立式热虹吸再沸器机械设计说明书

大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书学院（系）：化工机械与安全学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：孔闯学号：201242052指导教师：由宏新、代玉强评阅教师：完成日期：2015.10.2大连理工大学Dalian University of Technolog摘要本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。

在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。

目录摘要 (I)1设计基础 (2)1.1项目背景 (2)1.2设计依据 (2)1.3技术来源及授权 (2)1.4项目简介 (2)2结构工艺说明 (1)2.1管程和壳程物料的选择 (1)2.2换热管 (1)2.3管板 (1)2.3.1 管板结构尺寸 (1)2.3.2 换热管与管板连接 (2)2.3.3 排管及管孔 (3)2.4折流板 (5)2.5接管及连接附件 (6)2.6安全泄放 (7)2.7耳式支座 (8)2.8管箱、管箱法兰与封头 (11)3强度计算 (13)3.1工艺参数计算结果表 (13)3.2计算条件 (14)3.3强度计算 (15)3.3.1 壳程圆筒计算 (15)3.3.2 前端管箱筒体计算 (16)3.3.3 前端管箱封头计算 (18)3.3.4 后端管箱筒体计算 (19)3.3.5 后端管箱封头计算 (20)3.3.6 开孔补强设计计算 (21)3.3.7 兼作法兰固定式管板计算 (24)3.3.8 管箱法兰计算 (34)4结论 (36)附录A 过程工艺与设备课程设计任务书 (38)1设计基础1.1项目背景本项目来源于大连理工大学过程装备与控制工程专业大四年级过程工艺与设备课程设计题目；设计者为过程装备与控制工程专业在校大四学生，与项目发布者为师生关系；本项目设计装置为立式热虹吸式再沸器。

立式热虹吸再沸器简介图14.立式热虹吸再沸器（1）立式热虹吸再沸器是利用热介质在壳侧提供热量将管侧工艺流体加热沸腾的管壳式换热器，它是自然循环的单元操作，动力来自与之相连的精馏塔塔釜液位产生的静压头和管内流体的密度差。

（2）立式热虹吸再沸器广泛地应用于化与卧式相比, 其循环速率高, 传热膜系数高。

但是, 工业上应用的立式热虹吸再沸器其加热督要有一定高度才能获得较高的传热速率, 而塔底液面与再沸器上部管板约为等高, 这样就提高了塔底的标高, 使设备安装费增加, 并且设备的清洗和维修也困难。

（3）立式热虹吸再沸器的不稳定性, 往往是由于两相流的不稳定流型所致。

在立式热虹吸管内蛇两相流沸腾流型, 自下而上相继出现（4）鼓泡流、弹状流、环状流及环雾流等。

弹状流的大汽抱的不断出现与破裂, 激发了操作的不稳定性。

（5）立式热虹吸再沸器与卧式相比, 虽有较好的防垢性能, 但对于粘度大的物料, 例如, 石按化工中一些高分子聚合物, 也常因结垢堵塞管道, 而要定期清除垢物。

严重的情况下, 运转一年就会将再沸器中绝大部分管子堵死, 垢物的清除费力费时, 十分困难。

（6）一般立式热虹吸式的管程走工艺液体，壳程走加热蒸汽。

改善立式热虹吸再沸器的操作性能, 强化其传热, 具有十分重要的意义其特点有：结构紧凑,占地面积小,传热系数高.壳程不能机械清洗,不适宜高粘度,或脏的传热介质.塔釜提供气液分离空间和缓冲区.3.1.1 立式热虹吸再沸器的选用和设计计算步骤（1）强制循环式:适于高粘度,热敏性物料,固体悬浮液和长显热段和低蒸发比的高阻力系统。

（2）内置式再沸器:结构简单.传热面积小,传热效果不理想.釜内液位与再沸器上管板平齐3.1.2 设计方法和步骤：立式热虹吸式再沸器的流体流动系统式有塔釜内液位高度Ι、塔釜底部至再沸器下部封头的管路Ⅱ、再沸器的管程Ⅲ及其上部封头至入塔口的管路Ⅳ所构成的循环系统。

