立式熱虹吸式再沸器畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言4</b></p><p>　　第一章 再沸器基本參數(shù)6</p><p>　　1.1、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件6</p><p>　　1.2、再沸器類型的選擇6</p><p>　　1.

2、3、流程的安排7</p><p>　　1.4、再沸器的熱流量計算7</p><p>　　1.5、流體的有效平均溫差7</p><p>　　1.6、傳熱面積的估算8</p><p>　　1.7、再沸器基本參數(shù)的初步確定8</p><p>　　1.7.1換熱器型號8</p><p>　　

3、1.7.2折流板9</p><p>　　1.7.3拉桿11</p><p>　　1.7.4 防沖板12</p><p>　　第二章 再沸器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計13</p><p>　　2.1 殼體壁厚計算13</p><p>　　2.2 管箱壁厚計算14</p><p>　　2.3 封頭壁

4、厚計算15</p><p>　　2.4、管箱結(jié)構(gòu)16</p><p>　　2.4.1 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定16</p><p>　　2.4.2 管箱法蘭17</p><p>　　2.4.3 墊片18</p><p>　　2.5、固定管板計算19</p><p>　　2.6、殼體、管子與

5、管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計23</p><p>　　2.6.1殼體與管板連接23</p><p>　　2.6.2管子與管板連接23</p><p>　　2.7、管板與管箱連接25</p><p>　　2.8、判斷是否需要膨脹節(jié)25</p><p>　　2.9、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計27</p><p>

6、　　2.10、接管29</p><p>　　2.11、排氣、排液30</p><p>　　2.12、支座的選擇31</p><p><b>　　第三章 結(jié)論34</b></p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致

7、 謝35</b></p><p><b>　　再沸器的工藝設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件</b></p><p>　　設(shè)計一臺立式熱虹吸再沸器，以前塔頂蒸汽冷凝為熱源，加熱塔底釜液使其沸騰。前塔頂蒸汽組成：乙醇0.12，水0.88，均為摩爾分?jǐn)?shù)，釜液可視為純水。具體條件及物性如下

8、</p><p>　　設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件如表1-1</p><p>　　表1-1 設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件</p><p><b>　　1.2、物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　殼程液體在定性溫度200℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　潛熱rc=1938.2kJ/kg

9、熱導(dǎo)率λc=0.663W/(m.k)</p><p>　　黏度μc=0.136mPa.s 密度 ρc=863.0kg/m3</p><p>　　管程流體在定性溫度116℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　液相潛熱 rb=361.14 kJ/kg 液相熱導(dǎo)率λb=0.124 W/(m.k)</p><p>　　液相黏

10、度 μb=0.24 mPa.s 液相密度 ρb=791 kg/m3</p><p>　　表面張力 σ=0.0173N/m 液相比熱容Cpb=1.6 kJ/(kg.k)</p><p>　　汽相密度 ρv=5.81 kg/m3 汽相黏度 μv=0.009 mPa.s</p><p>　　蒸汽壓曲線斜率（Δt/Δp）=0.00303 m2.

11、K/kg物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1.3、流程的安排</b></p><p>　　該再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸，工藝設(shè)計時考慮到甲醇具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢，具有飽和蒸汽冷凝的再沸器應(yīng)使飽和蒸汽走殼程，便于排出冷凝液，因此考慮甲醇走管程，水蒸氣走殼程。</p><p>　　1.4、再沸器的熱流量計算</p>

12、;<p>　　查設(shè)計常用標(biāo)準(zhǔn)得水蒸氣在管道中常用速度范圍為20～40m/s,本設(shè)計取30m/s，則進(jìn)口流量</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　又查水蒸氣在160時密度為3.252</p><p><b>　　則殼程冷凝量</b></p><p><

13、;b>　　(1-2)</b></p><p>　　查化工原理殼程在時潛熱</p><p><b>　　則熱流量</b></p><p><b>　　(1-3)</b></p><p>　　1.5、流體的有效平均溫差</p><p><b>　　因采

