下载文档原格式
1概述再沸器是蒸馏塔底或侧线的热交换器，用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行，同时提供蒸馏过程所需的热量，又称重沸器。
1.1再沸器设备的研究现状再热器是广泛应用于石油、化工生产过程中的工艺设备。
目前国内外的工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。
目前我国再沸器技术基础研究仍然薄弱。
相对于国外先进水平，我国换热器产业在产品的基础研究和原理研究上存在较大的技术差距。
在换热器制造上，我国目前还以仿制为主。
由于在再沸器的相关计算等方面缺少大型专业化软件支持，使得我国对设计出来的再沸器产品无法准确预计其使用效果。
随着我国工业化和城镇化进程的加快，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国再沸器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。
在石油、化工、电力、轻工、食品等行业仍然保持稳定增长，将对再沸器产业产生巨大的需求拉动。
1.2常见的再沸器类型再沸器可分为交叉流和轴向流两种类型。
在交叉流类型中，沸腾过程全部发生在壳程，常用的形式有釜式再沸器、内置式再沸器和水平热虹吸式再沸器。
在轴向流类型中，沸腾的再热蒸汽、气体或液体顺着轴向流动，热量载体与塔底产物的热量交换主要在管程进行，最常用的形式为立式热虹吸式再沸器。
当热虹吸式再沸器的循环量不够时，则使用泵来增加循环量，这时，称之为强制循环式再沸器。
强制循环式再沸器既可以为立式结构，也可以为水平结构。
在目前的化工工程中，最常用的再沸器为立式热虹吸式再沸器，其性能最稳定，节能效果较好，使用周期长，操作、维修费用较低，综合效率较高。
1.3再沸器的连接方式再沸器与换热管间有3种连接方式:焊接、胀接以及焊胀并用。
心连心化肥的再沸器采用的是焊接方式。
再沸器的运行效率受到温差应力、管壳程压力、介质腐蚀、流体腐蚀以及自身设计等因素的影响。
再沸器的设计一、设计条件以在五个大气压下（0.5Mpa ）的饱和水蒸汽作为热源。
设计条件如下：（1）管程压力、、管程压力(以塔底压力计算)：MPa KPa P w 12.0120217.03.105==⨯+=（2）将釜液视为纯氯苯，在釜底压力下，其沸点：根据安托因公式：tB CA p +-=log 查资料得：A=9.25 B=225.69 C=1516.04 则有： 69.22504.1516)1012.0log(b 6+-⨯t⇒ b t =137.8℃ （3）再沸器的蒸发量由于该塔满足恒摩尔流假设，则再沸器的蒸发量：h kg VM D b /61.1086461.11242.282=⨯==（4）氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3×103KJ/Kmol （即为313.5KJ/kg ）.纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：38.01238.012⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=t t t t rrc c (t c=359.2℃)其中8.1372==b t t ℃,8.1311=t ℃,KJ/kg 5.3131=r ,则：KJ/kg 3.3105.3138.1312.3598.1372.35938.038.02=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=r二、工艺结构尺寸的估算 （1）、计算传热速率QW 103647.93600/10003.31061.108645⨯=⨯⨯==b b r D Q(2)、计算传热温差△t m△t m =T -t b =151.7-137.8=13.9℃(3)、假定传热系数K依据壳程与管程中介质的种类，按竖直管式查表，从中选取K =800W/（m 2.k ）(4)、计算传热面积A p25p m 84=9.138********.9tm ⨯⨯=∆⋅=K Q A（5）、传热管规格选为Φ25mm ×2mm,L =4000mm,按正三角形排列，则传热管的根数为（根）2684025.014.384=⨯⨯=L d A N o Tπ （6）、壳体直径按3.4.3.2节中介绍的方法求取壳体直径。
学号： 09436213常州大学毕业设计（论文）（2013届）题目轻芳烃分馏塔再沸器设计学生吕浪学院机械工程学院专业班级教改092 校内指导教师宋敏霞专业技术职务讲师校外指导老师专业技术职务二○一三年五月轻芳烃分馏塔再沸器的设计摘要：本次设计的题目是轻芳烃分馏塔再沸器，采用了浮头式换热器。
