毕业设计再沸器设计

1 / 35 毕业设计再沸器设计 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 / 35 目摘录要1ABSTRACT 2 第一章 绪论 概述 3 再 沸 器 的 发 展 趋势 3 研究内容和方法 4 使用软件简介 4第 二章再沸器的工艺设计 设 计 任 务 和 设 计 条件 6 酒精提纯的工艺过程 6 设计的工艺条件 7 设计方案的确定 7 再沸器类型的选择 7 流程的安排 7 物 性 数 据 的 确定 8 工艺计算 8 再沸 器的热流量计算 8 3 / 35 管子和壳体材料的选择 8 两种流体流向的确定，并计算出流体的有效平均温差 8 传 热 面 积 的 估算 924 / 35 再沸器基本参数的初步确定 9 传热系数的校核和阻力降的计算 12 设计结果汇总 19 第三章再沸器的机械设计 壳体和管箱壁厚计算 21 壳体壁 厚的计算 21 管箱壁厚的计算 21 再沸器的水压试验 21 壳体、管子与管板连接结构设计 21 管板的形式 21 壳体与管板的连接结构 21 换热管与管板的连接形式 22 固定管板式换热器管板尺寸22 3 . 3 壳 体 高 度 2 3 再沸器封头 23 3 . 5 容 器 法 兰 2 3 管箱结构 24 管箱的结构 24 5 / 35 管箱与管板的连接结构 24 垫片的选择 25 管箱长度的确定 25 换 热 管 与 壳 体 在 温 差 作 用 下 的 应 力 计算 2536 / 35 管子拉脱力和稳定性校核27 判 断 是 否 需 要 膨 胀节 28 接管、接管法兰及开孔补强设计 29 接管 2 9 开孔补强 29 接管法兰 30 接管高度的确定 30 接管安装位置最小尺寸的确定 30 排气、排液接管 31 支座的选择31 设计结果汇总 32 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 3747 / 35 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 CAXA 列管式换热器 酒精 18 / 35 ABSTRACTDistillation is the physical separation unit operation which is achieved by the repeated distillation pro cess of several vaporization and condensation, since the volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the role of the reboiler. Alcohol Fermentation reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield . This design is mainly for its technology, structure design. By selecting the model and the national standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing we can clearly express the structure size and it is convenient for us for further improvement and production. Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process. It is an integral part of the distillation column, which 9 / 35 provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both the heat words： Reboiler ； Vaporization ； CAXA ；distillation column heat exchanger ； alcohol210 / 35 第一章 概述绪论再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。 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 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。 卧式热虹吸再沸器也是利用塔11 / 35 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%。 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。 312 / 35 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 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。 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。 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。 使用软件简介编辑与绘图 CAXA 电子图板提供了强大的智能化图形绘制和编辑功能， 可以绘制各种复 杂的工程图纸。其绘图功能包括基本曲线的点、直线、圆弧、矩形、样条线、中 心线、轮廓线、等距线和剖面线等以及高级曲线的多边形、椭圆、孔 /轴、波浪 线、双折线、公式曲 线、填充、箭头、点和齿轮等图形的绘制。其编辑功能包括 裁剪、过渡、齐边、打断、拉伸、平移、旋转、镜像、比 例、阵13 / 35 列以及局部放大等。 工程标注 CAXA 电子图板依据 机械制图国家标准 提供了对工程图进行尺寸标注、 ， 文字标注和工程符号标注的一整套方法。 其尺寸类标注包括尺寸标注、 坐标标注、 倒角标注、文字标注和引出说明等。其工程符号类标注包括基准代号、粗 糙度、 形位公差、焊接符号和剖切符号等。同时标注编辑、尺寸风格编辑和尺寸驱动功 能让您可以随时随地编辑标注的内容和形式。 标准图库 CAXA 电子图板提供了丰富的参量化图库，共有 20 大类， 1000 余种， 2 万 多个规格的标准图符，涉及机械行业的连接件、紧固件、轴承、法兰、密封件、 润滑件、电机、夹具等，电气行业的连接件、开关、半导体、电子管、逻辑单元、 转换器等，液压气动的各类零部件，以及液压零件图库、农业机械零部件图符、 轴承零件图符、腹板式齿轮零件图符等等，可以满足用户多方面的绘图要求。同 时， CAXA 电子图板为用户提供了对图库的编辑和管理功能， 并提供开放的定制 414 / 35 图库手段， 用户不需编程， 只需把图形绘制出来， 标上尺寸， 将尺寸进行定义后， 即可建立用户自己的参数化图库。 数据接口 CAXA 电子图板提供了丰富的数据接口： 它全面支持各种版本的 DWG、 DXF 文件；可将 DWG/DXF 文件批量转换为 EXB 文件，并可设置转换的路径；可读 入 WMF、HPGL 图形文件；可读入和输出 IGES 格式文件；可读入以文本形式 生成的数据 DAT 文件，获取 CAXA 加工软件的几何数据。 工程图输出 CAXA 电子图板支持目前市场上主流的 Windows 驱动打印机和绘图仪，而 且在绘图输出时提供了拼图功能， 大幅面图形 文件可以通过小幅面图纸输出后拼 接而成， 拼图方式可以选择用户指定的幅面实现拼图，也可以打印指定页码图形 实现拼图； 还提供了多份图形在一张图纸上输出的打印排版功能，可以智能地按 最优的方式进行排版，可以批量打印 CAXA 电子图板绘制的图纸，最适合在安 装滚筒纸的大幅面打印机或绘图仪上输出整套图纸。 515 / 35 第二章 设计任务和设计条件 酒精提纯的工艺过程再沸器的工艺设计工艺流程图如图所示： T I 自来 水冷却 出蒸 馏 塔 1# 冷 凝器 2# 冷凝 器 3# 冷凝 器 自来 水冷 却进 T I排 废器 FITI 回 流罐 LILIFIFI4 5% 酒 精 进 蒸汽再 沸 器酒 精储 罐 LI图例泵 压力表 截止阀 疏水阀 流量计 气动调节阀 FI 废液图 2-1 工艺流程图原酒精浓度在 4045%条件下，进料量为 3m3 时，蒸馏塔应满足酒精成品 /h 浓度 80%、浓度 80%的酒精产量 /h、废酒精排放浓度 %的设计要求。 