14、用逆流換熱，則</b></p><p><b>　　(1-4)</b></p><p>　　1.6、傳熱面積的估算</p><p><b>　　根據(jù)物料性質(zhì)選取</b></p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p><

15、b>　　(1-5)</b></p><p><b>　　圓整取</b></p><p>　　1.7、再沸器基本參數(shù)的初步確定</p><p>　　1.7.1換熱器型號</p><p>　　管徑：選用較小的管子，可以提高流體的對流給熱系數(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

16、量小，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體，由于甲醇腐蝕性小，是清潔流體，故可選用的不銹鋼。</p><p>　　管心距：由于管程介質(zhì)干凈，管外無需清洗，取管心距</p><p><b>　　(1-6)</b></p><p>　　管長：按單管程計算，取管長</p><p><b>　　則傳熱管

17、管數(shù)</b></p><p><b>　　(1-7)</b></p><p>　　管子采用正三角形排列，則</p><p><b>　　(1-8)</b></p><p>　　求得，則正六邊形對角線上傳熱管數(shù)目</p><p><b>　　(1-9)&l

18、t;/b></p><p>　　則單程換熱器殼體內(nèi)徑</p><p><b>　　(1-10)</b></p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)取</b></p><p><b>　　1.7.2折流板</b></p><p>　　1.7.2.1選擇弓形折

19、流板</p><p>　　設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)垢。</p><p>　　弓形折流板結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種形式，弓形折流板切去的圓缺高度一般是殼體內(nèi)徑的10%40%，常用值為20%～25%，經(jīng)驗證明，20%的切口最為適宜，在相同的壓力降下，能提供最好的傳熱性能。

20、</p><p>　　折流板間距B的選取最好使殼體直徑處的管間流動面積與折流板切口處的有效流動面積近似相等，這樣可以減少介質(zhì)在通過缺口前后由于流通面積的擴(kuò)大與收縮而引起的壓力損失。對于20%的切口，符合此要求的折流板間距B為殼體直徑的三分之一，一般情況下可使折流板間距不大于或小于/5.</p><p>　　折流板高度h初步確定</p><p><b>　　

21、(1-11)</b></p><p>　　由排管分布圖知，應(yīng)將尺寸調(diào)整到被切除管孔保留到小于1/2孔位，取</p><p>　　折流板間距B初步確定</p><p><b>　　(1-12)</b></p><p>　　圓整取B=200mm</p><p>　　1.7.2.2 折流板厚

22、度</p><p>　　折流板厚度與殼體直徑、換熱管無支撐長度有關(guān)，厚度選取4mm，如表1-2</p><p>　　表1-2 折流板厚度/mm </p><p>　　1.7.2.3折流板與殼體間隙</p><p>　　折流板與殼體的間隙依據(jù)制造安裝條件，在保證順利的裝入前提下，越小越好，以減少殼程中旁路損失

23、，排列方式采用水平切口。</p><p>　　查表4-2（化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計）取折流板外徑允許偏差-0.5mm，如表1-3</p><p>　　表1-3折流板外直徑/mm</p><p>　　1.7.2.4 折流板的管孔</p><p>　　折流板上管孔中心距等于管心距，公差為相鄰兩孔±0.3mm，任意兩孔折±1.

