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1、吉林化工学院本科毕业设计说明书摘 要换热设备是使热量从热流体传递到冷流体的的设备。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需求。它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%20%；在炼油厂中，约占总投资的35%40%。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。本次设计针对甲基叔丁基醚CH3OC4H9(MTB)：99.67% ，C4：0.09%，TBA（叔丁醇）：0.04%的再沸问题，由所给定的设计
2、条件，我们选取了固定管板式换热器进行反应，并根据化工工艺设计手册、GB150-1998和GB151-1999等设计标准对再沸器进行了工艺计算，结构设计和强度校核，进一步确定冷凝器的各种尺寸，并用AutoCAD绘制冷凝器的装配图和零部件图。关键词：固定管板式再沸器；工艺计算；结构设计；强度校核 I AbstractTo transfer heat from hot fluid to cold fluid into heat exchanger equipment. In industrial production, the main role of the heat exchanger to h
3、eat a high temperature fluid is passed to the lower temperature fluid, the fluid temperature reaches the target process requirements to meet the demand process. It is the chemical, oil refining, power, food, light industry, atomic energy, pharmaceuticals, machinery and other widely used in many indu
4、strial sector as general-purpose device. In the chemical plant, the heat transfer equipment investment of approximately Station 2 of the total investment of 10% to 20%; in refineries, accounting for a total investment of 35% to 40%. In addition, waste heat recovery heat exchanger is, heat in particu
5、lar, the effective low energy devices. The design of the needle CH3OC4H9 (MTB): 99.67%, C4: 0.09%, TBA (tert-butyl alcohol): 0.04% of the re-boiler problems from the given design conditions, we selected fixed tube heat exchanger for reaction , And under Chemical Process Design Manual, GB150-98 and G
6、B151-98 and other design criteria for the reboiler process calculation, structural design and strength check to further identify the various dimensions condenser, and condenser with the AutoCAD drawing Assembly drawing and parts diagram.Key words: reboiler tube plate is fixed；process calculation；str
7、ucture design；strength check目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1换热器的应用11.2 传热11.3换热器的种类11.4固定管板式换热器21.5换热器的材料21.6 换热器的技术进展和发展预测3第2章 工艺计算52.1 传热计算52.1.1 总传热量52.1.2循环流量52.1.3计算各部分摩擦系数62.2初选结构92.3 压力降的计算102.3.1管程压力降102.3.2管束压力降10第3章 结构设计133.1封头和壳体133.1.1封头133.1.2 壳体133.2 管板133.3法兰133.3.1 法兰形式133.3.2 法兰尺寸143.4 接
8、管及接管法兰143.4.1 接管143.4.2 接管法兰143.5 支座153.5.1 采用标准153.5.2 机体结构及尺寸153.6 开孔补强163.6.1 标准椭圆封头进料开孔补强计算163.6.2 封头中心物料进出口接管补强173.6.3 壳程蒸汽入口接管补强计算183.7 保温设计193.7.1 保温材料选用193.7.2 保温厚度设计193.8折流板193.8.1对立式再沸腾器193.8.2 折流板缺边位置尺寸203.8.3 折流板的布置203.8.4 折流板的尺寸20第4章 强度计算224.1 管程的强度计算224.1.1 初始数据224.1.2 管程压力作用下的危险组合264.