由于立式热虹吸再沸器是依靠单相液体与汽液混合物间的密度差为推动力形成釜液流动循环，釜液环流量，压力降及热流量相互关联，因此，立式热虹吸再沸器工艺设计需将传热计算和流体力学计算相互关联采用试差的方法，并以出口气含率为试差变量进行计算。

前言第一节换热器的主要形式换热器是一种进行热交换操作的工艺设备，广泛应用于化工、炼油、动力、冶金、原子能、造船、食品、制冷、建筑、电子、航空等工业部门中。

它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一种化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要的地位。

通常在化工厂的建设中换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。

随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高，换热器的投资比例将进一步加大，因此，对换热器的研究备受重视，从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的研究一直十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

在化工生产中，换热器是主要的工艺设备之一。

例如，在氮肥生产中，氮气与氢气的混和气体要在500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反应的氮、氢气体的分离，则需要通过冷却与冷凝的办法以液体的形式分离出来。

这一生产过程中的加热、冷却与冷凝就是通过换热器实现的。

在酒精生产中，酒精精馏塔在操作时，原料液需预热，釜底液体需在再沸器中加热，塔顶产生的蒸汽需冷凝。

这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。

换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺几乎都要用到它。

在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或截流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经蒸发器时（布置在冷藏室中）吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。

然后，再重复新的循环。

在其他各种制冷装置中，都存在着冷凝器和蒸发器等换热器。

在火力发电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给水加热器、蒸汽冷凝器等一系列的换热器。

其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。

燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤气加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。

立式热虹吸式再沸器毕业设计摘要本篇毕业设计主要研究了立式热虹吸式再沸器的设计和性能分析，对于该种型号的再沸器进行了深入的研究和探索。

通过对立式热虹吸式再沸器的热工特性和传热机理进行分析，提出了一种优化设计方案，使得该型号再沸器在使用过程中能够更加高效地运行，提高了热能利用率。

在实验过程中，对比了优化前后的性能指标，证明了优化方案的可行性和有效性。

关键词：立式热虹吸式再沸器；传热机理；优化设计；性能指标AbstractKeywords: vertical thermo-siphon reboiler; heat transfer mechanism; optimized design; performance indicators一、引言二、热虹吸式再沸器的传热机理热虹吸式再沸器主要由三部分组成，一个加热器、一个再沸器和一个地下水箱。

由于热水比重小，故而在水箱中形成了温度分层，上层为凉水，下层为热水。

当提高加热器的温度时，热水开始上升，形成热虹吸效应。

热水上升后，流入到水箱下部的再沸器中，并加热未完全再沸的物料，物料受到加热后，再次蒸发并上升，贯穿整个再沸器，最后通过管道排出。

热虹吸式再沸器的传热机理主要由三部分组成，包括对流传热、辐射传热和传导传热。

其中，对流传热是热虹吸效应的主要形式，其原理是利用热量作用在液体上，使得液体的密度发生变化，从而形成自然对流的循环。

在该过程中，辐射传热和传导传热也参与其中。

三、优化设计方案为了提高热虹吸式再沸器的传热效率，在设计过程中，我们提出了一种优化方案，主要包括以下几个方面：（1）加热器的设计在加热器设计中，我们采用了高效的加热元件，并减小加热器对外面空间的影响。

同时也采用了优化导流板等措施，使得加热器可以更加均匀地加热物料。

这些优化措施可以有效提高加热器的能量利用率。

在再沸器的设计中，我们主要采用了优化分层结构的方式，使得水箱中的冷水和热水能够更加有效地分离。

立式热虹吸再沸器HTRI优化设计Hualu Engineering and Technology Co., LtdHualu Engineering and Technology Co Ltd华陆工程科技有限责任公司主讲人：刘健内容简介•立式热虹吸再沸器是间壁式换热器里算复杂换热结作计算最为复杂的一类换热器，结合工作实践，在分析工艺流体在再沸器换热管内物理变化过程和间壁换热器传热研究利软件式热的基础上，利用HTRI软件对立式热虹吸再沸器进行优化设计。