24、00mm，折流板上管孔加工后兩端必須倒角0.5×45·</p><p>　　流板的管孔直徑有表4-5查得允許偏差為+0.4mm</p><p>　　表1-4換熱器折流板管孔尺寸及允許偏差/mm </p><p>　　折流板結(jié)構(gòu)形式如圖1 </p><p>　　

25、圖1 折流板結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　1.7.3拉桿</b></p><p>　　本設(shè)計采用拉桿定距結(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，每根拉桿最后一塊折流板用兩個螺母鎖緊固定，這種形式易于調(diào)節(jié)折流板之間夾緊程度，在穿進(jìn)換熱管后，各折流板處于相對自由狀態(tài)。</p><p>　　拉桿直徑由表4-7查得取1

26、6mm</p><p>　　拉桿數(shù)量由表4-8查得取4mm</p><p>　　因為折流板間距B=200mm</p><p>　　所以拉桿長度選取3根 (1-13)</p><p>　　1根 (1-14)</p><p><b>　　拉桿結(jié)構(gòu)形式如圖2</b></p

27、><p><b>　　圖2 拉桿結(jié)構(gòu)形式</b></p><p><b>　　1.7.4 防沖板</b></p><p>　　為了防止殼程物料進(jìn)口處流體對換熱管表面的直接沖刷，引起腐蝕及振動，應(yīng)在流體入口處裝置防沖板，以保護(hù)換熱管。</p><p>　　防沖板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁形成

28、的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的1～1.25倍。也就是接管與殼體內(nèi)表面形成的馬鞍形和防沖板平面間形成圓柱形側(cè)面積，實際上接管管徑確定后，就是一個防沖板與殼體內(nèi)壁的高度H的確定，一般規(guī)定H=（1/4～1/3）接管外徑，則</p><p><b>　　(1-15)</b></p><p><b>　　圓整取H=20mm</b></p>

29、<p>　　防沖板為不銹鋼時最小厚度取4mm</p><p>　　防沖板結(jié)構(gòu)形式如圖3</p><p>　　圖3 換熱器防沖板結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　第二章 再沸器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　2.1 殼體壁厚計算</p><p>　　根據(jù)工藝條件，殼程設(shè)計壓力為，焊接采用雙面對接焊局部無損探傷，

30、焊接接頭系數(shù)，材料用Q235-B， ， 取鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕余量，則</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　則壁厚</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　考慮到換熱器立體擺放，殼體上需要安裝支座，為

31、此適當(dāng)增加筒體壁厚，且對合金鋼最小壁厚要求，取筒體名義厚度為，</p><p><b>　　水壓試驗壓力為</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-4)</b><

32、;/p><p>　　所用Q235-B材料在常溫是，則</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　因故水壓強(qiáng)度滿足要求</p><p>　　氣壓試驗 (2-6)</p><p><b>　　(2-7)</b></p><

33、p><b>　　故氣壓試驗滿足要求</b></p><p>　　2.2 管箱壁厚計算</p><p>　　再沸器管箱選用材料Q235-B，該材料在設(shè)計溫度下，焊接采用雙面對接焊局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)，設(shè)計壓力，鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕余量，則</p><p><b>　　(2-8)</b></p>&l

34、t;p><b>　　管箱名義厚度為</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　圓整取</b></p><p><b>　　水壓試驗壓力</b></p><p><b>　　(2-10)</b&

35、gt;</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　所用材料Q235-B在常溫時，則</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　因，故水壓試驗滿足要求</

36、p><p>　　氣壓試驗 (2-13)</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　因，故水壓試驗滿足要求</p><p>　　2.3 封頭壁厚計算</p><p>　　封頭采用

37、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料采用Q235-B，則</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　由于管箱壁厚取6mm</p><p>　　故封頭厚度圓整取6mm</p><p>　　在此情況了壓力試驗一般都滿足要求</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭結(jié)構(gòu)形式如圖4</p>

38、;<p>　　圖4 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.4、管箱結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.4.1 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定</p><p>　　管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出，本設(shè)計采用單程換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖5</p><p>　　圖5 管箱

39、結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　管箱所要確定的尺寸主要是由排管圖確定的分程隔板位置尺寸，由殼程直徑?jīng)Q定的管箱直徑以及管箱長度尺寸，管箱長度尺寸的確定是以保證流體分布均勻、流速合理以及強(qiáng)度因素來限定最小長度，而已制造安裝方便來限制最大長度的。還要求管箱上各相鄰焊縫之間距離大于或等于4s，且應(yīng)大于或等于50mm，s為管箱壁厚，單程管箱采用軸向接管時，接管中心線上的管箱長度應(yīng)大于或等于接管內(nèi)徑的1/3. 即</p

