分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計冷凝器的工藝設(shè)計

1、 理 工 大 學化工課程設(shè)計說明書作 者:學 號：學院(系):化工學院專業(yè):化學工程與工藝題 目:分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計回流系統(tǒng)的設(shè)計 指導者：評閱者： 年 月 化工課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計回流系統(tǒng)的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)1、精餾系統(tǒng)處理能力：4500kg/h；2、精餾系統(tǒng)進料組成：甲醇含量28%（質(zhì)量，下同），溫度為25；3、精餾系統(tǒng)工藝要求：甲醇回收率為97.5%，塔底甲醇含量為1%；4、精餾塔操作條件：常壓；三、設(shè)計內(nèi)容1、回流系統(tǒng)工藝設(shè)計條件的確定；2、回流系統(tǒng)的工藝設(shè)計；3、冷凝器的設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計；4、冷凝器的強的設(shè)計；四、設(shè)計要求1、設(shè)計說明書一份；2、設(shè)

2、計圖紙： a、精餾系統(tǒng)工藝流程圖一張（采用AutoCAD繪制）； b、回流系統(tǒng)主要設(shè)備總裝配圖一張（A1）；3、答辯。五、設(shè)計完成時間目 錄第一章 冷凝器的工藝設(shè)計1 11 設(shè)計任務(wù)和操作條件1 12 設(shè)計方案的確定1 13 確定物性數(shù)據(jù) 1 14計算傳熱面積 2 141 計算冷凝器的熱負荷 2 142 計算平均溫差tm 3 假定傳熱系數(shù) 5 144 計算傳熱面積 5 15 工藝結(jié)構(gòu)尺寸5 16 換熱器核算 8 17 阻力計算 10 18 工藝設(shè)計匯總表 13第二章 冷凝器結(jié)構(gòu)及強度設(shè)計2.1殼體、管箱殼體和封頭的計算14 211殼體管箱的設(shè)計14 212封頭的設(shè)計14 213封頭的強度計算

3、14 214筒體的強度計算.152.2進出口的設(shè)計16 221接管外伸長度16 222接管最小位置 16 223接管與筒體、管箱殼體的連接 17 214筒體的強度計算1823 管板18 231管板的結(jié)構(gòu)18 232管板的尺寸18 23.3 固定管板的強度計算1924換熱管 2125 法蘭的選定 23 251 管板法蘭蓋的選定23 252 接管法蘭的選定 2426 管子與管板的連接2527 膨脹節(jié) 2528 折流板 2529 拉桿、定距管 26210 鞍式支座的選擇 27211 分程隔板28212 防沖擋板28213 泵的選擇29214 主要零部件匯總表30心得體會.31參考文獻 32第一章 再

4、沸器設(shè)計任務(wù)書一，設(shè)計題目分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計再沸器的設(shè)計二，設(shè)計任務(wù)1） 精餾系統(tǒng)的處理能力：4500kg/h；2） 精餾系統(tǒng)的進料的組成：甲醇含量28%（質(zhì)量，下同），溫度為25；3） 精餾系統(tǒng)的工藝要求：甲醇的回收率為97 .5，塔底甲醇含量1%；4） 精餾塔操作條件：常壓三，設(shè)計內(nèi)容1） 再沸器工藝條件的確定2） 再沸器的工藝設(shè)計3） 再沸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計4） 再沸器的強度設(shè)計四，設(shè)計要求1） 設(shè)計說明書一份2） 設(shè)計圖紙：a 精餾系統(tǒng)工藝流程圖一張（采用AutoCAD繪制）b 再沸器總裝配圖一張（AI）3） 答辯 五設(shè)計完成時間 200793第二章 再沸器的設(shè)計工藝21.1塔釜物

5、料基本數(shù)據(jù)精餾塔計算結(jié)果有塔釜釜液的數(shù)據(jù)：塔釜的組成與流量：Xw=0.565%(摩爾分數(shù))氣相摩爾流量= 136(kmol/h) 氣相體積流量= 4062.27(m3/h)塔釜的溫度：塔底氣相溫度：twv=99.86塔底液相溫度：twL=99.24塔釜的壓強： 精餾段每塊塔板壓降398.4pa 塔板數(shù)：18 提餾段每塊塔板壓降417.37pa 塔板數(shù)：10 設(shè)塔頂?shù)谋韷簽?000Pa.則塔釜壓強（表壓）：p=2000+398.4×18+417.37×10=13344.9(pa)由于塔底氣相，液相的溫度相差不是很大，故在設(shè)計的時候可以看成他們的溫度相同，為了計算的方便以及物性

