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1、大连理工大学本科毕业设计（论文）扬子30万t/年乙烯装置丙烯精馏塔再沸器设计Design of Propylene Rectifying Column Reboiler in Yangzi Ethylene Plant学部（学院）： 化工机械学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology扬子30万t/年乙烯装置丙烯精馏塔再沸器设计摘 要该设计为扬子30万t/年乙烯装置丙烯精馏塔设计了再沸器。论文首先收集了国内外诸多近期关于再沸器的文献，指出了现阶段再
2、沸器存在的问题与解决方法，并展望了未来的发展方向。论文从选型方面，对各种再沸器的优缺点进行了详细的分析与比较，并结合实际生产情况，确定使用釜式再沸器。在工艺设计方面，使用管内无相变传热公式和莫斯廷斯基管外传热公式，确定了合适的尺寸，避免再沸器尺寸过大，且裕度合适。设计中的强度设计依照GB150-1998和GB151-1999，按照TEMA-1998设计了浮头管板，并校核了振动失效。经计算，所有设计均安全。此外，文中还对新旧设计进行比较，从经济性，可靠性与维护方面进行分析。经济性方面，成本费与加工费合计约为80万人民币。相比较，原设计的设备成本比新设计要低。可靠性和维护性方面，由于釜式再沸器有着
3、相当的缓冲能力，而且不存在热应力，其可靠性好。另外由于壳程是可拆结构，有利于壳程的清洗，对设备的持续工作有利。所以，新设计在可靠性与维护性方面有优势。关键词：工艺设计；强度设计；经济性分析- I -扬子30万t/年乙烯装置丙烯精馏塔再沸器设计Design of Propylene Rectifying Column Reboiler in Yangzi Ethylene PlantAbstract The reboiler of propylene rectifying column in Yangzi ethylene plant is designed in this work. Firs
4、tly, the literatures about reboiler both at home and abroad are collected in this work, point out the exiting problem of rebioler and the possible solutions. It also prospects the future direction of its development. In the part of model selection, this designation has made a fully comparison and an
5、alysis of all kinds of reboiler. And after serious consideration of the reality, designer decides to use kettle reboiler. In process design part, designer uses no-phase-change Heat Transfer Tube Formula and Mosdingski Heat Transfer Tube Formula. The result is pretty appropriate because it avoid the
6、oversize of the reboiler. In the strength design part, this designation fully obeys the standard of GB150-1998 and GB151-1999. TEMA-1998 standard is also used in the designation of floating head tube sheet. After that, designer checks the possibility of vibration failure, which shows a total safety
7、of all the designation. Whats more, the comparison between the new reboiler and the old one is made. In economy part, the material cost and manufacturing cost is nearly 800,000RMB. It is shown that the old designation is cheaper than the new one. In reliability and maintenance part, because kettle r
