反應釜冷卻器設計(文件)

　

【正文】 ……………………………………..22表33 筒體法蘭的結構尺寸………………………………………………………………..23表34 管箱法蘭的結構尺寸………………………………………………………………..23表35 鞍座尺寸表…………………………………………………………………………..47表41 各部件質量表………………………………………………………………………..48表42 原始數據表…………………………………………………………………………..49VII劉松：反應釜冷卻器設計引 言在化工生產中，反應釜中的化學反應都是在一定溫度下進行的，物料進入到反應釜中受到溫度的限制，因此在物料進入反應釜之前進行換熱以達到所要求的溫度，這就是反應釜冷卻器產生的背景。設計的第一部分是工藝計算部分，主要是根據給定的設計條件估算換熱面積，從而進行換熱器的選型，校核傳熱系數，計算出實際的換熱面積，最后進行壓力降和壁溫的計算。安徽工程大學畢業設計（論文）反應釜冷卻器設計摘 要本文設計的列管式換熱器為四管程固定管板式換熱器。管殼程壓力降經計算滿足工藝要求。本設計要求設計一臺合適的列管式換熱器，列管式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱設備，列管式換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能進行機械清洗。而且傳統的列管式換熱器大部分是碳鋼材料，容易引起腐蝕，現在很多換熱器換上了新材料，比如高分子復合材料和陶瓷,特別是陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕、耐高溫等課題，成為了回收余熱最佳換熱器，目前，陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業主要熱工窯爐，正在為世界節能減排事業作出了巨大的貢獻。傳統的手工校核不僅計算量大，而且稍不注意可能影響校核結果，所以現在我們的設計單位和工廠都采用SW6軟件進行校核，這也大大減少了工程設計人員的工作量。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的10%~20%；在煉油廠中，約占總投資的35%~40%。 換熱器隨使用目的的不同，可分為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等。 ：直接接觸式、蓄熱式和間壁式三種類型。：管式換熱器（主要有管殼式、套管式、螺旋盤管式或蛇管式換熱器）；熱管式換熱器（主要有吸液芯熱管、重力熱管、旋轉式熱管換熱器）；板式換熱器（主要有板式、螺旋板式、傘板式、板殼式換熱器）；擴展表面式換熱器（主要有板翅式和管翅式換熱器）；蓄熱式換熱器（主要有回轉式和固定格室式換熱器）；其他（孔塊式換熱器、空冷器及薄膜式換熱器等）。又如對于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過程中的溫度和停留時間，往往就成為選型的主要前提。 列管式換熱器列管式換熱器是一種廣泛使用的換熱設備。在換熱器向高參數、大型化發展的今天，列管式換熱器仍占主導地位。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩段，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體沒有流體進出口接管。為了克服溫差應力必須設有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有相應的溫差補償裝置。其優點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不受殼體約束，因而當兩種換熱介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量不同而產生溫差應力。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。但殼程內介質有外泄的可能，殼程中不宜處理易揮發、易燃、易爆和有毒介質。此種換熱器與浮頭式、U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結構的介質，并能承受高溫、高壓。(2)高效節能的列管式換熱器：近年來，能源緊缺，材料費用上漲，為此，對高效節能的列管式換熱器的研究成為換熱器領域的研究熱點。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導地位。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相對于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動誘導振動。 發展趨勢換熱器經過多年發展，技術日臻成熟。將專家系統用于管殼式換熱器設計和選型,可以輔助設計者對流體流徑、殼體及浮頭類型、換熱器結構尺寸、折流板類型和換熱器整體布置等問題進行決策。 本設計的主要內容設計一臺合適的列管式換熱器，其中包括：1)畢業設計開題報告和外文期刊翻譯；2)換熱器的工藝設計；3)換熱器的結構設計和強度校核；4)通過設計計算盡可能提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達到更高效，更節能的目的；5)列管式換熱器總裝配圖和零件圖。