6、常數(shù)的查找，在設(shè)計的時候我們選取的溫度為100。又有塔釜甲醇的含量在0.565%，其甲醇水溶液的物性常數(shù)和100度的純?nèi)芤汉芙咏?。在這里我們將塔釜溶液看成是100的水溶液來處理。用于加熱的介質(zhì)我們用工廠中很常用的水蒸汽來加熱，我們選取130的飽和水蒸氣。21.2再沸器形式的選擇 由于我們所加熱的物質(zhì)是甲醇的水溶液，其黏度較小，也比較的清潔，不易結(jié)垢因此我們選用立式熱虹吸再沸器。其具有傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便、釜液在加熱段停留時間比較段不易結(jié)垢、調(diào)節(jié)方便占地面積小和設(shè)備及運行費用低的顯著特點。我們設(shè)計釜液在管程中被加熱，水蒸氣在殼程中冷凝。能夠滿足我們的要求。22立式熱虹吸再沸器的工藝設(shè)計

7、：221管程和殼程設(shè)計條件 表1-1 管程與殼程狀態(tài)及設(shè)計條件殼程管程溫度130100壓力0.3Mp0.12MP冷凝量2687 kg/h蒸發(fā)量2461 kg/h222物性數(shù)據(jù) ：a.殼程凝液在定性溫度130時的物性數(shù)據(jù) 1潛熱r(kJ/kg) ：2177.6 熱導率(w/(m.k)：0.685黏度(pa.s) ：0.00022 密度(kg/m) ： 934.8b.管程釜液流體在100時的物性常數(shù):潛熱rb(kJ/kg):2263.8 液相熱導率b: (w/(m.k): 0.6804液相黏度b(pa.s): 0.000282 液相密度b(kg/m): 958.4液相定壓比熱容cpb(J/(Kg.

8、K) ：4234表面張力b(N/m): 0.0588 氣相黏度v(pa.s):0.000012氣相密度v(kg/m): 0.598蒸汽壓曲線斜率(t/p) ：0.00275 (m2.k/kg) 223估算設(shè)備尺寸 21 用式 2 計算熱量 用式 計算傳熱溫差tmtm= (130+237.5)-( 237.5+100)=30(k) 3.假設(shè)傳熱系數(shù)K=640k(W/(m2.k) 則用式估算傳熱面積Ap為： 4擬用傳熱管規(guī)格為 則根據(jù)式計算傳熱管數(shù)NT為：Nt= 5若將傳熱管按正三角形排列則用式 計算殼徑D其中t為管心距 查表得t=32mm 代入數(shù)據(jù)得：a=10 , b=20 D=0.683m且取

9、管程進口管直徑 mm出口管直徑mm 323 工藝設(shè)計核算231傳熱系數(shù)的校核 4傳熱系數(shù)KL 設(shè)傳熱管出口處汽化率xe=0.036則用式 計算循環(huán)量Wt= 顯熱段傳熱管內(nèi)表面的傳熱系數(shù) 用式,計算傳熱管質(zhì)量流速G 代入數(shù)據(jù)得 G=168.28(Kg/(m2/s)用式 計算Re Re=用式計算Pr=用式計算顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ii 計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用式家冷凝的質(zhì)量流量Dc用式 計算傳熱管外單位潤濕周邊上冷凝質(zhì)量流量M=用式 計算冷凝膜的Re0=用式 計算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0=-式中0.75為矯正系數(shù)。是對雙組分按單組分計算的矯正 污垢熱阻及管壁熱阻 沸騰側(cè)Ri= 0.0004(

10、m2.k/w) 冷凝側(cè)Ro=0.000176(m2.k/w)管壁熱阻Rw=5.12×10-5(m2.k/w)用式 計算顯熱段傳熱系數(shù)蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KE 計算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量 Gh=3600×168.28=605808.2(kg/(m2.h) 當 xe=0.036 時用式計算參數(shù)xtt1/xtt =1.51由Gh及1/xt查圖1得E= 1 同理當x= 0.4xe 時計算1/xt為0.65再由Gh及1/xt查圖1得= 1 用式 計算核沸騰壓抑因數(shù)=1 用式 計算泡核沸騰表面 傳熱系數(shù)anb 用式 計算以液體單獨存在為基準的對流傳熱系數(shù) 計算沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用式 計算對流

