編．化工機(jī)械力學(xué)基礎(chǔ)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1990</p

80、><p>　　[7] 王寬福編． 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)工程分析［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1998</p><p>　　[8] 卓震主編． 化工容器及設(shè)備［Ｍ］． 北京：中國(guó)石化出版社， 1995</p><p>　　[9] 鄭津洋等． 過程設(shè)備設(shè)計(jì)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005</p><p>　　[10] 賀匡國(guó)主編． 化

81、工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1991</p><p>　　[11] 鄒廣華等． 過程裝備制造與檢測(cè)［Ｍ］． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004</p><p>　　[12] 楊可楨主編． 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［Ｍ］． 北京：高等教育出版社， 2003</p><p>　　[13] 王志魁主編． 化工原理［Ｍ］． 北京：高等教育出版社， 2001&

82、lt;/p><p>　　[14] CODAP: French Code for the construction of unfired pressure vessels.</p><p>　　Part M. Appendix MAZ; 1984.</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　感謝老師們的教

83、導(dǎo)，從中學(xué)到了換熱器的結(jié)構(gòu)和各方面理論知識(shí)。為我以后的化工發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　這篇論文歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師—信熙卿老師，她對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。</p><p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位