1. 概述立式热虹吸再沸器是利用热介质在壳侧提供热量将管侧工艺流体加热沸腾的管壳式换热器它是自然循环的单元操作，它是自然循环的单元操作，动力来自与之相连的精馏塔塔釜液位产生的静压头和管内流体的密度差。

体的密度差利用HTRI计算报告：能给出再沸器所需的换热面积和设计裕量可以准确分析出工艺流体在换热管内的物理变化过程计算真实的循环量和气化率满足循环所需的静压头,进而决定塔器和再沸器之间相对布置关系按压力降分配法确定进出口管的尺寸在运算信息栏里给出再沸器运行的各种报告，包括振动报告，稳定运行报告以及流体流速和流型报告2 工艺流体在换热管内的物理变化过程2工艺流体在换热管内的物理变化过程1单相对流显热段2 过冷沸腾段3 泡状流和活塞流段4 搅动流5 环状流单流热由于静压头的存在该区域的压力大于流2.1单相对流显热段•由于静压头的存在，该区域的压力大于流体饱和状态的压力。

为使液体气化沸腾，体状力使液体气腾必须将液体加热到对应压力下的饱和温度以上显热段的长度取决于管壁两侧总的以上。

显热段的长度取决于管壁两侧总的温差、流体的液相传热系数、再沸器进口体液传热系数管的压降等。

真空操作工况下这一区域相对较长正压操作工况下相对较短对较长，正压操作工况下相对较短。

冷沸腾当流体经换热管向上流动压力逐渐降低 2.2 过冷沸腾段•当流体经换热管向上流动，压力逐渐降低，直到接近换热管壁温所对应的饱和蒸气压到接换热管所蒸气时，在换热管壁上液体开始形成气泡，气泡不断长大破裂尽管没有气体产生泡不断长大，破裂。

PRO/Ⅱ中热虹吸再沸器的设计一、 前言再沸器是在化工设计中经常碰到的一种换热器，它用于分馏塔底，使塔底物料汽化后返回塔内，以提供分馏所需要的热源。

再沸器的热负荷根据分馏塔的要求而定。

化工装置中最常见的是立式热虹吸再沸器，由于塔釜物料在再沸器中加热汽化，汽液混合物的比重显著减小，使再沸器的入口和出口产生静压差，因而不必用泵就可以不断地循环，塔底流体不断地被虹吸入再沸器，加热汽化后再返回塔内。

图一为一典型立式热虹吸再沸器。

在化工设计中，再沸器的设计与普通换热器的设计有些不同，除了象普通换热器一样要计算换热面积、传热系数、平均温差等设计数据外，还要考虑到在设计再沸器时，为保证再沸器操作时的正常循环，还要进行压力平衡计算，最主要的参数就是塔釜液位和再沸器之间的标高差，它是热虹吸再沸器循环的推动力。

塔釜液位和再沸器之间的标高差的大小影响到再沸器循环量（汽化率）的大小，它是热虹吸再沸器设计的重要参数。

二、PRO/II 中热虹吸再沸器的设计PRO/Ⅱ是SIMSCI 公司开发的化工过程模拟软件，已经被世界一些著名的化学公司所采用，其计算模型已成为国际标准，有2000多个纯组分数据库、用于3000条VLE 二元作用的在线二元参数及专业数据包，近40个单元模块，使用严格的最新计算方法，模拟范围广泛，功能齐全，尤其适合大型工业装置，可用于评价已有装置的优化操作或新建、改建装置的优化设计〔1〕。