40、><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　綜合考慮管箱應(yīng)有足夠空間來均勻輸送流體，由標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭曲面高度，直邊高度為25mm，質(zhì)量為14.57kg</p><p>　　取，則管箱筒節(jié)長為250mm </

41、p><p>　　2.4.2 管箱法蘭</p><p>　　換熱器常采用的法蘭結(jié)構(gòu)形式為：平焊法蘭及對焊法蘭。法蘭封面形式：平面、凸凹面和榫槽面。</p><p>　　法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式，應(yīng)根據(jù)使用介質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、公稱直徑等因素來決定。</p><p><b>　　設(shè)備法蘭標(biāo)準(zhǔn)有：</b></p>

42、;<p>　　JB/T 4701 甲型平焊法蘭</p><p>　　JB/T 4702 乙型平焊法蘭</p><p>　　JB/T 4703 長頸對焊法蘭</p><p>　　甲型平焊法蘭選用的壓力范圍為0.25～1.6MPa ,乙型平焊法蘭選用的壓力范圍為0.25～4MPa，長頸對焊法蘭選用的壓力范圍為0.6～6.4MPa。法蘭尺寸如表1

43、-5</p><p>　　表1-5甲型平焊法蘭系列尺寸/mm</p><p>　　根據(jù)設(shè)計條件，管箱法蘭選取甲型平焊法蘭，如圖6</p><p><b>　　圖6 管箱法蘭結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　2.4.3 墊片</b></p><p>　　設(shè)備墊片標(biāo)準(zhǔn)主要

44、有：</p><p>　　JB/T 4704 非金屬軟墊片 </p><p>　　JB/T 4705 纏繞墊片</p><p>　　JB/T 4706 金屬包墊片</p><p>　　一般情況下非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面和凹凸密封面，纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對焊

45、法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。</p><p>　　墊片的外徑D、內(nèi)徑d，按相應(yīng)墊片標(biāo)準(zhǔn)選取。也可按所選用的法蘭的密封面形式、尺寸定取，這時可由公稱直徑定墊片的內(nèi)徑d，在參考標(biāo)準(zhǔn)給出的法蘭墊片寬度求得墊片外徑D。</p><p>　　墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)

46、、操作壓力、操作溫度以及需要密封程度，對墊片本身要考慮墊片性能，壓緊面形式，螺栓力大小以及拆裝后復(fù)用的次數(shù)，對高溫高壓的情況一般多采用金屬墊片，中溫中壓可采用金屬與非金屬組合式或非金屬墊片，中、低壓情況多采用非金屬墊片，高真空或深冷溫度下以采用金屬墊片為宜。</p><p>　　根據(jù)條件要求，再沸器屬于低壓容器，根據(jù)工作壓力0.3MPa，工作溫度130，所以采用密封墊圈寬20mm的石棉橡膠墊片（平形），厚度為3m

47、m。</p><p>　　2.5、固定管板計算</p><p>　　管板比起圓平板其受力復(fù)雜得多，且這些力往往難以估計，本設(shè)計采用BS法計算管板強(qiáng)度，BS法是把管板當(dāng)作承受均布載荷且放置在彈性基礎(chǔ)上的圓板，計入孔削弱的影響，計算最大彎曲應(yīng)力，</p><p>　　管板孔直徑和允差如下表1-6 </p><p>　　表1-6換熱管和管板孔直徑允

48、許偏差/mm</p><p>　　又要求知，本設(shè)計壓力屬低壓，故選用Ⅱ級</p><p>　　管板采用Q235-B，換熱管采用20號碳素鋼</p><p>　　假設(shè)管板厚度取 b=35mm</p><p>　　總換熱換管數(shù)量 n=121</p><p>　　一根管壁金屬的橫截面積為</p><p