11、沸騰因子Ftp用式計算兩相對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用式 計算沸騰傳熱膜系數(shù)用式 計算沸騰傳熱系數(shù)KE顯熱段和蒸發(fā)段的長度 用式 計算顯熱段的長度和總長的比值LBC=3×0.33=0.99(m) LCD=3-0.99=2.01(m)用式 計算傳熱系數(shù)Kc 實際需要的傳熱面積為傳熱面積的欲度 利用式 得232循環(huán)流量的校核 2a 循環(huán)系統(tǒng)的推動力當 X=Xe/3=0.036/3=0.012 時計算參數(shù)xtt 用式計算兩相流的液相分率RL 用式 計算兩相的平均密度為 當 x=xe=0.036時同理有參數(shù)Xtt=0.66兩相流的相分率RL=0.1687用式計算兩相流的平均密度為=162.26式中的L

12、 值參照表并根據(jù)焊接的需要取1.06mm 于是可以用式 計算循環(huán)推動力b 循環(huán)阻力 2(1)管程進口的管阻力的計算用式計算釜液在管程進口管內(nèi)的質(zhì)量流速G為用式計算釜液在進口處的Rei為用式計算進口的長度和局部阻力的當量長度Li為用式計算進口管內(nèi)流體的摩擦系數(shù)為用式計算管程阻力（2）傳熱管顯熱段的阻力 用式計算釜液傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速G為用式計算釜液在傳熱管內(nèi)流動時的Re為用式計算進口管內(nèi)流體的流動的摩擦系數(shù)為用式計算傳熱管顯熱段的阻力為（3）傳熱段的蒸發(fā)的阻力 氣相流動作用力的計算用式計算氣相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速 為用式計算氣相在傳熱管內(nèi)的流動的為用式計算氣相在傳熱管內(nèi)的流動摩擦系數(shù)為用式計算氣

13、相在傳熱管內(nèi)的流動阻力為液相流動阻力 的計算 用式計算液相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速用式計算液相在傳熱管內(nèi)的Rel為用式計算在傳熱管內(nèi)的液相摩擦系數(shù)為用式計算液相在傳熱管內(nèi)的液相流動阻力為用式計算計算傳熱管內(nèi)兩相流動阻力（4） 蒸發(fā)段管程內(nèi)因動量變化引起的阻力管程內(nèi)流體的的質(zhì)量流速G為 168.28/(.s ) 用式計算蒸發(fā)段內(nèi)因動量變化引起的阻力系數(shù)M為用式計算蒸發(fā)段管程內(nèi)因動量引起的阻力 為管程出口管阻力 氣相流動阻力的計算用式計算管程出口管中氣、液相總質(zhì)量流速G為用式計算管程出口管中氣相質(zhì)量流速為用式計算管程出口管的長度和局部阻力當量長度的和用式計算管程出口管中氣相的流動ReV為用式計算管程出

14、口管中氣相流動的摩擦系數(shù)為用式計算管程出口中氣相流動阻力 為液相流動阻力的計算用式計算管程出口管中液相質(zhì)量流速為用式計算管程出口管中液相的流動ReL為用式計算管程出口管中液相流動的摩擦系數(shù)為用式計算管程出口中液相流動阻力為用式計算管程出口、管中兩相流動阻力 為（6）用式計算系統(tǒng)的阻力為循環(huán)推動力與循環(huán)阻力的比值循環(huán)推動里略大于循環(huán)的阻力 說明所設(shè)的出口汽化率 基本上正確的 因此所設(shè)計的再沸器可以滿足傳熱過程對循環(huán)流量的要求24工藝設(shè)計匯總表表1-2 工藝設(shè)計匯總表設(shè)備名稱再沸器殼程管程物料名稱進口出口混合蒸汽凝液甲醇水溶液溶液和蒸氣質(zhì)量流量/（kg/h）進口出口2686.992686.99 2

15、461+操作溫度/進口出口130130 99.24 99.86甲醇的摩爾分數(shù)0.0056熱流量Q/(w)1625332.941625332.94操作壓力（絕）(Mp)0.30.12定性溫度tm/130100液體物性參數(shù)比定壓熱容cpb (kJ/(Kg.K)熱導率(w/(m.k)密度(kg/m)黏度(pa.s)表面張力b(N/m)汽化潛熱r(kJ/kg)0.685934.80.000222177.60.000282958.40.0002820.05882263.8氣 體物 性參 數(shù)比定壓熱容密度rb(kJ/kg)黏度蒸汽壓曲線斜率(t/p)42341.4940.5980000012000275計