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，此外，浮头式换热器的优点还再于拆卸方便，易清洗。
本设计说明书主要进行了换热器的结构和强度设计，主要根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸的确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。
关键词：浮头式换热器、管板、浮头盖、浮头法兰The design of reboiler of fractionating tower for light aromaticAbstract:The topic of my study is The design of reboiler of fractionating tower for light aromatic,which use floating head heat exchanger.The floating head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating heat. One of its tube sheet is fixed, while another can float in the shell, so called floating heat .As the tubes can expand without the restriction of the shell, it can avoid thermal stress. Another advantage is that it can be dismantled and clear easily. The design manual includes the structure and intensity of head exchanger. The part is just on selected type of exchanger to design the heat exchanger’s components and parts, such as vesting, baffled plates, the distance controltube, circle hook, tube boxes.This part of design mainly include: the choice of materials identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc.Key words: floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floating head flange.目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目次 (Ⅲ)术语表 (Ⅴ)第一章绪论 (1)1.1 课题背景和意义 (1)1.2 国内外发展研究状况 (1)1.3 换热器的发展趋势 (4)第二章工艺计算 (6)2.1 确定设计方案 (6)2.2 换热器类型的选择 (6)2.3 工艺结构尺寸的计算 (6)2.3.1平均传热温差校正及壳程数 (6)2.3.2换热管选型及排列和分程方法 (7)2.3.3壳体内径 (7)2.3.4布管限定原直径 (7)2.3.5折流板 (8)第三章结构计算与强度校核 (9)3.1壳体与管箱厚度的计算 (9)3.1.1圆筒壳体厚度的确定 (9)3.1.2管箱厚度计算 (9)3.2开孔补强计算 (11)3.2.1接管 (11)3.2.2接管位置 (11)3.2.3壳体上开孔补强计算 (12)3.2.4前端管箱开孔补强计算 (13)3.2.5外头盖开孔补强计算 (15)3.3水压试验 (16)3.4换热管 (17)3.5管板计算 (17)3.5.1固定管板计算 (17)3.5.2浮动管板计算 (22)3.6管热管的轴向应力 (26)3.7折流板 (27)3.8拉杆与定距管 (27)3.9防冲板 (28)3.10法兰与垫片 (28)3.11钩圏式浮头 (32)3.11.1管程压力作用下浮头盖计算 (33)3.11.2壳程压力作用下浮头盖计算 (36)3.11.3钩圈 (39)3.12分程隔板 (40)3.13支座 (40)3.13.1质量计算 (40)第四章结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)术语表B 折流板间距mm M o 法兰设计力矩N•mmC1 钢板负偏差mm N 换热管数C2 腐蚀裕量mm N B 折流板数C p 定压比热容kJ/(kg•℃) P c 计算压力MPaD 筒体内径mm [P w] 最大许用工作压力MPad 