49、><b>　　(2-17)</b></p><p>　　開孔強(qiáng)度削弱系數(shù)（單程） </p><p>　　兩管板間換熱管有效長度L估取2000mm</p><p><b>　　計算系數(shù)K</b></p><p><b>　　(2-18)</b></p><

50、;p><b>　　則K=3.86</b></p><p>　　按管板簡支考慮，依K值查圖4-45、圖4-46、圖4-47得</p><p>　　又查得Q235-B和20號鋼的彈性模量為</p><p>　　筒體殼壁金屬的橫截面積</p><p><b>　　(2-19)</b></p&g

51、t;<p><b>　　筒體內(nèi)徑截面積</b></p><p><b>　　(2-20)</b></p><p>　　管板上管孔所占的總截面積</p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　則管子與筒體剛度比</b&

52、gt;</p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>　　系數(shù) (2-23)</p><p>　　系數(shù) (2-24)</p><p>　　查得筒體、管子的線膨脹系數(shù)為</p><p>　　則換熱管與殼體總膨脹差

53、為</p><p><b>　　(2-25)</b></p><p><b>　　則最大壓差</b></p><p><b>　　(2-26)</b></p><p><b>　　則當(dāng)量壓差為</b></p><p><b&g

54、t;　　(2-27)</b></p><p><b>　　則管板最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-28)</b></p><p><b>　　管子最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-29)</b></p&

55、gt;<p><b>　　或</b></p><p><b>　　(2-30)</b></p><p>　　管板采用Q235-B </p><p>　　換熱管采用20號鋼 </p><p><b>　　管板，管子強(qiáng)度校核</b></p>

56、<p>　　故管板厚度滿足強(qiáng)度要求，考慮管板雙面腐蝕取，則取實際管板厚度為39mm</p><p><b>　　管板結(jié)構(gòu)形式如圖7</b></p><p>　　圖7 兼作法蘭管板結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6、殼體、管子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.6.1殼體與管板連接</p>

57、<p>　　管板與殼體的連接依換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接，可拆連接主要用于浮頭式、U形管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外側(cè)面連接形式又分為管板兼作法蘭和不兼作法蘭，前者用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場合即通常稱為固定管板式換熱器，后者多用于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫?fù)Q熱器中。</p><p

58、>　　本設(shè)計采用的是延長部分兼作法蘭的管板，根據(jù)設(shè)計要求，采用角焊縫，結(jié)構(gòu)如圖8</p><p>　　圖8 兼作法蘭的管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.6.2管子與管板連接</p><p>　　為了防止管子與管板連接處的破壞，必須正確選擇連接形式和制造工藝，防止管束振動，對于有高溫介質(zhì)沖刷的部位，采取適當(dāng)?shù)母魺岱雷o(hù)結(jié)構(gòu)，對于溫差壓力過大的采取有效的

59、補(bǔ)償措施，</p><p>　　管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接混合結(jié)構(gòu)。</p><p>　　本設(shè)計采用強(qiáng)度焊接連接，能保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接，管子和管板的焊接目前采用廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，因此加工方便，也不需要像脹接那樣一定得和管板有硬度差，在高壓、高溫條件下還可考慮選用強(qiáng)度高的低合金管等，

60、在高溫高壓下能保證連接處得緊密性和抗拉脫性，當(dāng)管子焊接處有滲漏可以補(bǔ)焊，管子破漏，可以用專門刀具劃掉焊縫，重新更換新管子，</p><p>　　基于以上要求和特點，故選擇強(qiáng)度焊接連接，結(jié)構(gòu)如圖9</p><p>　　圖9 換熱器管板與管子連接</p><p>　　2.7、管板與管箱連接</p><p>　　管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接，形式