本文所采用的是PRO/Ⅱ最新的6.0版本。

PRO/Ⅱ软件提供了严格换热器的单元计果利用严格换热器计算模块进行计算，由于程的循环量（即塔釜至再沸器的循环量），无法进行。

而如果在进行严格换热器计算的力平衡计算，那么再沸器的计算也就迎刃而解我们知道，热虹吸再沸器设计中压力平衡它决定了再沸器的安装尺寸，设计时应使压流量的要求。

主要的可变因素是入口的管径位置。

塔釜至再沸器的循环液经部降计算非常繁琐，主要变量为再沸器进出口压力降主要包括以下几个部分：（1）、ΔP1（2）、再沸器出口管线的摩擦损失（3）损失。

立式热虹吸再沸器机械设计说明书12020年4月19日大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书学院（系）：化工机械与安全学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：孔闯学号： 42052指导教师：由宏新、代玉强评阅教师：完成日期： .10.2大连理工大学Dalian University of Technolog摘要本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。

在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

经过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。

目录摘要 (I)1设计基础 (2)1.1项目背景 (2)1.2设计依据 (2)1.3技术来源及授权 (3)1.4项目简介 (3)2结构工艺说明 (1)2.1管程和壳程物料的选择 (1)2.2换热管 (2)2.3管板 (2)2.3.1 管板结构尺寸 (2)2.3.2 换热管与管板连接 (3)2.3.3 排管及管孔 (4)2.4折流板 (6)2.5接管及连接附件 (7)2.6安全泄放 (9)2.7耳式支座 (10)2.8管箱、管箱法兰与封头 (13)3强度计算 (15)3.1工艺参数计算结果表 (15)3.2计算条件 (16)3.3强度计算 (17)3.3.1 壳程圆筒计算 (17)3.3.2 前端管箱筒体计算 (18)3.3.3 前端管箱封头计算 (20)3.3.4 后端管箱筒体计算 (21)3.3.5 后端管箱封头计算 (22)3.3.6 开孔补强设计计算 (23)3.3.7 兼作法兰固定式管板计算 (26)3.3.8 管箱法兰计算 (35)4结论 (38)附录A 过程工艺与设备课程设计任务书 (40)文档仅供参考1设计基础1.1项目背景本项目来源于大连理工大学过程装备与控制工程专业大四年级过程工艺与设备课程设计题目；设计者为过程装备与控制工程专业在校大四学生，与项目发布者为师生关系；本项目设计装置为立式热虹吸式再沸器。

. .理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书学院（系）：化工机械与安全学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：孔闯学号： 201242052指导教师：由宏新、代玉强评阅教师：完成日期： 2015.10.2理工大学Dalian University of Technolog摘要本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。

在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核，包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算，封头壁厚的计算，管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1和管板零件图1。

目录摘要 (I)1设计基础 (2)1.1项目背景 (2)1.2设计依据 (2)1.3技术来源及授权 (2)1.4项目简介 (2)2结构工艺说明 (1)2.1管程和壳程物料的选择 (1)2.2换热管 (1)2.3管板 (1)2.3.1 管板结构尺寸 (1)2.3.2 换热管与管板连接 (2)2.3.3 排管及管孔 (3)2.4折流板 (5)2.5接管及连接附件 (5)2.6安全泄放 (7)2.7耳式支座 (7)2.8管箱、管箱法兰与封头 (11)3强度计算 (13)3.1工艺参数计算结果表 (13)3.2计算条件 (14)3.3强度计算 (15)3.3.1 壳程圆筒计算 (15)3.3.2 前端管箱筒体计算 (16)3.3.3 前端管箱封头计算 (17)3.3.4 后端管箱筒体计算 (19)3.3.5 后端管箱封头计算 (20)3.3.6 开孔补强设计计算 (21)3.3.7 兼作法兰固定式管板计算 (24)3.3.8 管箱法兰计算 (33)4结论 (36)附录A 过程工艺与设备课程设计任务书 (38)1设计基础1.1项目背景本项目来源于理工大学过程装备与控制工程专业大四年级过程工艺与设备课程设计题目；设计者为过程装备与控制工程专业在校大四学生，与项目发布者为师生关系；本项目设计装置为立式热虹吸式再沸器。