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 摄氏度，而水的沸点为 100 摄氏度。 在酒 厂里是将低浓度的酒 放在酒精精馏塔中水浴 加热至酒精 本科生毕业设计 摘要 文章主要介绍了再沸器的工艺设计和机械设计计算。其中工艺设计计算包括获取进料与加热介质的操作条件及有关基础数据，确定再沸器的传热温差，算出热负荷，计算总传热系数，并对初估传热系数进行校核以及再沸器各部分的压力降的计算；机械设计部分包括确定再沸器的换热管、壳体、封头、管箱、法兰、接管、管板、支持板以及其他所有零部件的结构尺寸和材料，并对换热器所有受压元件16 / 35 进行强度计算。最后，简单介绍了再沸器的制造、检验 、安装、试车、维护与维修。 关键词：换热管；再沸器；法兰；机械设计 本科生毕业设计 AbstractIntroduces a reboiler process design and mechanical design calculations. Process design, including access to feed and heating medium, operating conditions and the underlying data to determine the reboiler heat transfer temperature difference to calculate the heat load calculate the overall heat transfer coefficient, and preliminary estimates suggest that the heat transfer coefficient check, and then reboiler pressure drop calculation; mechanical design section to determine the reboiler heat exchange tubes, shell, head tube box, flange, receivership, tube plate, support plate, and all other parts of the structure size and materials, and heat exchanger pressure parts for the strength calculation. Finally, a simple the reboiler manufacturing, testing, installation, commissioning, maintenance and repair. Key words： heat transfer tube； reboiler；flanges； design of mechanical 17 / 35 目 录 摘要 . I Abstract .II 第 1 章 绪论 . 1 换热器及传热研究的现状 . 1 换 热 器 的 发 展 趋势 . 2 第 2 章 再 沸 器 的 选型 .18 / 35 . 4 概述 . 4 釜 式 再 沸器 . 4 塔 内 置 式 再 沸器 . 5 水 平 热 虹 吸 再 沸器 . 5 立式管侧热虹吸再沸器 . 6 立式壳侧热虹吸再沸器 .19 / 35 . 7 强 制 流 动 再 沸器 . 8 第 3 章 再 沸 器 的 工 艺 设 计 计算 . 10 设 计 任 务 与 设 计 条件 . 10 估算设备尺寸 . 10 传 热 系 数 的 校核 . 12 阻力校核 . 15 第 4 章 再 沸 器 结 构 与 强 度 设20 / 35 计 . 19 筒体 . . 19 大端壁厚 . 19 锥壳壁厚 . 19 封头 . 20 管箱 . 20 21 / 35 短节 . 20 封头 . 21 法兰 . 22 补强 . 23 管箱接管 . 23 壳体进料接管 .22 / 35 . 23 壳 体 气 相 出 口 接管 . 24 壳 体 液 相 出 口 接管 . 25 固定管板 . 25 确 定 管 板 设 计 压力 . 26 计算无量纲数 . 26 计算管板厚度 . 27 校核轴向应力 .23 / 35 . 27 校 核 拉 脱力 . 28 浮头 . 28 浮动管板计算 . 29 浮 头 盖 计算 . 30 浮头计算结果 . 33 拉 杆 ， 滑道 .24 / 35 . 34 振动 . 35 支座 . 36 强度设计结果 . 38 第 5 章 制造、检验、安装、试车 、维护和检修 . 39 制造和检验要求 . 39 壳体 .25 / 35 . 39 换热管 . 39 管板 . 40 换热管与管板的连接 . 40 支持板 . 40 管束 . 40 其 它 构 件 的 制 造 和 检 验 要26 / 35 求 . 41 压力试验 . 41 安装、试车、维护和维修 . 41 安装 . 41 试车 . 42 维护和检修 . 42 参考文27 / 35 献 . 43 致谢 . 44 附录 . 45 北方民族大学 2016 届毕业生毕业设计 论文题目 :立式热虹吸式再沸器的设计 院名 称 : 机械学院 学 生 姓 名 : 专 业 : 学 号 : 指导教师姓名 : 论文提交时间 : 论文答辩时间 : 学位授予时间 : 摘 要 精馏的本质是利用不同物质的挥发度不同，通过多28 / 35 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。 甲醇釜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 AutoCAD 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 AutoCAD 列管式换热器 甲醇 ABSTRACT Distillation is the physical separation unit operation which is achieved by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the volatility of different materials vary from each other. And the energy required 29 / 35 for vaporization is provided by the reboiler This is the role of the reboiler. Methyl reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield . This design is mainly for its technology, structure design. By selecting the model and the national standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing we can clearly express the structure size and it is convenient for us for further improvement and production. Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process. It is an integral part of the distillation column, which provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both the heat exchangers. Key words： 30 / 35 Reboiler ； Vaporization ； AutoCAD ；distillation column heat exchanger ； methyl 目 录 前 言 . 4 第一章 再 沸 器 基 本