61、很多，隨著溫度，壓力及耐腐蝕情況不同而異，在設(shè)計中應(yīng)合理選擇不同連接形式，對設(shè)備的制造，安全以及節(jié)約材料有重要的意義。</p><p>　　固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭連接形式比較簡單，除了滿足工藝上要求選擇一定的密封面形式外，按壓力、溫度來選用法蘭結(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計采用平面密封形式，平面密封形式使用于管程操作壓力小于1.6MPa，且對密封性要求不高的情況，結(jié)構(gòu)如圖10</p><p>

62、　　圖10 固定管板式換熱器管板與管箱的連接</p><p>　　2.8、判斷是否需要膨脹節(jié)</p><p>　　膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器上的撓性構(gòu)件，依靠這樣易變形的撓性構(gòu)件對管子與殼體的熱膨脹差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來緩解和降低殼體與管子因溫差而引起的溫差應(yīng)力</p><p>　　管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力</p><p><b>　

63、　(2-31)</b></p><p>　　其中 </p><p>　　(2-32)

64、

65、 </p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　則&l

66、t;/b></p><p><b>　　(2-34)</b></p><p>　　壓力作用于殼體上的軸向力</p><p><b>　　(2-35)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-36

67、)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-37)</b></p><p>　　壓力作用在管子上的軸向力</p><p><b>　　(2-38)</b></p><p><b>　　則殼體

68、最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-39)</b></p><p><b>　　換熱管最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-40)</b></p><p>　　又因 (2-41）</p>

69、<p>　　故滿足設(shè)計要求，本換熱器不需要設(shè)置膨脹節(jié)</p><p>　　2.9、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計</p><p>　　由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管，開孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。</p><p&

70、gt;　　壓力容器接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、壁厚補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。而開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計準(zhǔn)則有等面積補(bǔ)強(qiáng)和極限分析補(bǔ)強(qiáng)，一般設(shè)計都用等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計準(zhǔn)則，</p><p>　　壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度，接管根部有填角焊縫，焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上，這些因素相當(dāng)于對殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處得最大應(yīng)力，因此，對

71、于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足下表要求，就不另行補(bǔ)強(qiáng)，不另行補(bǔ)強(qiáng)尺寸如表1-7</p><p>　　表1-7不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度/mm</p><p

72、>　　所以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，甲醇出口管需要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)校核，</p><p>　　等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)計算，基本原則就是使有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積等于或大于開孔所削弱的金屬面積。</p><p>　　等面積補(bǔ)強(qiáng)法是以無限大平板上開小圓孔的孔邊應(yīng)力分析作為其理論依據(jù)，但實際的開孔接管時位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減少實際應(yīng)力集中系數(shù)與理論分析結(jié)果之間的差異，必須

73、對開孔的尺寸和形狀給予一定的限制。GB150對開孔最大直徑做了如下限制</p><p>　　圓筒上開孔的限制，其內(nèi)徑時，開孔最大直徑，且;當(dāng)其內(nèi)徑時，開孔最大直徑，且。</p><p>　　開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，由工藝設(shè)計給定的接管尺寸為，考慮實際情況選20號鋼，，。</p><p>　　接管計算厚度 (2-42)</p><p>

74、　　接管有效厚度 (2-43)</p><p>　　開孔直徑 (2-44)</p><p>　　接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 </p><p>　　接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 (2-45)</p><p>　　需補(bǔ)強(qiáng)面積 (2-46) </p><p>

75、;　　可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為</p><p><b>　　(2-47)</b></p><p><b>　　(2-48)</b></p><p>　　因 (2-49)</p><p>　　故該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需要另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)</p><p><b&

76、gt;　　2.10、接管</b></p><p>　?。?）按要求取殼程進(jìn)汽口管為</p><p><b>　　殼程出汽口管為</b></p><p><b>　　管程進(jìn)口管為</b></p><p><b>　　管程出口管為</b></p><

