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1、北京化工大学毕业设计（设计说明书） 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 粗丙酮塔冷凝器的设计 学院： 机电工程学院 专业： 过程装备与控制工程 班级： 装备 0902 学生： 指导教师： 专业负责人： 1设计（论文）的主要任务及目标 1）根据工艺条件查阅有关文献，写出文献综述，确定设计方案，正确选型。 2）结构设计，材料选用，强度计算。 3）设计图纸不少于 6 张 1 号图，设计说明书不少于 40 页。 2设计（论文）的主要内容 详见设计工艺条件表 3设计（论文）的基本要求 1）通过文献综述和外文文献翻译，提高查阅资料、阅读、翻译文献的能力 和专业外语水平。 2）综合运用已学的基础课和
2、专业课知识掌握压力容器和化工设备的设计， 熟练应用相关国家标准，部颁标准和规范，具有分析和解决工程实际问题的能 力。 3）能够较熟练掌握 AutoCAD 等计算机绘图软件，图纸各项内容符合制图 标准，结构合理，视图正确，尺寸齐全，图表完备。 4）设计中力争有创新，在设计中注重综合能力素质的培养，设计说明书要 求论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切，有自己的见解和观 点。 4主要参考文献 09 版固定式压力容器安全技术监察规程 、GB150压力容器 、 GB151管壳式换热器 、HG20580钢制化工容器设计基础规定等六合一； 其他相关标准及参考资料等。 5进度安排 北京化工大学毕业
3、设计（设计说明书） I 阶段设计（论文）各阶段名称起 止 日 期 1查阅文献，文献综述，译文，开题2013.2.253.15（13 周） 2结构设计及计算2013.3.184.5（46 周） 3设计图纸（装配图） 2013.4.84.26（79 周） 4设计图纸（零部件图） 2013.4.295.17（1012 周） 5设计计算说明书 2013.5.205.31（1314 周） 6答辩及查重检查 2013.6.36.14（1516 周） 北京化工大学毕业设计（设计说明书） II 粗丙酮塔冷凝器的设计粗丙酮塔冷凝器的设计 作者: 班级：装备 摘要：摘要：本设计说明书详细介绍粗丙酮塔冷凝器的设计过
4、程。首先根据工艺参数 的要求，对换热器的管程结构和壳程结构进行初步设计，设计是根据现有换热 器的结构标准进行参考和选择，包括了换热管、管程布置形式、前端管箱、折 流板、浮头钩圈等零部件。确定浮头式换热器的结构后，然后依据管程工作介 质和壳程工作介质的特性对换热器的各部分结构的制造材料进行一个合理的选 择。结构设计计算部分是根据 GB150-2011压力容器和 GB151-1999管壳 式换热器等标准对筒体、管箱、椭圆封头、球冠形封头、平盖、管板、浮头 法兰、浮头盖等零件进行厚度计算和接管的开孔补强。此外还对管程、壳程进 行水压试验计算及校核和介绍换热器的制造和检验。最后设计出来的换热器， 以
5、1 张装配图，7 张零部件图表现出来。 关键词：关键词：管板；浮头钩圈；浮头法兰 北京化工大学毕业设计（设计说明书） III CrudeCrude acetoneacetone columncolumn condensercondenser designdesign ABSTRACT：The design specification describes the crude acetone column condenser design process . First, according to the requirements of process parameters, to do the
6、preliminary design of tube structure and shell structure of the heat exchanger. Design is based on the existing heat exchanger structure reference and selection criteria. Including some parts and components of floating head heat exchanger. such as tube, the arrangement of the pipe ,tube box structur
7、e, baffles , floating head hook and loop. Then determine the structure of floating head heat exchanger. According to the fluid nature select the manufacturing materials of floating head heat exchanger of shell and tube. The structural design and intensity examination about most of components in heat
8、 exchanger are carried out by means of standards, such as GB1502011Steel pressure vesselsand GB1511999shell and tube heat exchanger,including tube body, tube box, elliptical head, spherical cap-shaped head, flat caps, floating head flange ,floating head cover as well as reinforcement for opening and