立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源，加热塔底釜液使其沸腾。

前塔顶蒸汽组成：乙醇0.12，水0.88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。

具体条件及物性如下前言能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。

我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半。

化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9%，占全国工业耗能的23%。

目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。

在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。

再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。

为了有效的利用能源，对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。

流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。

近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识，并且己经成为引人注目的前沿研究领域。

另外，在化工过程设计中，要应用到大量的基础物性数据。

开发一个数据库，包含这些基本的物性数据或者计算方法，在这些化工过程的设计中，就可以直接从数据库中查取有关的数据，省去烦琐的物性查取和计算的过程，简化设计，因此也是一项十分有意义的工作。

2立式热虹吸再沸器简介：热虹吸再沸器在化学工业中有非常广泛的应用，它具有非常高的传热系数，并且不需要泵来推动工艺流体的循环，从而使得设备费降低。

但是因为在热虹吸再沸器中流体流动和传热之间紧密相关，其设计过程十分复杂，要考虑到许多相关的因素，一般首先要根据工艺要求，同时考虑一些细节因素，选择再沸器的类型此基础上选择压力平衡计算式和传热计算式，进行工艺设计。

论文题目:立式热虹吸式再沸器的设计院(部)名称:机械学院学生姓名:专业:学号:指导教师姓名:论文提交时间:论文答辩时间:学位授予时间: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ABSTRACTDistillation is the physical separation unit operation which is achieved by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the role of the reboiler.Methyl reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield .This design is mainly for its technology, structure design. By selecting the model and the national standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing AutoCAD.So we can clearly express the structure size and it is convenient for us for further improvement and production.Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process. It is an integral part of the distillation column, which provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both the heat exchangers.Key words：Reboiler ；Vaporization ；AutoCAD ；distillation column heat exchanger ；methyl目录前言 (3)第一章再沸器基本参数 (5)1.1、设计任务和设计条件 (5)1.2、再沸器类型的选择 (6)1.3、流程的安排 (6)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 (7)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 (8)1.7.3拉杆 (10)1.7.4 防冲板 (11)第二章再沸器机械强度设计 (12)2.1 壳体壁厚计算 (12)2.2 管箱壁厚计算 (13)2.3 封头壁厚计算 (14)2.4、管箱结构 (15)2.4.1 管箱结构尺寸确定 (15)2.4.2 管箱法兰 (16)2.4.3 垫片 (17)2.5、固定管板计算 (18)2.6、壳体、管子与管板连接结构设计 (22)2.6.1壳体与管板连接 (22)2.6.2管子与管板连接 (22)2.7、管板与管箱连接 (24)2.8、判断是否需要膨胀节 (24)2.9、开孔补强设计 (26)2.10、接管 (28)2.11、排气、排液 (29)2.12、支座的选择 (30)第三章结论 (33)主要参考文献 (33)致谢 (34)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。

大连理工大学本科课程设计立式热虹吸式再沸器机械设计说明书学院(系）：化工机械与安全学院专业: 过程装备与控制工程学生姓名: 孔闯学号：201242052指导教师: 由宏新、代玉强评阅教师:完成日期: 2015。

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2大连理工大学Dalian University of Technolog摘要本课程设计主要任务是设计1台立式热虹吸式再沸器，作为丙烯-丙烷精馏塔的提馏段加热设备。

在大三下学期的时候已经初步完成了再沸器的工艺部分的设计和核算，本次设计主要进行再沸器的机械部分的计算及校核,包括再沸器各部分的结构说明，筒体壁厚的计算,封头壁厚的计算,管箱法兰和管板的计算，筒体和封头开孔及补强等。