接管内径mm ΔP 压降PaD b 螺栓中心圆直径mm Q 热流量kWD G 垫片压紧力作用中心圆直径mm q 换热管与管板拉脱力MPaD L 布管限定圆直径mm [q] 换热管与管板许用拉脱力MPaD N 公称直径mm q m 质量流量kg/hE t 管板布管区当量直径mm R e 雷诺数F p 弹性模量MPa r s 污垢热阻m2•℃/Wh1 垫片压紧力N S 换热面积m2h2 封头曲面高度mm s 换热管中心距mmK 封头直边高度mm S n 隔板槽两侧相邻管中心距mm K t 传热系数W/(m2•℃) Δt m 平均传热温差℃K~t 管板模数MPa u 流速m/sL 管束无量纲刚度W a 螺栓载荷NL B 换热管长度m α 对流传热系数W/( m2•℃)L c 支座跨距mm δ 计算厚度mmr 换热管失稳当量长度mm δd 设计厚度mmm 设备总重量kg δe 有效厚度mmm1 筒体质量kg δn 名义厚度mmm2 封头质量kg η 管板刚度削弱系数m3 固定管板质量kg λ 导热系数W/( m2•℃)m4 浮动管板质量kg μ 粘度Pa •sm5 换热管质量kg ρ 密度kg/m3m6 折流板质量kg φ 焊接接头系数m7 附件质量kg σt 计算应力MPa m8 水压试验冲液质量kg [σ]t 许用应力MPa M a 法兰预紧力矩N•mm第一章绪论1.1课题背景和意义当今世界能源问题日益突出，节能己经成为解决当代能源问题的一个公认的重要途径。
再沸器工艺流程
再沸器工艺流程如下：
1. 工艺物料自下而上流动，加热后的工艺物料自下而上流动，且通过下移的液封蒸汽或其他方式返回管程，使管程物料进行自循环。
2. 壳程流体通过再沸器下部的出口进入壳程，被管程物料加热后从上部的出口离开再沸器。
3. 换热器内部设有电加热元件，通过电加热元件加热壳程流体，使其充分再沸。
4. 在再沸器出口取样口进行取样，检测物料的温度、取样压力以及物料的体积。
同时观察物料压力变化以验证是否存在泄露情况。
上述步骤完成后，可通过外部管路将物料送至下游工序或回收系统。
需要注意的是，定期对再沸器进行检修和清理，以保持其良好的换热效果和运行稳定性。
具体操作流程可能会根据实际生产情况和设备不同而略有差异，建议在操作时参考具体设备的使用说明或寻求专业人员的帮助。
课程设计（论文）题目名称苯-甲苯精馏装置塔底再沸器工艺设计课程名称化工原理学生姓名学号**********系、专业生化系2010级化学工程与工艺指导教师2012年12月21 日目录概述 (4)再沸器的工艺设计主要内容和步骤 (7)1物料衡算 (7)1.1设计依据 (7)1.2 精馏塔物料衡算 (7)1.3 再沸器的物料衡算 (11)2热量衡算 (11)2.1确定x w时的泡点温度t b (12)2.2再沸器的热量衡算 (12)3再沸器的工艺设计 (13)3.1流体流径的选择 (13)3.2热负荷q的计算 (13)3.3流体两端温度的确定 (13)3.4初选总传热系数K (13)3.5换热面积S (14)3.6初步计算管程数 (14)3.7 筒体直径计算 (15)3.8 总传热系数的较核 (16)3.9 压降的计算 (20)4 结构尺寸设计 (22)4.1筒体厚度计算 (22)4.2管箱厚度计算 (23)4.3.封头 (24)4.4箱管结构 (25)4.5.支座 (26)4.6.膨胀节 (27)4.7.管程结构 (27)4.8壳体、管子与管板连接结构设计 (28)4.9.接管 (29)总结 (32)参考资料 (33)致谢....................................... 错误!未定义书签。
概述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。
本次课程设计针对苯—甲苯溶液精馏装置进行设计，设计年产量为65000吨。
根据生产要求设计苯—甲苯精馏装置，蒸馏是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操作，其历史悠久，应用广泛。
蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、部分冷凝，利用其中各个组分挥发度不同而将其分离。
其本质是液、气相间的质量传递和热量传递。
为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次部分冷凝的方法——精馏。
