(精品論文)酒精回收裝置再沸器的 設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

酒精回收裝置再沸器的設(shè)計(jì)作 者 姓 名 專 業(yè) 裝備與控制工程 指導(dǎo)教師姓名 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 第一章 再沸器的設(shè)計(jì)1.1概述酒精回收裝置是酒精蒸餾后的醪液再次的回收利用，以達(dá)到節(jié)約成本、生產(chǎn)高效、減少浪費(fèi)為目的，倡導(dǎo)低碳生產(chǎn)。再沸器（也稱重沸器）顧名思義是使液體再一次汽化。它的結(jié)構(gòu)與冷凝器差不多，不過一種是用來降溫，而再沸器是用來升溫汽化。再沸器多與分餾塔合用：再沸器是一個(gè)能夠交換熱量，同時(shí)有汽化空間的一種特殊換熱器。在再沸器中的物料液位和分餾塔液位在同一高度。從塔底線提供液相進(jìn)入到再沸器中。通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。被汽化的兩相流被送回到分餾塔中，返回塔中的氣相組分向上通過塔盤，而液相組分掉回到塔底。由于靜壓差的作用，塔底將會(huì)不斷補(bǔ)充被蒸發(fā)掉的那部分液位。目前國內(nèi)外再沸器的選用原則是:工程上對(duì)再沸器的基本要求是操作穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡單、加工制造容易、安裝檢修方便、使用周期長、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，同時(shí)也應(yīng)考慮其占地面積和安裝空間高度要合適。 下面是幾種常見的再沸器介紹 .立式熱虹吸再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不能采用機(jī)械方法洗滌，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，增加了塔的裙座高度，但可以考慮采用耳式支座。 .臥式熱虹吸再沸器也是利用塔底單相釜液與再沸器中氣液混合物的密度差維持循環(huán)。臥式熱虹吸再沸器的傳熱系數(shù)和釜液在加熱段的停留時(shí)間均為中等，維護(hù)和清理方便，適用于傳熱面積大的情況，對(duì)塔釜液面高度和流體在各部位的壓降要求不高，可適于真空操作，出塔釜液緩沖容積大，故流動(dòng)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是占地面積大。 立式及臥式熱虹吸再沸器本身沒有氣、液分離空間和緩沖區(qū)，這些均由塔釜提供。 立式再沸器：工藝物流測(cè)在管程，傳熱系數(shù)高，投資低，裙座高度高，汽化率為3%-35%。 臥式再沸器：工藝物流測(cè)在殼程，傳熱系數(shù)中偏高，投資適中，占地面積大，裙座高度低，汽化率為3%-35%。 .強(qiáng)制循環(huán)式再沸器是依靠泵輸入機(jī)械功進(jìn)行流體的循環(huán)，適用于高粘度液體及熱敏性物料、固體懸浮液以及長顯熱段和低蒸發(fā)比的高阻力系統(tǒng)。 .釜式再沸器由一個(gè)帶有氣液分離空間的殼體和一個(gè)可抽出的管束組成，管束末端有溢流堰，以保證管束能有效地浸沒在液體中。溢流堰外側(cè)空間作為出料液體的緩沖區(qū)。再沸器內(nèi)液體的裝填系數(shù)，對(duì)于不易起泡沫的物系為80%，對(duì)于易起泡沫的物系則不超過65%。釜式再沸器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流體力學(xué)參數(shù)不敏感，可靠性高，可在高真空下操作，維護(hù)與清理方便；缺點(diǎn)是傳熱系數(shù)小，殼體容積大，占地面積大，造價(jià)高，塔釜液在加熱段停留時(shí)間長，易結(jié)垢。 .內(nèi)置式再沸器是將再沸器的管束直接置于塔釜內(nèi)而成，其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)比釜式再沸器低；缺點(diǎn)是由于塔釜空間容積有限，傳熱面積不能太大，傳熱效果不夠理想。因此綜合考慮，一般選用立式熱虹吸式再沸器，研究方法如下所示。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件1.2.1酒精提純的工藝過程流程圖如圖所示：原酒精濃度在4045%條件下，進(jìn)料量為3m/h時(shí)，蒸餾塔應(yīng)滿足酒精成品濃度80%、濃度80%的酒精產(chǎn)量1.5m/h、廢酒精排放濃度0.5%的設(shè)計(jì)要求。原濃度45%的酒精進(jìn)入蒸餾塔，進(jìn)料量為3m3/h，在蒸餾塔中蒸餾煮沸，利用酒精和水蒸發(fā)溫度的不同而達(dá)到所需要酒精的濃度。 酒精的學(xué)名叫乙醇，它是沸點(diǎn)為78.4攝氏度，而水的沸點(diǎn)為100攝氏度。在酒廠里是將低濃度的酒（實(shí)質(zhì)上是酒精與水的混合物）放在酒精精餾塔中水浴加熱至酒精的沸點(diǎn)以上，但又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)，這樣酒精就大量地從酒液中蒸發(fā)出來，通過上部的冷凝器重新變成液態(tài)酒精被收集起來，在此溫度下，酒中所含的水份卻不會(huì)被大量蒸發(fā)而留了下來。 