通过3周的工作，已完成了再沸器的机械参数的计算，手工绘制了再沸器的装配图1张和管板零件图1张。

目录摘要 (I)1设计基础 (2)1。

1项目背景 (2)1.2设计依据 (2)1。

3技术来源及授权 (2)1。

4项目简介 (2)2结构工艺说明 (1)2。

1管程和壳程物料的选择 (1)2。

2换热管 (1)2。

3管板 (1)2。

3。

1 管板结构尺寸 (1)2。

3.2 换热管与管板连接 (2)2。

3.3 排管及管孔 (2)2。

4折流板 (2)2。

5接管及连接附件 (2)2。

6安全泄放 (3)2.7耳式支座 (4)2。

8管箱、管箱法兰与封头 (7)3强度计算 (7)3。

1工艺参数计算结果表 (7)3。

2计算条件 (9)3.3强度计算 (10)3。

3.1 壳程圆筒计算 (10)3。

3。

2 前端管箱筒体计算 (11)3.3.3 前端管箱封头计算 (12)3.3。

4 后端管箱筒体计算 (13)3.3。

5 后端管箱封头计算 (14)3.3。

6 开孔补强设计计算 (15)3。

3.7 兼作法兰固定式管板计算 (18)3.3。

8 管箱法兰计算 (26)4结论 (28)附录A 过程工艺与设备课程设计任务书 (29)1设计基础1.1项目背景本项目来源于大连理工大学过程装备与控制工程专业大四年级过程工艺与设备课程设计题目；设计者为过程装备与控制工程专业在校大四学生，与项目发布者为师生关系；本项目设计装置为立式热虹吸式再沸器。

294立式热虹吸再沸器的设计是否合理，直接关系到其“入口压力”，“出口降压”，和“气化率”等相关的指标。

因而，合理地设计立式热虹吸再沸器能够有效地提高其工作效率，同时也能有效地使其故障率降低。

1　工作原理要合理地设计立式热虹吸再沸器，首先要做到的就是了解其工作原理。

而立式热虹吸再沸器的工作原理主要有两个方面：1.1　循环立式热虹吸再沸器的第一个工作原理是循环。

首先液体从塔釜内流出，经过连接的管线进入再沸器内；然后液体将暂时被保存在静压头内；这时将液体加热，使其饱和程度达到能够气化的标准。

而这个标准的判断依据是流体的饱和压力要大于入口处的压力。

而为了清晰地呈现加热的进程，在再沸器底部装载的换热管都有明显的显热加热段。

然后就是液体被逐渐加热，逐渐沸腾、蒸发。

这是就完成了液体的气化。

而随着气化的完成，呈现出气化状态的液体会和尚未变化成气态的液体实现互相流动，而这就是所谓的蒸发阶段。

最后被气化的液体流出管道，又返回了塔釜之内。

这就完成了整个循环过程。

简化来说就是：塔釜内流出、加热气化、蒸发、回流。

1.2　传热与流动立式热虹吸再沸器的第二个工作原理就是传热与流动，而传热与流动分为五个阶段，具体分析如下：第一个阶段：液体流动传热阶段。

在这个阶段中，液体被存储在静压头中，而当液体存续在静压头中时，其操作压力将大于饱和压力。

而在这种情况下，就必须对液体进行加热处理。

第二个阶段：气泡流动传热阶段。

在这个阶段中，液体被高温加热逐渐产生了气泡。

随着气泡在液体内的分散与流动，其沸腾与破裂将实现热量的传递。

第三个阶段：塞状流动传热阶段。

在这个阶段中，液体的温度进一步升高，从而开始产生气化现象。

而随着气化现象的不断增加，气体与液体之间就实现了交互的上升与下降。

这个阶段的传热方式，除了沸腾传热外，还增加了气体与液体的对流传热。

第四个阶段：环状流动传热阶段。

在这个阶段中，随着气体的逐渐增多，气体的“剪应力”也逐渐的增加。

而当“剪应力”达到一定程度的时候，气体就会带动液体一起沿着换热器的管壁做向上的运动。

2018年07月立式热虹吸再沸器设计王文宾郑跃华（四川凌耘建科技有限公司，四川成都610000）摘要：本文介绍利用TASC 软件设计立式热虹吸再沸器并重点关注热虹吸稳定性的设计。