77、p><b>　　接管伸出長度確定</b></p><p>　　接管伸出殼體（或管箱殼體）外壁的長度，主要考慮法蘭形式、焊接操作條件、螺栓拆裝，有無保溫及保溫厚度等因素決定，一般最短應(yīng)符合下式</p><p>　　其中h為接管法蘭厚度，為接管法蘭的螺母厚度，為保溫層厚度，為接管伸出長度</p><p>　　接管法蘭選用帶頸平焊鋼制管法蘭&l

78、t;/p><p>　　蒸汽進(jìn)口法蘭 SO50(B)-FF</p><p>　　冷凝水出口法蘭SO32(B)-FF</p><p>　　甲醇進(jìn)口法蘭 SO80(B)-FF</p><p>　　甲醇出口法蘭 SO150(B)-FF</p><p>　　則蒸汽進(jìn)口伸出長度 (2-50)</p>&

79、lt;p>　　蒸汽出口伸出長度 (2-51)</p><p>　　甲醇進(jìn)口伸出長度 (2-52)</p><p>　　甲醇出口伸出長度 (2-53)</p><p>　　上述估算后應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸由表4-12的接管伸出長度圓整</p><p>　　（3）接管安裝位置最小尺寸確定<

80、;/p><p>　　不帶補(bǔ)強(qiáng)圈 (2-54)</p><p>　　為考慮焊縫影響，一般取倍殼體壁厚且不小于50～100mm</p><p>　　則蒸汽進(jìn)口 (2-55)</p><p>　　蒸汽出口 (2-56)<

81、;/p><p>　　接管安裝結(jié)構(gòu)尺寸如圖11</p><p>　　圖11 殼程接管安裝位置</p><p>　　2.11、排氣、排液</p><p>　　為提高傳熱效率，排除或回收工作殘夜（氣），凡不能借助其他接管排氣、排液的換熱器殼程和管程的最高、最低點，分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須與殼體和管箱殼體內(nèi)壁平齊。</p&g

82、t;<p>　　立式換熱設(shè)備，殼程的介質(zhì)為蒸汽時，，排氣可采用在筒體上部開設(shè)不小于16mm的孔，排液時在筒體底部開設(shè)小孔，排氣管選用，排液管選用</p><p>　　換熱管殼程排液口如圖12，排汽口如圖13</p><p>　　圖12 換熱管排液口</p><p>　　圖13 換熱管排汽口</p><p>　　2.12、支座的選

83、擇</p><p>　　支座是用來支承容器及設(shè)備重量，并使其固定在某一位置的壓力容器附件，在某些場合還受到風(fēng)載荷、地震載荷等動載荷的作用，壓力容器支座的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)容器自身的安裝形式，支座可以分為兩大類:立式容器支座和臥式容器支座，因本設(shè)計采用的是立式再沸器，故選用立式容器支座。</p><p>　　立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四種支座，中、小型直立容器采用前

84、三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。</p><p>　　耳式支座又稱懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上，優(yōu)點是簡單、輕便，但對器壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，因此，當(dāng)容器較大或器壁較薄時，應(yīng)在支座與器壁間加一不銹鋼墊板耳式支座分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示，B型耳式支座有較大安裝尺寸，當(dāng)容器外面包有保溫層，或

85、者將容器直接放置在樓板上時，宜選用B型。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，采用B型耳式支座。</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭重為 (2-57)</p><p>　　筒體、管板重量估算 (2-58)</p><p>　　法蘭重量估算 (2-59)</p>&l

86、t;p>　　管子重量估算 (2-60)</p><p>　　介質(zhì)、甲醇溶液重量估算 (2-61)</p><p><b>　　則設(shè)備總質(zhì)量為</b></p><p><b>　　(2-62)</b></p><p><b>　　取</b><