當(dāng)然，在蒸餾塔工作溫度下，水也會(huì)有部分蒸發(fā)，所以通過這種普通的精餾方法制成的酒精純度都不會(huì)太高，一般為95，當(dāng)然也可以通過高純度的精餾法可以制成96純度的酒精。 排出的酒精廢液進(jìn)入再沸器再次的分離酒精和水，利用高效的換熱技術(shù)來增加酒精的濃度和產(chǎn)量。當(dāng)酒精達(dá)到一定的濃度，再進(jìn)入蒸餾塔中蒸餾。而剩余的廢液經(jīng)過排廢器達(dá)到環(huán)境允許排放的標(biāo)準(zhǔn)排放到廢水溝中。從蒸餾塔中蒸餾出的酒精成品濃度80%進(jìn)入酒精儲(chǔ)罐，還有一部分進(jìn)入回流罐，經(jīng)過冷凝器再進(jìn)入蒸餾塔中回收利用。整套設(shè)備可以更經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)出所需要的酒精產(chǎn)品。 現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)用于20%酒精醪液蒸發(fā)回收達(dá)到0.5%的排放濃度的換熱器再沸器，該換熱器的工藝條件如下。1.2.2工藝條件序 號(hào)名 稱指 標(biāo)管程殼程1設(shè)計(jì)壓力/MPa0.20.42工作壓力/MPa0.20.43設(shè)計(jì)溫度1301604工作溫度1201505介質(zhì)名稱酒精蒸汽6腐蝕裕度/mm007容器類別8焊接接頭系數(shù)0.850.85該換熱器的工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)如下。1.3確定設(shè)計(jì)方案1.3.1選擇換熱器的類型該換熱器由于用于酒精的蒸發(fā)再沸，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到酒精具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢以及溫差不大，故初步選擇固定管板式換熱器。盡管酒精的腐蝕性較小，但考慮到酒精產(chǎn)品的純度要求較高，為此將換熱器的管子和殼體均采用不銹鋼制造。1.3.2流程安排 該換熱器由于用于酒精的蒸發(fā)再沸，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到酒精具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢，且具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，應(yīng)使飽和蒸汽走殼程，便于排出冷凝液，因此考慮酒精走管程，水蒸氣走殼程。1.4確定物性數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)溫度來設(shè)計(jì)該設(shè)備。定性溫度：對(duì)于蒸汽和酒精低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程蒸汽的定性溫度為T=(160+130)/2=145()管程流體的定性溫度為 t=（130+130）/2=130（）殼程凝液在145下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 0=859kg/m3定壓比熱容 Cp0=4.25kJ/（kg ）熱導(dǎo)率 0=0.54W/（m ）動(dòng)力黏度 0=2.32x10-4kg/（m s）潛熱：r0=1704 kJ/kg管程流體在130下的物料數(shù)據(jù)：密度 i=950 kg/m3定壓比熱容 Cpi=4.2 kJ/（kg）熱導(dǎo)率 i=0.68 W/（m）動(dòng)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）1.5工藝計(jì)算1.5.1換熱器熱流量對(duì)于有相變化的單組分飽和蒸汽冷凝過程，則依冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝熱確定：=Dr 式中，為熱流量，W；D為蒸汽冷凝質(zhì)量流量，kg/s；r為飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg。蒸汽的冷凝量為6908kg/h=6908x1704/3600=3270kJ/s=3.27x106W1.5.2管子和殼體的材料管程介質(zhì)：酒精 殼程介質(zhì)：蒸汽 其腐蝕性弱，但要防止生銹，所以選擇不銹鋼材料。1.5.3確定兩種流體的流向，并計(jì)算出流體的有效平均溫差設(shè)計(jì)時(shí)初算平均溫差tm，均將換熱過程先看做逆流過程計(jì)算對(duì)于逆流或并流換熱過程，其平均溫差可按下式進(jìn)行計(jì)算：tm= =18.2（K）式中t1、t2分別為大端溫差與小端溫差。