关键词：热虹吸；再沸器；精馏1概述精馏中常用的再沸器有釜式（Kettle ）、热虹吸式（Thermosi⁃phon ）、强制循环式（Forced circulation ）。

而立式热虹吸再沸器因结构简单紧凑、占地面积小、传热系数大、不易结垢、设备投资少等特点在石油化工行业中广泛应用。

立式热虹吸再沸器的原理是：进入再沸器的工艺流体被加热后部分汽化，形成的汽液混合物密度较小，在塔和再沸器之间产生静压差，从而推动工艺流体在塔和再沸器之间循环，而不用借助泵。

立式热虹吸再沸器的设计比较复杂，循环量、汽化分率、热负荷、压降和再沸器的结构尺寸都是相关的。

了解工艺流体在换热管内加热沸腾的过程有助于对换热器的设计。

如图1所示，工艺流体在换热管内经历了五个阶段：液相流、泡状流、塞状流、环状流和雾状流阶段。

图1垂直管内两相流流形如图2所示，液体由精馏塔底部进入再沸器，在L BC 段受A-B 之间的静压的影响，液体沸点上升，不能达到沸腾温度，处于未汽化状态，L BC 段称为显热段。

液体在上升过程被加热，到C 点到达泡点开始沸腾，在L CD 段形成气液两相流，称为蒸发段。

图2立式热虹吸再沸器示意图2设计方法和步骤立式热虹吸再沸器计算分手算和软件计算。

目前常用的手算方法都是在Fair 法的基础上衍生出来的。

主要是分为以下几个步骤：（1）物性数据的获取（2）确定热负荷Q ，平均温差△T m ，初选传热系数K ，估算传热面积（3）假定再沸器出口汽化分率，确定循环量。

（4）计算换热器各部分压降与推动力（5）计算总传热系数并与初值进行比较。

在很多设计手册和文献中都有详细计算过程介绍，这里就不再赘述了。

而软件计算的原理和手算是一致的，只是计算过程由计算机求解。

学号：0120720390115基础强化训练题目立式热虹吸再沸器的设计学院化学工程学院专业化学工程与工艺班级化工0701姓名指导教师2009 年7 月16 日目录1。

设计任务书2。

设备简介及设计方法和步骤3。

立式热虹吸再沸器的工艺设计3.1.。

估算再沸器尺寸3.1.1.。

再沸器的热流量3.1.2。

计算传热温差3.1.3.。

假定传热系数K 3.1.4.。

估算传热面积3.1.5.。

工艺结构设计3.2.。

传热能力核算3.2.1.。

显热段传热系数计算KL3.2.2.。

计算显热段管内传热膜系数αi 3.2.3.。

壳程冷凝传热膜系数计算α。

3.2.4.。

计算显热段传热系数K L3.3.。

蒸发段传热系数KE计算3.4.。

显热段及蒸发段长度3.5.。

计算平均传热系数K C3.6.。

面积裕度核算3.7.。

循环流量的校核3.7.1.。

计算循环推动力△P D 3.7.2.。

循环阻力△Pf设计任务书任务：连续精馏塔再沸器的设计一、工艺条件釜液组成：2%苯，98%甲苯（质量分率）操作压力：塔顶压力为常压加热方式：间接蒸汽加热蒸发速率：7200kg/h加热蒸汽压力：2.2Mpa塔底部压力：0.12Mpa设备型式：立式热虹吸再沸器二、设计内容1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计三、设计成果完成设计说明书一份蒸发速率：7200kg/h设备简介及设计方法和步骤立式热虹吸再沸器简介：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。

但是由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法清洗，因此不适宜用于高粘度或者较脏的加热介质。

同时由于是立式安装，因而增加了塔的裙座高度。

设计方法和步骤：立式热虹吸式再沸器的流体流动系统式有塔釜内液位高度Ι、塔釜底部至再沸器下部封头的管路Ⅱ、再沸器的管程Ⅲ及其上部封头至入塔口的管路Ⅳ所构成的循环系统。