酒精回收装置再沸器的设计作者姓名姚来金专业过程装备与控制工程指导教师姓名史岩彬专业技术职务副教授目录摘要 (1)第一章☆☆☆☆ (2)1.1☆☆☆ (3)摘要（内容采用小四号仿宋体）关键词：(小四号、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、仿宋体、接排、各关键词之间有2个空格）ABSTRACT（内容采用小四号Times New Roman字体）Key words：(小四号、Times New Roman、黑体、加黑、顶格)（内容采用小四号、Times New Roman字体、接排、各关键词之间有1个空格及分号）第一章再沸器的设计1.1概述酒精回收装置是酒精蒸馏后的醪液再次的回收利用，以达到节约成本、生产高效、减少浪费为目的，倡导低碳生产。
再沸器（也称重沸器）顾名思义是使液体再一次汽化。
它的结构与冷凝器差不多，不过一种是用来降温，而再沸器是用来升温汽化。
再沸器多与分馏塔合用：再沸器是一个能够交换热量，同时有汽化空间的一种特殊换热器。
在再沸器中的物料液位和分馏塔液位在同一高度。
从塔底线提供液相进入到再沸器中。
通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。
被汽化的两相流被送回到分馏塔中，返回塔中的气相组分向上通过塔盘，而液相组分掉回到塔底。
由于静压差的作用，塔底将会不断补充被蒸发掉的那部分液位。
目前国内外再沸器的选用原则是:工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。
下面是几种常见的再沸器介绍⑴.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。
但由于结构上的原因，壳程不能采用机械方法洗涤，因此不适宜用于高粘度或较脏的加热介质。
再沸器的类型和典型布置方案再沸器（Reboiler）是蒸馏塔底或侧线的热交换器，用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行，同时提供蒸馏过程所需的热量，又称重沸器。
大多数的再沸器为管壳式换热器。
根据实际生产中不同的需要,沸腾过程既可以发生在壳程,也可以发生在管程。
工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。
一般来说，同时满足上述各项要求是困难的，故在设计上应进行全面分析、综合考虑，找出主要的、起决定性作用的要求，选择一种比较合理的再沸器形式。
一、再沸器的类型根据循环形式，再沸器分为自然循环式热虹吸和强制循环式热虹吸自然循环式热虹吸再沸器在国内的精馏塔(装置)工艺中最为常用。
自然循环式热虹吸再沸器依靠塔釜内的液体静压头和再沸器内两相流的密度差产生推动力形成热虹吸式运动。
利用再沸器中气液混合物和塔底液体的密度差作为推动力，增加流体在管内的流动速度，减少了污垢的沉积，提高了传热系数。
强制循环式热虹吸再沸器用泵强制把流体从塔中抽出，送入再沸器加热循环。
用蒸汽加热的再沸器，可在蒸汽管上设置调节阀，控制蒸汽流量，或在冷凝液出口管上安装调节阀，改变再沸器内冷凝的液位而调节热量。
根据安装形式，再沸器分为立式和卧式立式有热虹吸式，强制循环式。
卧式有热虹吸式，强制循环式，釜式再沸器，内置式再沸器。
立式热虹吸再沸器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。
立式及卧式热虹吸再沸器本身没有气、液分离空间和缓冲区，这些均由塔釜提供。
立式热虹吸再沸器加热介质走壳侧，工艺物流走管程，在管内汽化，传热系数高，投资低，为获得好的循环，可能需要比较高的塔裙高度，适用于真空和低压系统。
特点：✦循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差；✦结构紧凑、占地面积小、传热系数高；✦釜液在加热段的停留时间短，不易结垢，管程容易清洗，且调节方便；✦塔釜提供气液分离空间和缓冲区；✦设备被直接安装在塔旁由于管线系统简单,故设备造价低。
浅谈塔底再沸器的两种工艺及管道设计要点
摘要:塔底再沸器是化工生产过程中的重要设备,其工作效率的高低主要决定于内部组成部分的布置及管道系统的设计。
本文简要地谈论了两种塔底再沸器的设备布置工艺及这两种再沸器的管道设计要点。
关键词:塔底再沸器工艺管道
塔底再沸器也即塔底重沸器,是化工生产过程中常用的传热工具,主要是借助带有热量的蒸汽、气体或者液体作为载体来将蒸馏塔中的塔底产物的加热及汽化。
再沸器在传热过程中,蒸发量主要受塔底产物和载热体的温度差值限制,在很多种情况下,二者温差很小,蒸发率很低,传热量少,不能达到满意的传热效果。
因此,我们需要选择一种工艺较好的再沸器,能够在温差很小的情况下仍然能够获得较好的传热效果,并且耗费较少的能源。
1 塔底再沸器的分类及要求
塔底再沸器有两个组成重要部分:一是设备布置;二是管道的设计。
这两部分的布置及设计不仅影响着再沸器的工作效率并且决定着整个传热过程中消耗的能量大小。
不同的再沸器有着不同的传热原理,因此应根据再沸器工作原理合理地布置再沸器内部的设备并恰当地设计再沸器的管道系统。