1.5.4估算傳熱面積利用傳熱速率方程，估算傳熱面積Ap：Ap=/(Ktm) 根據(jù)物料性質(zhì)選取K值為2263W/(m2 k)則Ap=3.27x106/（2263x18.2）=79.4 m2圓整后取Ap=80 m21.5.5初步確定換熱器的基本參數(shù)(1)換熱管型號(hào)： 管徑：選用較小直徑的管子，可以提高流體的對(duì)流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中的傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體。由于酒精腐蝕性小是清潔流體，故可以選用d0=25x2的不銹鋼管。 管間距：由于管程介質(zhì)干凈，管外無需清洗查表5-1，取管間距a=32mm 管長：按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為L=2.4m 根據(jù)國內(nèi)管材生產(chǎn)規(guī)格，同時(shí)考慮管長與管徑的配合初選長度L=2.5m。 管子根數(shù)：對(duì)于已定的傳熱面積，當(dāng)選定管徑和管長后，由式n=進(jìn)行計(jì)算n=Ap/3.14d(L-0.1)=80/3.14x0.025(2.5-0.1)=424.6425根 管程數(shù)：初選1 管子排列方式：管子在管板上的排列，應(yīng)力求分布均勻、緊湊，一般選正三角形排列如圖 (2)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)：平均傳熱溫差校正系數(shù)有R=1.3P=0.44按單殼程，單管程結(jié)構(gòu) ，查圖得t=0.83平均傳熱溫差tm=ttm=0.83x18.2=15.1K由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。(3)殼體內(nèi)徑：依據(jù)公式Di=a（m-1）+2b 式中 a換熱器管間距，取a=32mm：m正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，根據(jù)換熱器管子的排列方式，m=23；b-最外層管子外表面至殼內(nèi)壁邊緣的距離，取b=0.5d0。Di =32x（23-1）+2x0.5x25=729mm取筒體直徑：Di =1000mm。(4)布管限定圓DlDi-2b=1000-2*0.5*25=975mm(5)折流板： 選擇弓形折流板其形式為其上圓缺切口大小和板間距的大小是影響傳熱和壓降的兩個(gè)重要因素，因?yàn)闅こ逃邢嘧?，圓缺切口的高度h=0.43Di=0.43x1000=430mm 查表5-2折流板管子外徑d0=25mm 管孔直徑d=25.8mm 允許誤差+0.4/0 折流板外直徑與殼體的直徑之間應(yīng)有一個(gè)合適的間隙，查表5-3取折流板名義外直徑DN-6=994mm 允許誤差0/-0.8 折流板間距 不小于50mm 不超過Di，B=0.3Di=0.3x1000=300mm，換熱管最大無支撐間距 查表5-5為1850mm可取B=470mm 折流板數(shù)N=L/B-1=2500/470-1=4.3 取4塊 折流板厚度 查表5-4 為12mm 折流板圓缺面水平裝配如圖(6)拉桿： 拉桿結(jié)構(gòu)：因?yàn)槔瓧U定距管結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束故選取如圖所示 拉桿直徑取16mm 拉桿數(shù)量查表5-6為6個(gè) 拉桿長度：因?yàn)檎哿靼宓拈g距為B=470mm，所以選取5根 L1470x4+20+60=1960mm，取L1=1980；1根 L2470x3+20+60=1490mm，取L2=1495mm查得管板上拉桿孔深Ld=20mm。 定距管：折流板間距取長度為470x2+12=952mm，長度為470mm。(7)實(shí)際換熱管根數(shù)：在設(shè)置六根拉管的情況下，實(shí)際排得換熱管的根數(shù)為427根（433-6=427）。如圖1.5.6進(jìn)行傳熱系數(shù)的校核和阻力降的計(jì)算(1)傳熱系數(shù)校核：1)顯熱段傳熱系數(shù)KCL 設(shè)傳熱管出口處汽化率xe=0.024，則用式qmt=qmb/xe計(jì)算循環(huán)流量qmt其中qmb為釜液汽化質(zhì)量流量；qmt=4600/（3600x0.024）=53.24kg/s 顯熱段管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用下式計(jì)算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速G為G=qmt/Si Si=di2NT/4其中Si為管內(nèi)流通截面積，m2；di為傳熱管內(nèi)徑，m；NT為傳熱管系數(shù)G=53.24x4/（3.14x0.0212x1800）=85.44kg/（m2 s）管內(nèi)雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)分別為Re=diG/Si Pr=cpii/i Re=0.021x85.44/2.5x10-4=10200Pr=4200x2.5x10-4/0.68=1.54用式hi=0.023Re0.8Pr0.4=0.023x0.68x102000.8x1.540.4/0.021=1078W/（m2 K） 