16、算傳熱系數(shù)Kc(w/(m2.k)844.53設(shè)備主要尺寸傳熱面積84.65管子規(guī)格25×2.5mm排列方式正三角形排列管中心距32mm管長3m管數(shù)359程數(shù)單程折流板間距折流板數(shù)殼體內(nèi)徑接管尺寸進口159×4.5mm133×4mm出口57×3.5mm219×6mm 材料碳鋼碳鋼面積裕度 3195%第三章 再沸器的結(jié)構(gòu)及強度設(shè)計3.1 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計3 .1.1殼體、管箱的設(shè)計 6 一般來說當殼體直徑400mm時，采用板材卷制殼體和管箱殼體。其直徑系列應(yīng)與封頭、連接法蘭的系列相匹配，以便于法蘭，封頭的選型。一般情況下，當直徑1000m

17、m時，直徑相差100mm為一個系列（如500、600、700）。 碳素鋼殼體、管箱的厚度可以按標準查表查得：當公稱直徑為700mm時，材料為Q-235A/B/C的碳素鋼，殼體的厚度為8mm,質(zhì)量為140kg/m;管箱的厚度為8mm, 管箱的長度為250mm，質(zhì)量為90kg/m. 封頭的設(shè)計 7封頭的厚度選定當公稱直徑為700mm時，材料為Q-235A/B/C的碳素鋼，封頭的厚度為8 mm。封頭的選定根據(jù)EHB標準橢形封頭的尺寸與質(zhì)量，當公稱直徑為700mm時，選定封頭的曲面高度為175mm，直邊高度為25mm，內(nèi)表面積F為0.586，容積V為0.074，厚度為8mm，質(zhì)量G為38kg。封頭的強

18、度計算 81）短節(jié)計算壁厚 <3mm 故 min=3 min- >C1n=4mme=2.2mm 壓力實驗校核 直邊高計算系統(tǒng)的阻力為25mm 管箱短節(jié) 封頭的厚度計算=mmn=min+c2+=5mm 結(jié)合補強需要取n=8mme=n-c1-c2=5.2mm管箱、短節(jié)的厚度相同都取8mm壓力滿足強度的要求，外頭封蓋選用標準橢圓封頭 封頭強度的計算= 鋼板的負偏差取C1=0.8mm 腐蝕余量C2=1mm最小壁厚：min=3mm 所以封頭符合強度要求。 筒體的強度計算其中：圓筒的計算厚度；圓筒的設(shè)計內(nèi)壓，；圓筒內(nèi)徑；鋼板在設(shè)計溫度下的需用應(yīng)力，；焊縫系數(shù)。查得Q235A在小于100時的需用

19、應(yīng)力為133單面焊：=1鋼板負偏差：。腐蝕余量：。最小壁厚：。 水壓試驗壓力 所選材料的屈服應(yīng)力s=235Mpa 水壓實驗滿足要求 PT=PC=0.3MPa所以筒體符合強度要求。3.2 進出口的設(shè)計 9 接管外伸長度 在工藝設(shè)計中，已經(jīng)得到：管程的入口接管尺寸為mm，出口接管的尺寸為219×6mm殼程的入口接管為mm，殼程的出口接管為mm.查表得接管的外伸高度：管程接管入口為200mm,管程出口接管為200mm殼程入口接管為200mm,殼程出口接管為150mm。 接管最小位置 在換熱器設(shè)計中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進、出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進、出口接管應(yīng)盡量

20、靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備質(zhì)量。然而，為了保證設(shè)備的制造、安裝、管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。殼程接管位置的最小尺寸無補強圈時，殼程接管的最小尺寸（接管中心距離管板密封面的長度）為： mm其中：接管外徑；管板厚度；取。本設(shè)計取C=100mm。管箱接管位置的最小尺寸無補強圈時，管程接管的最小位置為： mm 接管與筒體、管箱殼體的連接 9接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的結(jié)構(gòu)形式，采用插入式焊接結(jié)構(gòu)。一般接管不得突出殼體的內(nèi)表面。接管處的強度校核殼程入口處接管：接管設(shè)計壁厚：接管有效壁厚：接管開孔直徑：有效補強寬度：外側(cè)有效補強高度：需要補強面積：可以做補

