再沸器毕业设计说明书

酒精回收装置再沸器的设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 2目 录摘 要1ABSTRACT 2第一章 绪论31.1 概述31.2 再沸器的发展趋势 31.3 研究内容和方法4第二章 再沸器的工艺设计 62.1 设计任务和设计条件62.1.1 酒精提纯的工艺过程62.1.2 设计的工艺条件72.2 设计方案的确定72.2.1 再沸器类型的选择72.2.2 流程的安排 72.3 物性数据的确定82.4 工艺计算 82.4.1 再沸器的热流量计算82.4.2 管子和壳体材料的选择82.4.3 两种流体流向的确定，并计算出流体的有效平均温差 832.4.4 传热面积的估算92.4.5 再沸器基本参数的初步确定 92.4.6 传热系数的校核和阻力降的计算122.5 设计结果汇总 19第三章 再沸器的机械设计213.1 壳体和管箱壁厚计算 213.1.1 壳体壁厚的计算 213.1.2 管箱壁厚的计算 213.1.3 再沸器的水压试验 213.2 壳体、管子与管板连接结构设计213.2.1 管板的形式 213.2.2 壳体与管板的连接结构 213.2.3 换热管与管板的连接形式 223.2.4 固定管板式换热器管板尺寸223.3 壳体高度233.4 再沸器封头233.5 容器法兰233.6 管箱结构243.6.1 管箱的结构243.6.2 管箱与管板的连接结构 243.6.3 垫片的选择2543.6.4 管箱长度的确定253.7 换热管与壳体在温差作用下的应力计算253.8 管子拉脱力和稳定性校核273.9 判断是否需要膨胀节283.10 接管、接管法兰及开孔补强设计293.10.1 接管293.10.2 开孔补强293.10.3 接管法兰303.10.4 接管高度的确定303.10.5 接管安装位置最小尺寸的确定 303.10.6 排气、排液接管313.11 支座的选择313.12 设计结果汇总323.13 再沸器的主要附属设备-排废器34第四章 结论35参考文献 36致 谢 371摘 要精馏的本质是利用不同物质的挥发度不同，通过多次汽化、多次冷凝的精馏过程而达到物质分离的单元操作过程，而多次汽化所需的能量即通过再沸器提供的，这就是再沸器的作用。酒精醪液再沸器是一种换热器，通常采用热虹吸式换热器，也是一种列管式换热器，在生产企业中占有较重要的地位，它直接影响产品的质量和产量。本设计主要是对其工艺、结构等的设计，通过选用换热设备的型号和对国标的查找，设计出经济实用的化工设备。再沸器的结构图使用 CAXA 二维绘图软件绘制，清楚地表达出结构尺寸，便于改进和生产。主要介绍了再沸器的设计工作以及它在生产过程中处于的地位和作用，它是精馏塔不可或缺的一部分，它提供给精馏塔多次汽化所需的能量，它与冷凝器等都是换热设备。关键词：再沸器 汽化 列管式换热器 酒精第一章 绪论1.1 概述2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。1.2 再沸器的发展趋势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(1)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。同时由于是立式安装，增加了塔的裙座高度，但可以考虑采用耳式支座。(2)卧式热虹吸再沸器也是利用塔底单相釜液与再沸器中气液混合物的密度差维持循环。卧式热虹吸再沸器的传热系数和釜液在加热段的停留时间均为中等，维护和清理方便，适用于传热面积大的情况，对塔釜液面高度和流体在各部位的压降要求不高，可适于真空操作，出塔釜液缓冲容积大，故流动稳定。缺点是占地面积大。 立式及卧式热虹吸再沸器本身没有气、液分离空间和缓冲区，这些均由塔釜提供。 立式再沸器：工艺物流测在管程，传热系数高，投资低，裙座高度高，汽化率为 3%-35%。 卧式再沸器：工艺物流测在壳程，传热系数中偏高，投资适中，占地面积大，裙座高度低，汽化率为 3%-35%。 (3)强制循环式再沸器是依靠泵输入机械功进行流体的循环，适用于高粘度液体及热敏性物料、固体悬浮液以及长显热段和低蒸发比的高阻力系统。 (4)釜式再沸器由一个带有气液分离空间的壳体和一个可抽出的管束组成，管束末端有溢流堰，以保证管束能有效地浸没在液体中。溢流堰外侧空间作为出3料液体的缓冲区。再沸器内液体的装填系数，对于不易起泡沫的物系为 80%，对于易起泡沫的物系则不超过 65%。釜式再沸器的优点是对流体力学参数不敏感，可靠性高，可在高真空下操作，维护与清理方便；缺点是传热系数小，壳体容积大，占地面积大，造价高，塔釜液在加热段停留时间长，易结垢。 (5)内置式再沸器是将再沸器的管束直接置于塔釜内而成，其结构简单，造价比釜式再沸器低；缺点是由于塔釜空间容积有限，传热面积不能太大，传热效果不够理想。1.3 研究内容和方法根据整体工艺流程图判断再沸器在其中的作用，进而考虑再沸器的结构型式，综合考虑，一般选用立式热虹吸式再沸器，是一种列管式换热器。