計(jì)算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用式（3-61）計(jì)算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量qm0為qm0=/r0=3.27x106/1704000=1.92kg/s計(jì)算傳熱管外單位潤濕周邊上冷凝的質(zhì)量流量M為M=qm/d0NT=1.92/（3.14x0.025x1800）=0.0135kg/（ms）計(jì)算冷凝液膜的Re0為Re0=4M/=4x0.0135/2.5x10-4=2172100計(jì)算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0為h0=0.75x1.88x Re0-1/3/（2/2g3）1/3=0.75x1.88x217-1/3/（2.5x10-4）2/(8592x9.81x0.543）1/3=6160 W/（m2 K）式中，0.75為校正系數(shù)，是對(duì)雙組分冷凝按單組分計(jì)算的校正。 污垢熱阻及管壁熱阻 沸騰側(cè)Ri=4.299x10-4 m2 K/W，冷凝側(cè)R0=1.72x10-4 m2 K/W,管壁熱阻Rw=4.299x10-5 m2 K/W。計(jì)算顯熱段傳熱系數(shù)KCL為KCL=1/（d0/hidi+Rid0/di+Rwd0/dm+R0+1/h0）=1/（25/1078x21+4.299x10-4x25/21+4.299x10-5x25/23+1.72x10-4+1/6160）=2280 W/（m2 K）2)蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KCE 計(jì)算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量Gh為Gh=3600G=3600x85.44=3.08x105 kg/（m2h）當(dāng)xe=0.024時(shí)，計(jì)算Martinelli參數(shù)Xtt為Xtt=(1-x)/x0.9( v/b)0.5(b/v)0.1=(1-0.024)/0.0240.9( 0.88/950)0.5(2.5x10-4/0.012x10-5)0.1=1.1581/Xtt=1/1.158=0.864由Gh=3.08x105 kg/（m2 h）及1/Xtt=0.864，查圖得a=1.0。當(dāng)x=0.4xe=0.4x0.024=0.0096時(shí)1/Xtt=1/(1-0.0096)/0.00960.9( 0.88/950)0.5(2.5x10-4/0.012x10-5)0.1=0.374由Gh=3.08x105 kg/（m2 h）及1/Xtt=0.374，查圖得a=1.0。計(jì)算泡核沸騰修正因數(shù)a為a=（1.0+1.0）/2=1.0用式計(jì)算泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hnb為hnb=0.225xb/dixPr0.69x(d/Aprbb)0.69(b/v-1)0.33(pdi/)0.31=0.225x0.68/0.021x1.540.69x(3.27x106x0.021/80x2225x103x0.25x10-3)0.69(950/0.88-1)0.33(1.6x105x0.021/5.6x10-2)0.31=2051 W/（m2 K）計(jì)算以液體單獨(dú)存在為基準(zhǔn)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi hi=0.023Re（1-x）0.8Pr0.4=0.023x0.68x10200（1-0.0096）0.8x1.540.4/0.021=2076 W/（m2 K）計(jì)算對(duì)流沸騰因子Ftp=3.5（1/Xtt）0.5=3.5x0.3740.5=2.14計(jì)算兩相對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)htp=Ftphi=2.14x2076=4442.64 W/（m2 K）計(jì)算沸騰傳熱膜系數(shù)為hiE=htp+ahnb=4442.64+1x2051=6494 W/（m2 K）計(jì)算蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KCE為KCE=1/（d0/hiEdi+Rid0/di+Rwd0/dm+R0+1/h0）=1/（25/6494/21+4.3x10-4x25/21+4.3x10-5x25/23+1.72x10-4+1/6160）=3100 W/（m2 K）3)顯熱段和蒸發(fā)段長度 計(jì)算顯熱段的長度LBC與傳熱管總長L的比值LBC/L=1.961x10-3/1.961x10-3+(3.14x0.021x427x671.2x25016)/(4228.9x950x120.86)=0.322LBC =3x0.322=0.97m LCD =2.5-0.97=1.53m4)平均傳熱系數(shù) 計(jì)算傳熱系數(shù)KC為KC=(KCLLBC+KCELCD)/L=(2280x0.97+3100x1.53)/2.5=2782 W/（m2 K）需要傳熱面積為AC=/(KCxtm)= 3.27x106/（2782x18.2）=65m25)面積裕度 實(shí)際傳熱面積0.5A=3.14x0.025x2.5x427=84m2H=(A-AC)/A=(84-65)/84=22.6%該再沸器的熱面積合適。