21、強面積：所以不需要補強結(jié)構(gòu)。殼程出口接管：出口接管尺寸遠小于入口，同理可以算出出叩同樣不需要補強結(jié)構(gòu)。管程進出口接管：接管設(shè)計壁厚： 接管有效壁厚： 接管開孔直徑： 有效補強寬度： 外側(cè)有效補強高度：需要補強面積： 可以做補強面積：所以不需要補強結(jié)構(gòu)。(4)同理出口接管不需補強結(jié)構(gòu)3.3 管板 10管板的結(jié)構(gòu) 管板是管殼式換熱器的一個重要元件。它除了與管子和殼體等連接外，還式換熱器的一個重要受壓元件。對管板的設(shè)計，除了滿足強度要求外，同時應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計。 在本設(shè)計中，選定固定式管板換熱器兼作法蘭的管板。管板與法蘭連接的密封面為凸面，分成隔板的拐角處，倒角為。 碳鋼管板的隔板槽寬度為12

22、mm，槽深一般不小于4mm。 管板的尺寸管板的最小厚度：當管板和換熱管采用脹接時，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕度）應(yīng)滿足下表：表2管板的最小厚度換熱管外徑10， 14 ， 1925， 32， 3845， 57最小厚度易燃易爆有毒2025 ，32， 3845 ， 57無害介質(zhì)101520， 24， 2632 ， 36管板的尺寸：查表，得到殼程壓力大于管程壓力的碳鋼換熱管板尺寸如下：當殼程壓力不大于1.0,管程壓力不大于0.6，公稱直徑DN為700mm時：D=830mm,D1=790mm,D2=755mm,D3=697mm,D4=742mm,D5=700mm,C=12.5mm,d2=23mm,=3

23、0mm,b=40mm,鏍柱（栓）規(guī)格M20，數(shù)量24。選用上述管板尺寸時，若管板密封面尺寸和鏍栓中心孔尺寸與相應(yīng)標準法蘭不符合時，以標準法蘭為準。固定管板的強度計算 11管板厚，總換熱管數(shù) 一根管壁金屬的橫截面積為：開孔強度削弱系數(shù)(雙管程)：兩管板間換熱管有效長度（除掉兩管板厚）取計算系數(shù)：按換熱管志考慮，依值查圖得：管板最大應(yīng)力：其中：筒體內(nèi)徑截面積，mm2；管板上管孔所占的總截面積，mm2。當量壓差： =0.14Mpa管子最大應(yīng)力：查得管板，換熱管所以管板的強度校核：1.5換熱管的強度校核：所以強度符合要求。3.4 換熱管 6換熱管的規(guī)格和尺寸偏差表3換熱管的規(guī)格和尺寸偏差材料換熱管標準

24、管子規(guī)格mm普通精度mm外徑mm厚度外徑偏差厚度偏差碳鋼GBIYT8163GB9948%換熱管的排列形式選用等邊三角形排列，因為此排列方法使用最普遍，管子間距相等，所以在同一管板面積上課排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線和鉆孔。但殼程不易清洗，因為本設(shè)計江河水走管程，所以可以選擇三角形排列。換熱管心距換熱管中心距，最小應(yīng)為管子外徑的1.25倍；多管程的分程隔板處的換熱管中心距，最小應(yīng)為換熱管中心距加隔板槽密封面的寬度，以保證管間小橋在脹接時有足夠強度。本設(shè)計中，選擇換熱管心距S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距=44mm。布管限定圓布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑在管板式換熱器中，

25、布管限定圓其中：換熱器筒體內(nèi)直徑，mm；固定管板換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離且不小于8mm。3.5 法蘭的選定 13 管板法蘭蓋的選定由于換熱器管板是管板法蘭一體式選擇，所以管板法蘭蓋選擇T型板式平焊式法蘭。表4管板法蘭標準公稱直徑DN連接尺寸法蘭外徑螺柱中心圓直徑螺柱孔直徑螺栓空數(shù) 860 810 2624 700六角螺柱密封面尺寸法蘭內(nèi)徑B螺紋螺栓長度螺柱長度突面直徑d突出高度724M241101407755 接管法蘭的選定表5管程入口接管處法蘭：mm管子外徑連接尺寸法蘭外徑螺柱中心圓直徑螺柱孔直徑螺栓空數(shù) 240 200 188 133六角螺柱密封面尺寸法蘭內(nèi)徑B螺紋

26、螺栓長度螺柱長度突面直徑d突出高度135M1670901783表6管程出口接管處法蘭： mm管子外徑連接尺寸法蘭外徑螺柱中心圓直徑螺柱孔直徑螺栓空數(shù) 320 280 188 219六角螺柱密封面尺寸法蘭內(nèi)徑B螺紋螺栓長度螺柱長度突面直徑d突出高度222M1670952583表7殼程入口接管處法蘭： mm管子外徑連接尺寸法蘭外徑螺柱中心圓直徑螺柱孔直徑螺栓空數(shù) 265 225 188 219六角螺柱密封面尺寸法蘭內(nèi)徑B螺紋螺栓長度螺柱長度突面直徑d突出高度161M1670902023表8殼程出口接管出法蘭： mm管子外徑連接尺寸法蘭外徑螺柱中心圓直徑螺柱孔直徑螺栓空數(shù) 140 110 144 5