8、ebioler has a considerable buffering capacity and has no thermal stress, its reliability is better. Whats more, the kettle rebioler is detachable which could convenient the wash and fix job. So the new designation has more advantage in reliability and maintenance.Key Words：Process Design；Strength De
9、sign；Economy Analyze- IV -目 录摘 要IAbstractII1 文献综述11.1 再沸器的主要种类、特点及其应用场合11.1.1 釜式再沸器11.1.2 塔内置式再沸器11.1.3 水平热虹吸再沸器21.1.4 立式管侧热虹吸再沸器31.1.5 立式壳侧热虹吸再沸器31.1.6 强制流动再沸器41.2 再沸器存在的问题及其解决61.2.1 腐蚀泄漏问题61.2.2 振动失效问题81.2.3 焊接问题91.3 再沸器优化设计101.4 论文结构132 再沸器工艺设计142.1 设计背景142.2 再沸器选型162.3 工艺设计172.3.1 设计任务与设计条件172.3
10、.2 估算设备尺寸172.3.3 传热系数的校核202.3.4 阻力校核222.4 工艺设计结果253 再沸器结构与强度设计273.1 筒体273.1.1 大端壁厚273.1.2 锥壳壁厚273.1.3 封头283.2 管箱283.2.1 短节283.2.2 封头283.2.3 结构尺寸303.3 补强303.3.1 管箱接管303.3.2 壳体进料接管313.3.3 壳体气相出口接管323.3.4 壳体液相出口接管323.4 固定管板333.4.1 计算各参数333.4.2 确定管板设计压力333.4.3 计算无量纲数343.4.4 计算管板厚度343.4.5 校核轴向应力353.4.6 校
11、核拉脱力363.5 浮头363.5.1 浮动管板计算363.5.2 浮头盖计算383.5.3 浮头计算结果413.6 折流板，拉杆，滑道423.7 振动423.8 支座443.9 强度设计结果454 个人重点设备费用与经济性分析464.1 设备费用估算464.2 操作费用评估484.3 可靠性评估484.4 设备维护49结 论50参 考 文 献51附录A 符号说明52致 谢54扬子30万t/年乙烯装置丙烯精馏塔再沸器设计1 文献综述1.1 再沸器的主要种类、特点及其应用场合再沸器是精馏工艺中的核心装备之一，属于换热器的范畴，但是由于在其中发生了相变，其设计、施工、维修和管理方面也与日常的无相变
12、换热器有所不同。再沸器就其形式而言，可分为交叉流和轴向流两种类型。在交叉流类型中，相变过程全部发生在壳程。最常用交叉流再沸器的有釜式再沸器、内置式再沸器和水平热虹吸再沸器。在轴向流类型中，沸腾流体沿轴向流动，在管程完成汽化过程。最常用的轴向流再沸器为立式热虹吸再沸器。当热虹吸再沸器的循环量不够时，则使用泵来增加循环量，这时，称之为强制流动再沸器。强制流动再沸器既可以为立式结构，也可以为水平结构。通常，立式热虹吸再沸器和强制流动再沸器的沸腾过程均发生在管程，但在特殊的应用场合，沸腾过程也可发生在壳程。下面就各种类型再沸器的优缺点及应用作一较详细的分析1。1.1.1 釜式再沸器釜式再沸器（图1.1
13、）壳体为大小端圆柱形壳体结构，通过锥形壳连接。其汽液分离过程在壳程中进行。为保证管束完全浸没在液体中，通常在管束的外侧设一挡板，维持壳程液位。换热管束通常为双管程的U 形管结构，当壳程液体较脏，为了方便清洗也可以使用浮头式换热管。釜式再沸器非常适合应用在汽化量大，沸点范围宽的场合。图1.1 釜式再沸器示意图 1.1.2 塔内置式再沸器塔内置式再沸器（图1.2）的特点是将管束直接插入蒸馏塔的塔底液池中，其他同釜式再沸器一样。其应用场合类似于釜式再沸器，但是也有相当的限制，即塔或塔釜直径大，釜液洁净不易结垢的工况。图1.2 塔内置式再沸器示意图1.1.3 水平热虹吸再沸器热虹吸，顾名思义，是利用塔
14、底液再沸过程密度变小（主要是部分汽化的缘故），从而和塔内液体产生密度差，进而获得稳定而持续的推动力，使得再沸过程得以持续。热虹吸再沸器是自然循环式，不需要外加能源，易于控制，所以几乎可以用于任何精馏装置中。其局限性是不宜用于粘性大、有特殊结垢倾向的介质（这主要是因为热虹吸再沸器由于结构原因，一般都设计成固定管板式，其壳程的清洗是相当困难的）以及热源温度不稳定、或再沸器前后过程不稳定的场合，另外热虹吸再沸器的汽化率要控制在一个较小的（10%20%）范围内。而且，对于管内外流体温差较大的情况下，需要增设膨胀节。总之，热虹吸式再沸器是目前最广泛应用，使用经验最丰富的再沸器形式。图1.3 水平热虹吸再沸器示意图 水平热虹吸再沸器（图1.3），其加热介质在管内流动，管程即可以是单流程，也可以是多流程。在设计时，对于沸点范围较宽的流体，应设水平折流板，以防止轻组分在进口处闪蒸及重组分在出口处浓缩。为了防止流动阻塞，流动不稳定，应对最大热流密度加以限制。该型再沸器适用于中等压力、中等温差及低静压头的场合。1.1.4 立式管侧热虹吸再沸器即立式热虹吸再沸器（图1.4），是应用范围最广泛的再沸器形式。沸腾过程可以发生在管程，也可以在壳程。立式管侧热虹吸再沸器的沸腾过程发生在管程，加热介质在壳程，两相流混合物以较高的流速由