(2)循環(huán)流量校核1)循環(huán)推動(dòng)力 當(dāng)x=xe/3=0.024/3=0.008時(shí)，用式（3-65）計(jì)算Martinelli參數(shù)Xtt為用計(jì)算可得用式計(jì)算處的兩相流平均密度當(dāng)式（2）循環(huán)阻力管程進(jìn)口管阻力根據(jù)同時(shí)根據(jù)根據(jù)用式傳熱管顯熱段阻力根據(jù)用式根據(jù)根據(jù)傳熱管蒸發(fā)段阻力根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)管程內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力 管程內(nèi)流體的質(zhì)量流速G=193.9kg/(m2.s) 用式因動(dòng)量變化引起的阻力系數(shù)為根據(jù)管程出口阻力 根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)循環(huán)推動(dòng)力循環(huán)推動(dòng)力1.6設(shè)計(jì)結(jié)果匯總第二章 再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)2.1殼體和管箱壁厚的計(jì)算2.1.1殼體壁厚計(jì)算根據(jù)工藝條件殼程的設(shè)計(jì)壓力為p=0.4Mpa，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)=0.85，材料用0Cr18Ni9，t=137Mpa，取鋼板的厚度負(fù)偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=2mm，c=c1+c2=2.8mm，設(shè)計(jì)壁厚td為：td=pDi/(2t-p)+c=0.4x1000/(2x137x0.85-0.4)+2.8=4.5mm考慮到換熱器立體擺放，殼體上需安裝支座，為此適當(dāng)增加筒體壁厚，且對(duì)合金鋼最小壁厚要求，取筒體的名義厚度為tn=8mm2.1.2管箱壁厚計(jì)算換熱器的管箱材料為Q235-B，該材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力為113MPa，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)=0.85，鋼板的厚度負(fù)偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=2mm，c=c1+c2=2.8mm，管箱的設(shè)計(jì)壁厚td為： td=pDi/(2t-p)+c=(0.4x1000)/(2x137x0.85-0.4)+2.8=4.5mm取管箱壁厚為tn=6mm2.1.3換熱器水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)壓力有pT=1.25p/ t=0.5Mpa和pT=p+0.1=0.5Mpa中取一大值pT=0.5Mpa。T=pTDi+(tn-c)/2(tn-c)=0.5x1000+(8-0.8)/2(8-0.8)=35Mpa所用Q235-B板材在常溫時(shí)s=235Mpa，0.4s=0.4x235x0.85=80Mpa可見水壓試驗(yàn)時(shí)筒體、封頭壁內(nèi)應(yīng)力都小于0.4s，水壓試驗(yàn)安全。2.2殼體、管子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1管板形式由于殼體壁厚小于等于12mm且殼程設(shè)計(jì)壓力不大于1Mpa故管板選擇兼做法蘭式。2.2.2殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)選擇不可拆式，采用焊接的方法連接參照5-7表選取 附圖2.2.3換熱管與管板連接形式換熱管與管板具有較好的可焊性，且沒有較大的振動(dòng)及有間隙腐蝕的場(chǎng)合，故采用強(qiáng)度焊加貼脹。如圖換熱管規(guī)格：外徑x壁厚 25x2 換熱管最小伸出長度l1=1.5mm l3=2mm l2=2.5mm2.2.4固定管板式換熱器管板尺寸查得：外徑D=1130mm D1=1090mm D3=997mmD7=1045mm 板厚b=51mm c=12mm d=23mm n=36個(gè) 重量：133kg管板形式如圖所示：2.3殼體高度 L=換熱管長度-2x管板厚度-2x換熱管伸出長度=2500-2x51-2x1.5=2395mm2.4換熱器封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 其厚度取6mm。根據(jù)JB/T4737-1992標(biāo)準(zhǔn)，取上下封頭均為EHA1000X6,直邊高度25mm。材料選擇不銹鋼。