27、7六角螺柱密封面尺寸法蘭內(nèi)徑B螺紋螺栓長度螺柱長度突面直徑d突出高度59M1255709033.6 管子與管板的連接在本設(shè)計中，管板與管子的連接形式采用強度脹接。強度脹接是指管板與換熱管連接處的密封性和拉脫強度均由脹接來保證的連接。脹接結(jié)構(gòu)簡單，管子修補容易。管孔開槽的目的是提高抗拉脫力及增強密封性。換熱管外伸長度查表得：換熱管外徑為25mm時，伸出長度，槽深0.5。3.7 膨脹節(jié)判斷固定管板換熱器是否需要安裝膨脹節(jié)，需從管束與殼體的軸向強度及管板連接處的拉脫力、軸向穩(wěn)定三方面綜合考慮： 管束與殼體介質(zhì)壓力引起的軸向力 14由管程和殼程介質(zhì)壓力引起的軸向力 由介質(zhì)壓力引起的殼壁上軸向力和管壁上

28、軸向力： As=D=3.14×708×8=17784.96 Ab=n D=355×3.14×22.5×2.5=62701.88殼體內(nèi)的拉應(yīng)力：管束內(nèi)的拉應(yīng)力：由于，所以，也因為殼體和管束的彈性應(yīng)變是相等的拉脫力：查表得： ， 碳素鋼的彈性模量：殼體與換熱器的軸向應(yīng)力和 換熱管與管板連接的拉脫力當換熱管與管板采用脹接方法連接時，管子拉脫應(yīng)力q應(yīng)滿足：其中：一根換熱管的橫截面積，；換熱管外徑，mm；脹接長度，mm。需用應(yīng)力拉脫力的值為： 管端卷邊或管板孔開槽時， 換熱管與管板連接的拉脫力換熱管的臨界應(yīng)力：其中： 截面圖形的慣性半徑，mm；壓桿的計算

29、長度，mm。=8mm=1409.26MPa=496.76MPa其中：壓桿的穩(wěn)定安全系數(shù)。對于鋼件其=1.83。所以，本冷凝器不需要安裝膨脹節(jié)。3.8 折流板 15本冷凝器選擇水平單弓形的弓形折流板。折流板的安裝：其中：殼程入口接管旁第一塊折流板距離管板非密封面的距離；殼程接管位置最小尺寸；防沖板長度，無防沖板時可取。折流板排列方式：選擇水平切口排列方式，這種方式造成流體激烈擾動，有利于增大傳熱系數(shù)。折流板與殼體的間隙：查表得：當公稱直徑DN為500900時，折流板的名義外直徑為DN-4.5，折流板允許外徑偏差為-0.8。折流板厚度當殼體公稱直徑DN為400700，換熱管無支撐長300mm時，折

30、流板的厚度取4mm。折流板的管孔：折流板的管孔直徑和公差當換熱管外徑d為25mm時，折流板管孔直徑為25.8mm,允許偏差為+0.40mm。管孔中心距選擇管孔中心距為32mm，公差為相鄰兩空+0.30mm，任意兩孔為±1.00mm。、管孔加工折流板上管孔加工后兩端必須倒角。3.9 拉桿、定距管 16拉桿的結(jié)構(gòu)形式 拉桿定距管結(jié)構(gòu)：拉桿一端用螺紋擰入管板，每兩塊折流板之間的間距用定距管固定，每根拉桿上最后一塊折流板與拉桿焊接如設(shè)備圖。這種形式易于調(diào)節(jié)折流板之間的松緊程度，在穿進換熱管后，各折流板處于相對自由狀態(tài)。拉桿的尺寸選擇拉桿直徑為16mm，拉桿螺紋公稱直徑為16mm， 拉桿數(shù)目為

31、6。為20mm,60mm，管板上拉桿孔深為20mm。3.10 耳式支座的選擇 171.容器總質(zhì)量2.初定支座型號及數(shù)量并計算安裝尺寸容器總重約17.5Kn,若選A型支座,考慮總重不大,A2型一個支座即可承受20KN,為穩(wěn)定計取A2支座三個,根據(jù)耳座及筒體尺寸得:3.確定水平力根據(jù)抗震度,取4.支座反力Q對器壁作用的外力矩M3.11 排液口 立式換熱設(shè)備中殼程的排氣和排液口采用在管板上開設(shè)不小于16mm的孔 孔端采用螺塞或焊上接管法蘭選擇分程隔板的厚度為8mm。分程隔板應(yīng)滿焊于管箱上。在設(shè)計時要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封面、管板密封面與分程槽必須在同一基面上。為了保證隔板與管箱法蘭的密封面

