甲苯再沸器设计【过程装备与控制工程原创含8张CAD图】
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甲苯
再沸器
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控制工程
原创
cad
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甲苯再沸器设计【含8张CAD图】
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I甲苯再沸器设计摘 要：本次毕业设计针对甲苯再沸器进行设计，管程工作介质为导热油，进口温度220，出口温度 180，工作压力 0.5MPa，壳程工作介质为甲苯，工作温度 80160，流量 30000kg/h。工作时，通过导热油使甲苯加热至甲苯蒸汽，从而达到沸腾传热的目的，完成热量的传递。该设计计算说明书介绍了甲苯再沸器的设计过程，主要包括工艺设计计算与结构的设计选型。工艺设计计算部分是为了保证工艺设计要求，包括传热计算、 ，热量核算、压力降计算等；结构部分主要包括结构设计选型和强度计算校核。根据任务书中所给数据确定工艺参数和结构计算，在计算过程中，使用合理的方法进行尺寸调节，从而达到最优的设计尺寸，通过查阅相关国家标准， ，使所设计的换热设备达到操作稳定、结构简单、便于制造维修、加工方便，运转安全可靠的功效，然后进行一定的尺寸调节和安全成本的考虑。换热设备设计的基本要求，主要体现在安全性和经济性上，除此之外，还应满足工艺过程要求，能在实际环境中正常运转，结构设计不被场地所限制，结合具体情况，从而设计出一台安全可靠的设备。关键词：管壳式换热器；再沸器；相变；机械设计II III Toluene reboiler designAbstract：This graduated design is designed for the toluene reboiler. The working medium for the tube process is heat transfer oil which inlet temperature is 220C, outlet temperature is 180C and working pressure is 0.5MPa.The shell-side working medium is toluene which working temperature is 80C to 160C and the flow is 30000kg/h.When the equipment is working, the toluene will heated to toluene vapor by a thermal oil to achieve boiling heat and heat transfer. The design calculation manual describes the design process of the toluene reboiler, mainly including the process design calculation and the structural design selection. The process design calculation part is to guarantee the process design requirements, including heat transfer calculation, heat calculation, pressure drop calculation, etc. The part of structure mainly includes the structural design selection and strength calculation check.We can determine the process parameters and structural calculations according to the data given in the task book.In the calculation process,we use the reasonable methods for size adjustment to achieve the optimal design size.We also consult the relevant national standards, so that the design of the heat transfer equipment can make operation stableil, structur simply, manufactue easily and process conveniently,make operation become safe and reliable, and then make a certain size adjustment and security costs considerations. The basic requirements for the design of heat exchange equipment are mainly include safety and economy. In addition, the requirements of the technological process shall also be met. The normal operation in the actual environment, the structural design is not limited by the site, and the specific conditions In order to design a safe and reliable equipment.Key words：Shell-and-tube heat exchanger; reboiler; phase change; mechanical design.IV 目录摘 要 .IAbstract .II1 前言.11.1 发展趋势 .11.2 结构设计 .11.3 材料选择 .12 工艺计算.12.1 传热计算 .12.1.1 确定设计方案 .12.1.2 确定物性参数 .12.1.3 估算传热面积 .22.2 工艺结构尺寸的计算 .22.2.1 管径和管内流速 .22.2.2 管程数和换热管数 .32.2.3 传热管排列和分程方法 .32.2.4 壳体内径 .42.2.5 折流板 .42.2.6 拉杆 .4V 2.3 热量核算 .52.3.1 管程对流传热系数 .52.3.2 壳程对流传热系数 .52.3.3 传热系数 K .62.3.4 传热面积 .62.4 压力降计算 .62.4.1 管程流动阻力 .62.4.2 壳程流动阻力 .63 结构与强度计算.73.1 设计计算 .73.1.1 管箱计算 .73.1.2 壳程筒体计算 .83.1.3 分程隔板 .83.1.4 封头计算 .93.1.5 换热管和布管限定圆 .103.1.6 垫片 .103.1.7 管板 .113.1.8 法兰 .293.1.9 拉杆和拉杆孔 .323.1.10 支座 .323.2 开孔补强计算 .334 制造、检验、安装、适用、维修.364.1 制造 .364.2 检验 .374.2.1 无损检测 .374.2.2 耐压试验和泄露试验 .384.3 安装维修 .385 结束语.38参 考 文 献.40VI 致 谢.41常州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页 共 41 页1 前言1.1 发展趋势随着现代工业的迅速发展，强化传热的技术应用越来越广泛，随之而来的是各种换热设备的涌现，换热器成为了化工生产中交换和传递热量的不可或缺的部分。如今在工业生产中，换热器被广泛地应用于化工、石油、能源等各个领域，国内外各相关企业的规模也越来越大，通过不断的技术革新，换热器生产制造水平也在不断增长。 1目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消 耗等方面，不如其他新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大， 适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等 特点，所以在工程中仍得到广泛应用。 9本文所设计的再沸器也广泛应用于炼油化工装置中，它的选用与安装对整个装置的平稳安全运行都至关重要1.2 结构设计换热设备由压力容器和内件组成，而压力容器和不同的内件相互组合，又可以形成不同的设备，换热器就是由一个压力容器外壳和管板、管束、折流板等内件组成。 81.3 材料选择根据生产经验，操作工况及材料特性分析来选择换热器的材料，同时也要考虑到经济成本和耐腐蚀性 10。一般常用材料为碳钢和不锈钢，该设计筒体选用 Q345R 钢，属于低合金钢，它具有良好的综合力学性能和工艺性能，它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板；换热管部分为 20 钢，含碳量为 0.2%，具有良好的塑性韧性，属于低碳钢；拉杆、折流板、鞍座选择 Q235-B。2 工艺计算2.1 传热计算2.1.1 确定设计方案两流体温度变化情况：热流体进口温度 220，出口温度 180，工作压力0.5MPa；冷流体（甲苯）工作温度为 80160，流量 30000Kg/h。管壳程温差不是很大，可选择固定管板式换热器，从而使设备具有结构简单紧凑，便于清洁维修等优点。 122.1.2 确定物性参数壳程与管程的有关物性数据：2 管程定性温度： t=220+1802 =200设计条件：第 3 页 共 41 页表 2.1 设计条件壳程 管程温度/ 80-160 220-180压力（绝压）/MPa 0.5流量/（kg/h） 30000表 2.2 物性参数表密度/3比热/()粘度热导率/()壳程（甲苯） 774 1.99 0.23103 0.109管程（导热油 YD-340） 848 2.4985 0.5103 0.41912.1.3 估算传热面积热流量的计算：再沸器的工作原理是通过管程的导热油将热量传递给壳程，壳程介质加热直至汽化，从而得到甲苯蒸汽，这个过程发生了相变，因此壳程总的热量包括显热和潜热两部分。首先是对液态的甲苯进行加热，此时它的形态不变，加进热量的多少都可以显示出来，这个过程引起的温度变化产生的热量为显热。当甲苯温度不断升高，达到沸点 110.6时，此时不断加热，但温度不再升高，加进去的热量变为甲苯蒸汽，在这个过程中物质的温度不变，仅发生相变，此时产生的热量为潜热。（2.1） 总 =显热 +潜 热 =+=1.99300003600(16080)+356.1300003600=4294.2根据热量守恒，管程总热量与壳程一致：总 =2.4985导 （ 220180）第 4 页 共 41 页解得导热油流量： 导 =42.97/平均温度差：=78.43=(220160)(18080)22016018080取传热系数 K=221 ，估算传热面积：/(2)（
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