2.5容器法蘭查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712.3-2007選用型號(hào)為RF 1000-0.6具體尺寸如圖所示2.6管箱結(jié)構(gòu)2.6.1管箱結(jié)構(gòu)對(duì)于單管程換熱器管箱且內(nèi)直徑為1000mm的可以選用常見的B型（封頭管箱）如圖所示的結(jié)構(gòu)2.6.2管箱與管板的連接結(jié)構(gòu) 選用如圖所示平焊法蘭RF 1000-0.6凸面密封就可以滿足工藝要求。2.6.3墊片的選擇 再沸器屬于中低壓容器且介質(zhì)為蒸汽，根據(jù)工作壓力0.4MPa和工作溫度150查得密封墊圈采用寬20mm的石棉橡膠板-平形，尺寸1044x1004x3。2.6.4管箱長度的確定管箱最小長度：單程管箱采用軸向接管時(shí)，接管中心線上的管箱最小長度應(yīng)大于或等于接管內(nèi)徑的1/3即Lg min=Di/3=1000/3=333mm管箱最大長度：對(duì)于單程管箱來說，管箱長度應(yīng)考慮流通面積、各相鄰焊縫間的距離外，還應(yīng)考慮管箱中內(nèi)件的焊接和清理Lg max=988mm綜合考慮管箱應(yīng)有足夠的空間來均勻輸送流體且333mmLg988mm，現(xiàn)取管箱筒節(jié)長Lg=500mm。2.7換熱管與殼體在溫差作用下的應(yīng)力計(jì)算2.8管子拉脫力和穩(wěn)定性校核該換熱器在可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)工況下管子的應(yīng)力為：管子殼體材質(zhì)0Cr18Ni9鋼Q235-B/-111.2x10-611.2x10-6E/Mpa0.21x1060.21x106尺寸25x2x25001000x8管子數(shù)427根管間距32mm管殼壁溫差t=20管子與管板連接方式強(qiáng)度焊加貼脹脹接長度l=36mm在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qp為qp=pf/d0l 式中f=0.866a2-d02=0.866x322-252=396mm2p=0.4Mpa；l=36mmqp=0.4x396/（3.14x25x36）=0.056 Mpa而溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方脹接周邊上的拉脫力qt=式中 t=As=Dtn=3.14x1000x8=25120mm2At=（d02-di2）n/4=3.14x（252-212）427/4=61676mm2則t=11.2x10-6x0.21x106x20/（1+25120/61676）=33.4Mpaqt=33.4x（252-212）/（4x25x36）=1.7Mpa由于管子和管板的連接采用脹焊結(jié)合，管子的許用拉脫力遠(yuǎn)小于0.5材料的許用應(yīng)力，因此拉脫力再許用范圍內(nèi)。2.9判斷是否需要膨脹節(jié)膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件，依靠這樣易變形的撓性構(gòu)件對(duì)管子與殼體的熱膨脹差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來緩和或降低殼體與管子因溫差而引起的溫差應(yīng)力。管殼壁溫所產(chǎn)生的軸向力F1= As At=11.2x10-6x0.21x106x36x25120x61676/（25120+61676）=1.5x106N壓力作用于殼體上的軸向力F2=QAs/(As+At)式中 Q= (Di2-nd02)ps+ndi2pt= (10002-427x252)x0.4+427x212x0.2=2.6x105NF2=2.6 x105x25120/(25120+61676)=1.5x104N壓力作用在管子上的軸向力F3=2.6 x105x61676/(25120+61676)=1.85x104N則s=（F1+F2）/As=（1.5x106+1.5x104）/25120=60Mpat=（-F1+F3）/At=（-1.5x106+1.85x104）/61676=-24 Mpa根據(jù)GB151-1999的設(shè)計(jì)規(guī)定，在考慮熱應(yīng)力的情況下管子和殼體上的應(yīng)力均小于3倍的許用應(yīng)力，實(shí)際求得的應(yīng)力均較小，滿足設(shè)計(jì)要求，故本換熱器不必設(shè)置膨脹節(jié)。2.10接管、接管法蘭及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)2.10.1接管按提供的工藝參數(shù)殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為1=10m/s，則內(nèi)徑為D1=1.03m取D1=105mm管程流體進(jìn)出口接管：取管內(nèi)液體流速為2=2.5m/s，則內(nèi)徑為D2=2.06m取D2=210mm按合理的速度選取的管徑后，同時(shí)考慮外形結(jié)構(gòu)的均勻、合理、協(xié)調(diào)以及強(qiáng)度的要求后，應(yīng)使管徑限制在d0=（1/31/4）Di=（250333）mm內(nèi)，綜合考慮選取各管徑:即蒸汽進(jìn)管:108x4 冷凝水出管：57x3酒精出管:273x6酒精進(jìn)管: 89x3 排水口：57x3