32、處于同一上，在制造上常將管箱法蘭加工成半成品（密封面不加工）。待管箱短節(jié)、封頭、分程隔板與法蘭焊接后檢驗合格以后，進行第二次加工，保證法蘭密封面及隔板密封面在同一基準。在管板上的分程隔板深度一般不少于4 mm,槽寬為12mm。槽的拐角處的倒角45度，倒角寬度為分程墊片圓角半徑加12 mm。3.12 主要零部件匯總表 項目 厚度 材料 備注 殼體 8mm Q235-A 管板 40mm 16MnR 兼作法蘭， 焊接封頭 8mm Q235-A 筒體法蘭 法蘭-T 600-0.6 JB7401-92墊片 墊片 600-0.6 GB 3985螺柱 M16 Q235-A 螺柱 M12 Q235-A冷卻水進

33、出口法蘭 M16 Q235-A 殼程進口法蘭 M16 Q235-A 殼程出口法蘭 M12 Q235-A 支座 A2 Q235-A管箱 150 16MnR殼程入口接管 8 Q235-A殼程出口接管 8 Q235-A管程入口接管 8 Q235-A管程出口接管 8 Q235-A排液口 Q235-A折流板 4 Q235-A拉桿 16MnR參考文獻1 鐘秦，王娟，陳遷喬，曲虹霞.化工原理.國防工業(yè)出版社.2 劉光啟，馬連湘，劉杰.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊.化學工業(yè)出版社.3王國勝.化工原理課程設(shè)計.大連理工大學出版社.4中國石化集團上海工程有限公司化工工藝設(shè)計手冊第三版（上冊）化學工業(yè)出版社.5洪國寶.換熱

34、器設(shè)計.上?？茖W技術(shù)出版社.6錢頌文.換熱器設(shè)計手冊. 化學工業(yè)出版社.7 董大勤化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（二版）化學工業(yè)出版社8 匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.化學工業(yè)出版社.9中國石化集團上海工程有限公司化工工藝設(shè)計手冊第三版（下冊）化學工業(yè)出版社10 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計.化學工業(yè)出版社.11 朱有庭，曲文海，于浦義.化工設(shè)備設(shè)計手冊（上冊）.化學工業(yè)出版社.12 徐建成，宗士增，吳欣.工程制圖.國防工業(yè)出版社.13 潘永亮，劉玉良.化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ).科學出版社.14 陳英南，劉玉蘭.常用化工單元設(shè)備的設(shè)計.華東理工大學出版社.15 馮伯華.化學工程手冊(2).

35、化學工業(yè)出版社. 16 馬沛生.化工數(shù)據(jù).中國石化出版社.17 丁伯民，黃正林.化工容器.化學工業(yè)出版社.課 程 設(shè) 計小 結(jié)在寫這份小結(jié)的時候有著很自豪的感覺，這一個月的奮斗自己付出了很多，幾乎每天都呆在教室，特別是后面的一個星期，整天對著電腦畫圖，修改說明書，到后面自己 都麻木了， 但熟話說有一份付出必定有一份收獲，看著自己的作品心理不由得歡喜萬分。 通過這次課程設(shè)計，我掌握了化工設(shè)計的基本程序與方法，提高了結(jié)合設(shè)計課題查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的能力，通過查閱技術(shù)資料，選用設(shè)計計算公式，搜集數(shù)據(jù)，分析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強了分析問題、解決問題的能力，了解了一般化工工程設(shè)計的

36、基本內(nèi)容與要求；通過編寫設(shè)計說明書，提高了我的文字表達能力，基本掌握了撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；通過制圖，了解了一般化工設(shè)備圖基本要求，進行了一次較為系統(tǒng)等的繪圖基本技能訓練。同時也培養(yǎng)了合理確定工藝流程、正確進行工藝計算、用技術(shù)經(jīng)濟的觀點評價設(shè)計結(jié)果，用文字數(shù)表圖紙表達設(shè)計思想、以及嚴謹認真的工作態(tài)度和工作作風。此次設(shè)計的最大感觸就是，設(shè)計計算是一個反復試算的過程，計算的工作量非常大，通常一個小小的數(shù)據(jù)將影響整個設(shè)備的主體尺寸或強度要求，這就要求我們每一步的計算都要認真，每個數(shù)據(jù)的選取都要有它的合理性。不僅要求計算正確，好應(yīng)從工程的角度綜合考慮各種因素，從總體上達到最佳結(jié)果。在設(shè)計中最大的收獲