根据换热器的设计标准对其进行工艺、机械设计，并画出其详细的结构生产图和零件图。第二章 再沸器的工艺设计2.1 设计任务和设计条件2.1.1 酒精提纯的工艺过程工艺流程图如图（2-1）所示：TITILIFIFIFITILILI图 例截 止 阀泵压 力 表疏 水 阀气 动 调 节 阀流 量 计 FI酒 精 储 罐蒸 汽废 液1# 2# 3#排 废 器45%酒 精 进自 来 水 冷 却 出自 来 水 冷 却 进回 流 罐冷 凝 器 冷 凝 器 冷 凝 器再沸器蒸馏塔图 2-1 工艺流程图原酒精浓度在 4045%条件下，进料量为 3m/h 时，蒸馏塔应满足酒精成品浓度80%、浓度 80%的酒精产量1.5m/h 、废酒精排放浓度0.5%的设计要求。4原浓度 45%的酒精进入蒸馏塔，进料量为 3m3/h，在蒸馏塔中蒸馏煮沸，利用酒精和水蒸发温度的不同而达到所需要酒精的浓度。 酒精的学名叫乙醇，它是沸点为 78.4 摄氏度，而水的沸点为 100 摄氏度。在酒厂里是将低浓度的酒（实质上是酒精与水的混合物）放在酒精精馏塔中水浴加热至酒精的沸点以上，但又远远低于水的沸点，这样酒精就大量地从酒液中蒸发出来，通过上部的冷凝器重新变成液态酒精被收集起来，在此温度下，酒中所含的水份却不会被大量蒸发而留了下来。 当然，在蒸馏塔工作温度下，水也会有部分蒸发，所以通过这种普通的精馏方法制成的酒精纯度都不会太高，一般为 95，当然也可以通过高纯度的精馏法可以制成 96纯度的酒精。 排出的酒精废液进入再沸器再次的分离酒精和水，利用高效的换热技术来增加酒精的浓度和产量。当酒精达到一定的浓度，再进入蒸馏塔中蒸馏。而剩余的废液经过排废器达到环境允许排放的标准排放到废水沟中。从蒸馏塔中蒸馏出的酒精成品浓度80%进入酒精储罐，还有一部分进入回流罐，经过冷凝器再进入蒸馏塔中回收利用。整套设备可以更经济有效地生产出所需要的酒精产品。 再沸器的主要附属设备是排废器，按一般要求达到环境允许排放标准即可。现设计一台用于 20%酒精醪液蒸发回收达到 0.5%的排放浓度的换热器再沸器，该换热器的工艺条件如下。2.1.2 设计的工艺条件工艺条件如表 2-1 所示表 2-1 工艺条件指 标序 号 名 称管程 壳程1 设计压力 /MPa 0.2 0.42 工作压力 /MPa 0.2 0.43 设计温度 130 1604 工作温度 120 1505 介质名称 酒精 蒸汽6 腐蚀裕度 /mm 0 07 容器类别 58 焊接接头系数 0.85 0.85该换热器的工艺、机械设计如下。2.2 设计方案的确定2.2.1 再沸器类型的选择该换热器由于用于酒精的蒸发再沸，工艺设计时考虑到酒精具有较高的清洁度，不易在管道内产生污垢以及温差不大，故初步选择固定管板式换热器。尽管酒精的腐蚀性较小，但考虑到酒精产品的纯度要求较高，为此将换热器的管子和壳体均采用不锈钢制造。2.2.2 流程的安排该换热器由于用于酒精的蒸发再沸，工艺设计时考虑到酒精具有较高的清洁度，不易在管道内产生污垢，且具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液，因此考虑酒精走管程，水蒸气走壳程。2.3 物性数据的确定应根据设计温度来设计该设备。定性温度：对于蒸汽和酒精低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程蒸汽的定性温度为 T=(146+130)/2=138()管程流体的定性温度为 t=（112+112 ）/2=112（）壳程凝液在 145下的有关物性数据如下：密度 0=859kg/m3定压比热容 Cp0=4.25k J/（kg ）热导率 0=0.54W/（m ）动力黏度 0=2.32x10-4kg/（m s）潜热：r 0=1704 kJ/kg管程流体在 130下的物料数据：密度 i=950 kg/m3定压比热容 Cpi=4.2 kJ/（kg）热导率 i=0.68 W/（m）动力黏度 i=2.5x10-4 kg/（m s）汽相密度 v=0.88 kg/m3汽相黏度 v=1.2x10-5 kg/（m s）62.4 工艺计算2.4.1 再沸器的热流量计算对于有相变化的单组分饱和蒸汽冷凝过程，则依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝热确定：=Dr （2-1）式中， 为热流量， W；D 为蒸汽冷凝质量流量，kg/s；r 为饱和蒸汽的冷凝热，kJ/kg ；蒸汽的冷凝量为 6908kg/h。=6908x1704/3600=3270kJ/s=3.27x106W2.4.2 管子和壳体的材料的选择管程介质：酒精 壳程介质：蒸汽 其腐蚀性弱，但要防止生锈，所以选择不锈钢材料。2.4.3 两种流体的流向的确定，并计算出流体的有效平均温差设计时初算平均温差 tm，均将换热过程先看做逆流过程计算对于逆流或并流换热过程，其平均温差可按式（2-2）进行计算：tm= = =18.2（K） t21-130