根据塔底再沸器内载有热量的介质的流向不同可以将塔底再沸器分为轴向流和交叉流两种。
在轴向流塔底再沸器
中,沸腾的载热蒸汽、气体或者液体顺着轴向流动,热量载体与塔底产物的热量交换主要在管程进行,而在交叉流塔底再沸器中,这些热量交换则全部在壳程进行。
常见的轴向流再沸器为立式热虹吸再沸器,强制流动再沸器;交叉流再沸器在形式上则主要包括内置式、釜式及水平热虹吸式。
在实际工程应用中,要求塔底再沸器不仅能够性能稳定、使用方便、制造简单、维修容易、使用时间长,而且要求其立体占用空间少,平地占用面积少等。
当然,满足上述所有条件是十分不容易的,所以在实际应用时应根据现场状况找出最主要的因素,选择一种适合于自身工程的再沸器形式。
在工程中,最常用的再沸器为立式热虹吸再沸器,该形式的再沸器的性能最稳定,节能效果较好,使用周期较长,维修费用较低,综合效率较高。
2 常用的两种塔底再沸器的工艺及管道设计要点
塔底再沸器的工艺以及传热管道的设计特点不仅直接影响着再沸器的整体传热效果,而且在很大程度上决定着再沸器的能源利用率。
因此,为了获得较好的传热效率并使用较少的能源,必须结合自身工程的实际特点,仔细对比综合效益较高的再沸器的工艺及管道设计要点。
2.1 立式热虹吸再沸器
2.1.1 立式热虹吸再沸器的工艺简介
该再沸器的工作主要依赖于静压力,具体过程为液体在再沸器的管道内部产生液态和气态这两种混合物,而从塔的底部进入再沸器中的流体的密度大于气液态混合物的密度,如此一来,前后两者的密度差带来了一定的静压力,这种静压力可以作为一种助力使得再沸器内部的传热载体自然流动,形成循环模式。
该再沸器的加热过程在壳程,而沸腾过程产生在管道内部,气液态混合物获得较高的流速,可以很快地从排出管流入塔内。
再沸器的排出管道与塔的接合方式有两种:一是顺着再沸器内部的直径弯道和塔相接合;二是在再沸器的侧面上设置开口,通过这些开口与塔来接合。
虽然出口处管道的布置形式对于再沸器带来的影响不是很大,但是出口处管道的最小面积对于再沸器带来的影响却很大。
塔内的液面高度为热量载体带来驱动力。
大多数情况下,再沸器的上管板的高度与塔内液体装置的液面高度是一致的。
2.1.2 立式热虹吸再沸器的管道设计要点
(1)再沸器排出管的压力降低值主要受再沸器管路的返回口的空间位置影响,因此,为了获得最小的降低值,在设计再沸器的内部管道时应反复试验,找出最恰当的开口位置,以确保再沸器内部的管道走势最合理,管道的长度最小,进而获得最少的压力降低值,节约能量。
(2)再沸器内的热量往返需要一定的推动力,因此,在设计再沸器的管道时,不仅要充分考虑设备的实际应用条件,还要考虑到再沸器的
高度问题,再沸器的检修维护费用,尽量在获得较高效率的同时节省资金,使工程的效益最高。
(3)应根据再沸器长度与直径的比值来考虑是否设置导向支撑架,当二者的比值大于六时,应当设置导向支架。
(4)当再沸器工作到一定程度时,无论是管道还是外壳均达到很高的温度,此时应严格控制操作流程,否则操作失误很容易带来经济损失甚是很大的危险。
因此在设计再沸器的管道时,切忌忽略管道的柔韧性能,而且要慎重考虑。
当再沸器工作时,再沸器的内部构件也均获得一定量的热量,因此在设计管道时,也要将这些构件的热量增涨值考虑在内。
2.2 釜式再沸器
2.2.1 釜式再沸器的工艺简介
釜式再沸器区别于其他再沸器的最大特点就是它有一个较大的外壳,再沸器的气体和液体的分离过程就在这里发生。
为了使得管道全部在液面以下,通常借助一个立体挡板来阻挡液体,这个挡板就构成了溢流堰,溢流堰以外的空间构成了液体流出再沸器前的缓冲区。
一般情况下,加热管道有两种形式:一是双管程的U形构造;二是很多个管程的浮头式构造。
釜式再沸器的最大优势在于它的运行比较稳定,对流体的参数限制不高,而且它在很高的真空条件下运行,为常规维护带来很大方便。
缺点是壳体内容易产生垢,而且壳体很大,占用空间大,
费用高。
2.2.2 釜式再沸器的管道设计要点
(1)在安装釜式再沸器时,首先应当考虑到两个高度问题:一是釜式再沸器的相对高度；二是塔的常规压面高度。
其中,前者的高度视工艺而定。
(2)釜式再沸器特别容易结垢,所以为了降低结垢量,在设计管道时,应尽可能的使得管道长度较短,从而进一步使得再沸器在管线上的压力降低值达到最小,节约能源。
(3)在设计管道时,必须考虑到管线的拆卸问题,因此在最初设计管道时,要提前为管线留出一定的空间,以便于管道拆卸。
3 结语
塔底再沸器的工艺及管道设计效果直接影响着它的综合效益,因此在实际应用时,应根据工程的不同需要合理地选择再沸器的形式,并恰当地对再沸器的管道进行设计。
参考文献
[1] 蒋云龙.解决气体分馏装置脱碳五苔塔底再沸器结焦的一
种可行的方法[J].中国新技术新产品,2012(12)．
[2] 邢育红.针对苯胺装置制氢单元再生塔底再沸器泄漏问题的创新性技术改进[J].甘肃科技,2008(15)．。
