立式热虹吸式再沸器毕业设计.doc

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大连理工大学大学2005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（部）名称:

机械学院

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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。

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

Distillationisthephysicalseparationunitoperationwhichisachievedbytherepeateddistillationprocessofseveralvaporizationandcondensation,sincethevolatilityofdifferentmaterialsvaryfromeachother.AndtheenergyrequiredforvaporizationisprovidedbythereboilerThisistheroleofthereboiler.

Methylreboilerisaheatexchanger,itisalsoatube-typeheatexchanger.Inthemanufacturerindustryitplaysaveryimportantrole,forithasdirectimpactontheproductqualityandyield.

Thisdesignismainlyforitstechnology,structuredesign.Byselectingthemodelandthenationalstandardsoftheheattransferexchanger,wecancomeupwiththeeconomicandpracticaldesignofchemicalequipment.Reboilerstructurediagramisdrawnbythetwo-dimensionaldrawingsoftwaredrawingAutoCAD.Sowecanclearlyexpressthestructuresizeanditisconvenientforusforfurtherimprovementandproduction.

Nowwehavecompletedthedesignofthereboileranditsroleintheproductionprocess.Itisanintegralpartofthedistillationcolumn,whichprovidestheenergyneededtovaporizeseveraldistillationcolumns.Alongwithcondenserstheyareboththeheatexchangers.

Keywords：

Reboiler；Vaporization；AutoCAD；distillationcolumnheatexchanger；methyl

目录

前言 4

第一章再沸器基本参数 6

1.1、设计任务和设计条件 6

1.2、再沸器类型的选择 6

1.3、流程的安排 7

1.4、再沸器的热流量计算 7

1.5、流体的有效平均温差 7

1.6、传热面积的估算 8

1.7、再沸器基本参数的初步确定 8

1.7.1换热器型号 8

1.7.2折流板 9

1.7.3拉杆 11

1.7.4防冲板 12

第二章再沸器机械强度设计 13

2.1壳体壁厚计算 13

2.2管箱壁厚计算 14

2.3封头壁厚计算 15

2.4、管箱结构 16

2.4.1管箱结构尺寸确定 16

2.4.2管箱法兰 17

2.4.3垫片 18

2.5、固定管板计算 19

2.6、壳体、管子与管板连接结构设计 23

2.6.1壳体与管板连接 23

2.6.2管子与管板连接 23

2.7、管板与管箱连接 25

2.8、判断是否需要膨胀节 25

2.9、开孔补强设计 27

2.10、接管 29

2.11、排气、排液 30

2.12、支座的选择 31

第三章结论 34

主要参考文献 34

致谢 35

前言

1、概述

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。

2、再沸器发展趋势

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

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。

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。

4、使用软件介绍

AutoCAD是美国Autodesk公司推出的，集二维绘图、三维设计、渲染及关联数据库管理和互联网通信功能为一体的计算机辅助设计与绘图软件，AutoCAD提供了一系列的二维图形绘制命令，可以方便地用各种方式绘制二维基本图形对象，如：

点、直线、圆、椭圆等等，并可对指定的封闭区域以图案填充，还提供了很强的图形编辑和修改功能，如：

移动、旋转、缩放、延长等等，可以灵活方便地对选定的图形对象进行编辑和修改。

为了绘图的方便、规范和准确，AutoCAD提供了多种绘图辅助工具，包括绘图区光标点的坐标显示、用户坐标系、栅格、捕捉等功能，AutoCAD在机械、建筑和电子等工程设计领域得到了广泛的应用，目前已成为微机CAD系统中应用最广泛和普及的图形软件。

第一章再沸器基本参数

1.1、设计任务和设计条件

设计任务和设计条件如表1-1

表1-1设计任务和设计条件

序号

名称

指标

壳程

管程

1

设计压力MPa

0.9

0.3

2

工作压力MPa

0.7

0.11

3

设计温度℃

150～160

120

4

工作温度℃

120～130

103

5

焊接接头系数

0.85

0.85

6

进口管直径mm

7

出口管直径mm

1.2、再沸器类型的选择

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，运转安全方便可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度合适。

立式热虹吸再沸器是利用塔底釜液与换热器传热管内汽液混合物的密度形成循环推动力，使得釜液在精馏塔与再沸器之间流动循环，这种再沸器具有传染系数高、结构紧凑、安装方便，釜液加热段停留时间短，不易结垢，调节方便，占地面积少，设备及运行费用低等优点，一般情况下，在满足工艺要求前提下，应首先考虑选用立式热虹吸再沸器，本设计采用立式热虹吸再沸器。

该再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸，工艺设计时考虑到甲醇具有较高的清洁度，不易在管道内产生污垢以及温差不大，甲醇的腐蚀性较小，考虑到甲醇产品的纯度要求较高，为此再沸器的管子和壳体均采用不锈钢制造。

1.3、流程的安排

该再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸，工艺设计时考虑到甲醇具有较高的清洁度，不易在管道内产生污垢，具有饱和蒸汽冷凝的再沸器应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液，因此考虑甲醇走管