9、2 封头壳体的强度要求274.2.1 封头的壁厚计算与强度校核274.2.2 壳体壁厚的计算与强度校核274.3支座强度校核284.3.1 支座承载能力及肋板厚度284.3.2 均布载荷284.3.3 螺栓直径284.3.4 肋板焊缝强度验算28第5章 换热器的制造、检验、安装与维修295.1 筒体295.2 换热管295.3 管板295.4 管束的组装295.5 换热器的组装295.6 试车305.7 维护30结 论31参考文献32致 谢33- 37 -第1章 绪论1.1换热器的应用换热器是一种广泛使用的工艺设备，在炼油，化工行业中是主要的工艺设备之一。因此，换热器的研究备受重视。从换热器的
10、设计制造，结构改进到传热机理的试验研究一直都在进行。特别是七十年代初发生的能源危机以来。各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径，而换热器是节约能源的主要设备。在余热回收，利用地热，太阳能等方面都离不开换热器。因而各国都在致力于研究各种高性能换热器以及换热元件，其中不少是国家直接下达重点课题。换热器用来实现热量的传递，使热量由高温流体传递到低温流体。在化工厂，用于换热设备的费用约占总费用的1020%，在炼油厂约占总费用的3540%。其他动力，原子能，冶金等工业部门也有着广泛的应用。1.2 传热以往的设计普遍主球高热强度，而采用的主要手段又是选择高对数平均温差，这一错误概念的直接结果是导致能耗的大
11、幅度增加。例如：据我国1979年改造的七套炼油厂减压装置统计，平均传热温差高达66，如果将平均温差降至33，传热损失可降至30%。小的传热面积既节约材料，一次性投资小。但并不意味着在任何情况下都应当采用小传热面积，对一个换热系统，往往适当增加换热面积是有利的。在我国一次投资的费用操作费用相比，后者起决定作用。从经济效果来看，在一定大幅度的增加，收到的经济效果也十分显著。常说的高效率，对换热器的换热流程，都指的是总传热系数高。这是一个始终必不可少的重要的衡量指数。长期以来，提高传热效率一直是各国普遍重视的课题之一。研究方向，主要是发展强化传热的新型高效传热元件。在我国，这项工作也已经取得了可喜的
12、进展。然而在过去的设计中，大多采用的措施都是以增大压力损失来提高总传热系数。1.3换热器的种类根据工艺过程或者热量回收用途不同，换热设备可以是加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器、余热锅炉等。因而设备的种类形式很多。完善换热设备在设计或选型时应满足以下各项基本要求：(1)安全可靠(2)有利于安装操作与维修(3)经济合理(4)合理的实现所规定的工艺条件按照传方式的不同，换换热设备可分为三类：(1) 混合式换热器（2）蓄热式换热器（3）间壁式换热器1.4固定管板式换热器换热器的管端以焊接或胀接的方式固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其他形式的换热器相比结构简单，当壳体直径相同时
13、，可以安排更多的管子。制造成本降低，由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即便产生污垢也便于清理。如果管子发生损坏，也便于换管。但是无法在管子的外表面进行机械清洗，不适合处理脏的或者有腐蚀的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的膨胀系数相差较大时在壳体与管子中将产生很大的温差应力。为了减少温差应力，可在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下来降低管束与壳体的温差应力。膨胀节的形式较多，最常见的是u型的和平板型的几种。平板型膨胀节结构简单，制造方便。但是挠性较差，只适用于直径大，温差小，温度低或真空系统的设备。带膨胀节的固定管板式换热器结构比较简单，造价较低，但是管子的外表面不易清洗。
14、尽管如此，由于它能清除一部分温差应力，故仍得到广泛的应用。1.5换热器的材料选材应满足换热器的要求，具有良好的加工工艺性，符合相关设计与材料标准的规定，并应在经济上合理。换热器选择材料时必须考虑容器的具体操作条件，如设计温度，设计压力，介质的情况及容器的使用环境。使选择材料的力学性质，物理性质和耐腐蚀性能与之相适应。用于制造换热器的材料，要有良好的加工工艺性，以便于制造成型。用于制造换热器的金属材料经过制造焊接和热处理等加工后，往往因金属内部组织变化等原因，降低材料的性能。例如：有些牌号的镍、铬、不锈钢经焊接后其抗晶间腐蚀性能会显著恶化。某些合金钢经焊接后，其焊接或热影响区的韧性会显著下降，这
15、些都是选材时必须充分考虑的，并能有相应的有效措施，才能决定选用该种材料。选择换热器用的钢时，需要注意的是不仅要选择其主要合金元素含量，有时还要选择冶炼方法，提出对钢中元素杂志的限制以及热处理制度。保证钢材的金相组织结构。只有这样才能使钢材达到所需要的性能。所选的换热器用材的质量和规格相符合国标准，标志及有关技术条件的要求。还要求有材料制造厂的质量证明书。以上所述换热器材料要考虑的各因素之间，往往既相互联系，又相互矛盾，我们在选材时只能考虑最主要的方面，而对其他方面，仅作适当地考虑，要善于从使用、加工、经济方面做全面的考虑，满足最主要的要求。1.6 换热器的技术进展和发展预测当前换热器发展的基本动向是继续提高设备的热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化，系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化发展。同时，仍然注意基础理论及测试方法的研究。（1）新能源换热器的研究能源的充分供应对发展生产，促进并提高人类的生活水平是必不可少的。尽管能源的供应前景不是乐观。但是工业和民用的需要却在日益增长，这才是世界范围内亟