37、就是認識到了理論與實際的差異性，在以前的學習中,我們所學習的都是純理論知識讓我們忽視了對現(xiàn)實中合理性的考察,在這次設(shè)計中,對很多設(shè)備進行設(shè)計時,所計算出的理論值都需要進行合理性的計算,即強度的核算,另外還需要考慮圓整和相關(guān)標準中介紹的常用規(guī)格,對經(jīng)濟可行性的評估，對相關(guān)手冊的靈活應(yīng)用等等，甚至有時候會出現(xiàn)同一個值在兩本手冊上的值不同這樣的問題。還有另我很欣慰的是，通過這次設(shè)計，增強了自己的團隊合作的能力，我們幾個設(shè)計再沸器的同學天天在一起共同進退，遇到困難的時候大家一起想辦法，克服前進道路上的困難。這期間有迷茫也有歡笑，有過碰壁后的氣餒更有來自同學間的有鼓勵。這種經(jīng)歷必將伴隨我今后的道路，讓我

38、受益終生。第一章 冷凝器的工藝設(shè)計1.1 設(shè)計任務(wù)和操作條件根據(jù)本設(shè)計的參數(shù)要求。選擇本設(shè)備的安裝地址為南京市，設(shè)計壓力為常壓，設(shè)計溫度為20，南京地區(qū)江河水的平均水溫為20，夏季溫升10。1.2 確定設(shè)計方案本設(shè)計為三人合作完成，在計算得到基本的參數(shù)以后，經(jīng)過三人協(xié)商，選擇了相對較合理的基本參數(shù)，本冷凝器的基本參數(shù)如下：1 . 選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況： 熱流體進口溫度65.90，出口溫度64.47 冷流體進口溫度20.00，出口溫度30.00 選用列管式換熱器（全凝器）。2 . 流程安排 從兩物流的性質(zhì)來看，應(yīng)使混合氣體走管程。但由于江河水沒有經(jīng)過水處理，容易結(jié)垢，若其流速太

39、低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的傳熱效率下降，所以從總體考慮，應(yīng)使江河水走管程，混合氣體走殼程。3. 回流比取回流比R=2.4。4. 精餾段上升蒸汽量。1.3 確定物性數(shù)據(jù)1. 計算摩爾分率：其中。2. 定性溫度： 對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。故殼程混合氣體的定性溫度為：管程流體的定性溫度為：3. 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對混合氣體來說，最可靠的物性數(shù)據(jù)是實測值。但不具備此條件，所以從物性手冊查取混合物各組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按相應(yīng)的加合方方法求出各流體的為下表： 表1物性數(shù)據(jù)1項目 管程殼程定性溫度 2568.685物

40、 理常 數(shù)1.4 計算傳熱面積計算冷凝器的熱負荷2冷凝器的熱負荷計算公式：其中：塔頂上升的蒸汽的焓；塔頂餾出液的焓；蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：其中：對比溫度。由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱為：用插值法2可以求得：65.5時，對于甲醇：表2 甲醇-水數(shù)據(jù)1蒸發(fā)潛熱甲醇64.458430512.6水1009729647.3蒸發(fā)潛熱：對水同理可以算出：蒸發(fā)潛熱：對于全凝器作熱量恒算（忽略熱量損失）：選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相近，所以：代入數(shù)據(jù)得： 計算平均溫差3因為逆流的傳熱效果較好，所以本設(shè)計選擇逆流操作：設(shè)定管程為多程，殼程為一程。查圖得溫差修正系數(shù)：假定總傳熱系數(shù)4本設(shè)計時分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)中冷凝器的設(shè)計，根據(jù)所要冷凝流體以及冷凝液的物理性質(zhì)，管程殼程進出口溫度的選定，以及類似系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗，可以選擇冷凝器的綜傳熱系數(shù)如下：計算傳熱面積考慮15%的面積裕度：1.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸51 .管徑和管內(nèi)流速 選用的碳鋼傳熱管（Q235-A） 取管內(nèi)江河水的流速2 .管程數(shù)和傳熱管數(shù)江河水的質(zhì)量流量：單程管子數(shù)： 按單管程計算，所需的傳熱管長度為：按單管程計算，傳熱管過長，宜