9、 so on. Besides to do the tube and shell pressure test calculation and check, introduction floating head heat exchanger manufacturing and testing. In the end, the final design results through one assembly drawing and 7 parts diagram to display. KEYKEY WORDS:WORDS: Tube plate; floating head hook ring
10、; floating flange 北京化工大学毕业设计（设计说明书） IV 北京化工大学毕业设计（设计说明书） 目 录 前前 言言（1） 第第 1 章章 绪论绪论（2） 第第 2 章章 冷凝器的零部件结构冷凝器的零部件结构（4） 第 2.1 节 管程结构.（4） 2.1.1、换热管（4） 2.1.2、布管（5） 2.1.3、分成隔板（5） 2.1.4、固定管板（6） 2.1.5、前端管箱（7） 2.1.6、换热管与管板连接（7） 第 2.2 节 壳程结构.（8） 2.2.1、折流板、支持板（8） 2.2.2、拉杆、定距管（9） 2.2.3、防冲板（10） 2.2.4、滑道（10） 第 2.3
11、 节 冷凝器后端结构.（11） 2.3.1、钩圈和浮动管板（11） 2.3.2、浮头盖及外头盖（12） 2.3.3、浮头法兰（12） 第 2.4 节 容器法兰和管法兰.（12） 第 2.5 节 支座.（14） 第第 3 章章 冷凝器制造材料的选择冷凝器制造材料的选择（16） 第 3.1 节 壳程材料的选择.（16） 第 3.2 节 管程材料的选择.（17） 第第 4 章章 冷凝器的结构设计计算冷凝器的结构设计计算（18） 第 4.1 节 壳体厚度计算.（18） 第 4.2 节 前端管箱结构计算.（19） 4.2.1、短节的厚度计算（19） 4.2.2、平盖的设计计算（20） 北京化工大学毕业设
12、计（设计说明书） I 4.2.3、管箱法兰（22） 第 4.3 节 外头盖结构计算.（24） 4.3.1、后端短节厚度计算（24） 4.3.2、外头盖封头厚度计算（25） 4.3.3、外头盖侧法兰、外头盖法兰（26） 第 4.4 节 管板的设计计算.（28） 第 4.5 节 钩圈式浮头的设计算.（34） 4.5.1 、球冠形封头厚度计算（34） 4.5.2、浮头法兰设计（35） 4.5.3 、B 型钩圈厚度计算 （43） 第 4.6 节 壳体法兰设计.（44） 第 4.7 节 开孔补强.（48） 4.7.1、壳体开孔补强（48） 4.7.2、前端管箱开孔补强（50） 第第 5 章章 压力试验压
13、力试验（52） 第 5.1 节 壳程水压试验.（52） 第 5.2 节 管程水压试验.（52） 第第 6 章章 冷凝器的制造、检验和验收冷凝器的制造、检验和验收（53） 第 6.1 节 零部件的制造工艺及要求.（53） 第 6.2 节 检验和验收.（55） 结结 论论（56） 参考文献参考文献（57） 致致 谢谢（59） 附附 录录（60） 北京化工大学毕业设计（设计说明书） 0 前前 言言 本次毕业设计的是粗丙酮塔冷凝器，题目来自生产实践。设计的冷凝器的功能 是将粗丙酮塔中的丙酮、异丙苯等蒸汽介质冷凝成液体。粗丙酮塔冷凝器是属于管 壳式换热器的范畴。 粗丙酮塔冷凝器的结构设计是根据设计任务委
14、托书中的工艺参数进行的。给定 工艺参数主要有以下：设计温度，设计压力，换热面积，换热器的公称直径，热管 的规格、排列方式及长度，折流板数量，冷凝器简图，管口表等。 常见的管壳式换热器有固定管板、U 形管板、浮头式、填料函式、釜式重沸器 这几种类型。本次设计的冷凝器，采用的换热类型为浮头式换热器。出于结构可操 作性、经济合理性及使用安全性，设计的过程中尽量采用国家标准，其中主要参考 的标准文献有 GB151-1999管壳式换热器和 GB150-2011压力容器 。为了了 解与本课题相关的换热器领域的知识和一些新的设计理念，本人查阅了一定数量的 国内外文献。这些文献涉及到换热器的设计、制造、安装与
15、维护等内容。 设计的主要内容包括结构论证、强度计算，画出冷凝器的装配图和零件图。在 满足工艺需求的前提下设计出的冷凝器还要达到结构安全可靠，便于制造、安装、 操作和维修，经济上合理等要求。 北京化工大学毕业设计（设计说明书） 1 第第 1 章章 绪论绪论 换热器是生产中占有重要地位的通用设备，其广泛用于化工、石油、动力、食 品及其它许多工业部门领域。比如，在化工厂总投资中换热设备占 10%20%，在 炼油厂总投资中换热器占 35%40%。所谓的换热器就是用于不同温度下介质之间 热量交换的装置设备。工业生产中，换热器的结构类型繁多，一般是按照用途、传 热特性等来划分换热器的类型。按照传热的特征不
16、同，可将换热器分为混合式换热 器、蓄热式换热器、间壁式换热器1。按照用途，换热器可分为预热换热器（或加热 器） 、冷却换热器、冷凝换热器、蒸发换热器、再沸换热器2。近几十年来，在能源 紧缺和市场竞争的推动下，研究和开发出了一系新型高效换热器，如气动喷涂翅片 管换热器、焊接式板式换热器、螺旋折流板换热器、新型麻花管换热器、螺旋折流 板换热器3。管壳式换热器归类为间壁式换热器，它是目前应用最广泛的换热设备。 管壳式换热器具有结构简单、操作可靠、适用范围广等优点，其在高温、高压 大型的换热器中占主导地位。管壳式换热器主要由筒体、管束、管箱、管板、等零 部件组成，按照结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器、 填料函式换热器和釜式重沸器4。 管壳式换热器尽管有很多的优点，但是由于自身结构限制等因素，仍存在诸多 的不足。管壳式换热器存在的缺陷：流体诱导管束振动造成换热器内部结构的破坏； 折流板和管板存在“死区”和“短路” ，导致换热器整体换