87、/p><p>　　水平地震力 (2-63)</p><p><b>　　水平風(fēng)載荷</b></p><p><b>　　(2-64)</b></p><p>　　則耳式支座實際承受載荷的近似計算</p><p><b>　　(2-65)</b></p&

88、gt;<p>　　由JB/T 4725-92，耳式支座主要尺寸如表1-7</p><p>　　表1-7耳式支座主要尺寸 mm </p><p>　　由計算和標(biāo)準(zhǔn)耳式支座主要尺寸選取B型20KN耳式支座，耳式支座結(jié)構(gòu)形式如圖14</p><p>　　圖14 換熱器筒體耳式支座結(jié)構(gòu)形式</p>&l

89、t;p><b>　　第三章 結(jié)論</b></p><p>　　此次設(shè)計全面了解了換熱器的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，熟練地應(yīng)用了AutoCAD繪圖軟件。在設(shè)計初期，翻譯了英文文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)檢索查閱了大量的資料，為設(shè)計后期做了充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　在設(shè)計階段，詳細(xì)的閱讀了設(shè)計任務(wù)書，查閱資料了解再沸器工作原理，再沸器的種類及性能，對甲醇提純的生產(chǎn)過程做出了工藝

90、流程圖，了解了如何制取滿足工藝要求的方法。然后根據(jù)工藝條件，初選再沸器的換熱管型號和數(shù)量，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，一邊設(shè)計一邊校核，再一邊修改，最后確定再沸器的結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　甲醇再沸器選擇列管式換熱器、立式安裝，是蒸餾塔蒸發(fā)甲醇液體的一部分，利用其高效的傳熱技術(shù)提高了甲醇制取的濃度，目前各企業(yè)選用熱虹吸式再沸器，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。甲醇制取需用衛(wèi)生級板材，選用不銹鋼材料可以有效地保證酒精的衛(wèi)生度，并合理

91、的選擇了管件。</p><p>　　在這期間懂得了設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性和標(biāo)準(zhǔn)性，完善了本專業(yè)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，為這四年的專業(yè)學(xué)習(xí)畫上了個圓滿的句號，但學(xué)無止境還有很多需要學(xué)習(xí)的，也為步入社會從事設(shè)計工作做了個準(zhǔn)備工作。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 顧芳珍，《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》，大學(xué)出版社</p>

92、<p>　　[2] 鄭津洋主編，《過程設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 王菲主編，《化工設(shè)備用鋼》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 蔡紀(jì)寧編，《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 匡國柱編，《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　

93、[6] 蔡紀(jì)寧編,《化工制圖》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[7] 席偉光編，《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》，高等教育出版社</p><p>　　[8] 秦叔經(jīng)編，《換熱器》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計終于塵埃落定了，回首這段時光，發(fā)現(xiàn)充實

94、了不少。首先要感謝我的指導(dǎo)老師xxx老師，xxx老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，兢兢業(yè)業(yè)，他對我們嚴(yán)格要求，多少次親自找我們談話，給我們指正論文中的錯誤，幫我們解答設(shè)計過程中遇到的難題。并隨時關(guān)注我們的論文進(jìn)度，想盡一切辦法解決我們的實際困難。沒有xxx老師的幫助，我的論文不可能這么順利完成。</p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計中得到了同學(xué)的不少幫忙，他們不僅在設(shè)計上給予我力所能及的幫助，而且在生活上給予我無微不至的關(guān)懷。<

95、/p><p>　　還要感謝為我答辯的所有的老師，感謝你們在百忙之中抽出時間。</p><p>　　最后要感謝我的父母，每當(dāng)我遇到困難的時候，父母總是第一個給我鼓勵的人，我所走過的人生的每一步都浸透著他們無私的關(guān)愛與諄諄教誨。他們在精神上和物質(zhì)上的無私支持，使得我的畢業(yè)設(shè)計少了不少后顧之憂。他們是我人生之中最堅強(qiáng)的后盾，他們是我生命中最值得信賴和依靠的人。</p><p>