并且兩流體的溫差小于50℃，可以不設置溫度補償。 估算換熱面積 計算熱負荷和冷卻水用量有機液的質量流量；有機液的比熱容；冷卻水的質量流量；冷卻水的比熱容； 熱負荷。 換熱管的排列和分程方法采用組合排列，即每層內按正三角形排列，隔板兩側按正方形排列。 折流板設置折流板的目的是為了提高殼程流速，增加湍流程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數，同時減少結垢。（2）折流板的板間距最小板間距，取殼體內徑的1/5或50mm中的較大值。 圖21折流板 其他附件根據參考文獻[3]表43和表44，換熱管的外徑為，筒體的內徑為，查得拉桿的直徑，拉桿的數量為六根。 換熱器核算 傳熱能力核算殼程對流傳熱系數；殼程當量直徑；殼程通流截面積；殼程流體流速；殼程雷諾數；殼程普朗特數；管程對流傳熱系數；管程通流截面積；管程流體流速；管程雷諾數；管程普朗特數；總傳熱系數。故可采用下式計算 (225)（3）污垢熱阻與管壁熱阻管外側污垢熱阻：查污垢熱阻經驗數據取管內測污垢熱阻：查污垢熱阻經驗數據取管壁的熱導率：碳鋼的熱導率。殼體平均壁溫，近似取殼程流體的平均溫度，即。折流板間距，折流板數, (236)流體流經折流板缺口的阻力 (237)故 (238)參考表25，該換熱器的壓降在合理的范圍之內，故所設計的換熱器合適。s)103103熱導系數/ W/(m℃)裕度/%22第3章 換熱器的結構設計及強度計算由工藝設計給定的設計溫度，操作壓力為，[4]，厚度偏差,在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于，取，焊接系數。 管箱短節、封頭厚度計算 管箱短節厚度計算由工藝設計給定的設計參數為：設計溫度，操作壓力為，管箱材料選用Q345R卷制，查閱GB1502011，材料在時許用應力為[4]，厚度負偏差，腐蝕裕量，焊接系數，所選材料的屈服應力[4]。 封頭厚度計算由于橢圓形封頭應力分布比較均勻，且橢圓形封頭易沖壓成型，選擇標準橢圓形封頭，封頭材料選用Q345R，設計壓力為，材料在時許用應力為[4]，厚度負偏差，腐蝕裕量，焊接系數，所選材料的屈服應力[4]。根據參考文獻[8]，當封頭公稱直徑時，直邊高度h宜為25mm，冷卻器的公稱直徑為300mm，則封頭的直邊高度，并且。②補強計算方法判別接管材料選用16Mn，材料的許用應力，厚度偏差，腐蝕裕量，因此。②有效高度外側有效高度： (322) （實際外伸高度）取以上兩式的最小值，故。根據表31，只需對無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。開孔所需的補強面積： (328) （3）有效補強范圍①有效寬度B (329)取以上兩式的最大值，故。 管箱法蘭和接管法蘭的選取 管箱法蘭的選取管箱法蘭選用甲型平焊法蘭，采用凹凸面密封，法蘭結構見圖32，法蘭及相匹配的墊片、螺柱、螺母的材料最大允許工作壓力、技術條件及其標記按JB/T 4700的規定。圖35 墊片的結構 墊片的尺寸根據參考文獻[11]選擇墊片，墊片的厚度為3mm，墊片的外徑，墊片的內徑。,設計溫度300℃，且無過大的溫度變化及嚴重的應力腐蝕情況。 管板計算相關參數的確定計算殼程圓筒內直徑橫截面積： (340)管板開孔后的面積： (341)在布管區范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支承的面積： (342)圓筒厚度：圓筒殼壁金屬橫截面積： (343)管板布管區面積： (344) 換熱管壁厚：管子金屬總截面積： (345)殼體法蘭材料（16Mn）彈性模量：管箱法蘭材料（16Mn）彈性模量：管箱圓筒材料（Q345R）彈性模量：管板材料（16Mn）彈性模量殼程圓筒材料（Q345R）彈性模量換熱管材料（20）彈性模量管板布管區的當量直徑： (346)相關系數的計算如下: (347) (348) (349) (350) (351) (352)管板的延長部分兼作法蘭：基本法蘭力矩按下式計算， (353)預緊狀態下，需要的最小墊片壓緊力： (354)操作狀態下，需要的最小螺栓載荷： (355) 預緊狀態下，螺栓所需截面積：（螺栓材料為35號鋼，）操作狀態下需要的最小螺栓面積：（螺栓材料為35號鋼，）需要的螺栓面積取與較大值，故 實際的螺栓面積： (356)螺栓中心至墊片力作用點的距離： (357)因此管程壓力操作工況下法蘭力矩按下式計算， (358)螺栓中心至作用處的徑向距離： (359)操作狀態下，需要的最小墊片壓緊力： (360)螺栓中心至作用處的徑向距離： (361)流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力之差： (362)窄面法蘭墊片壓緊力： (363) 因此假設管板的計算厚度，根據管板的結構，殼體法蘭厚度。系數由參考文獻[3]圖29查得：系數：由參考文獻[3]圖29查得：法蘭力矩折減系數： (370) 管板邊緣力矩變化系數： (371) 法蘭力矩變化系數： (372)根據參考文獻[3]圖28，由和確定：在設計溫度下，殼程圓筒材料的許用應力，殼體法蘭許用應力，管板材料的許用應力，換熱管材料的許用應力。 (383) ，合格。殼程圓筒軸向應力： (388)，合格。 (2)計入膨脹差殼程壓力下的危險組合假設環境溫度為,則 (390) 有效壓力組合： (391)基本法蘭力矩系數： (392)管板邊緣力矩系數： (393) 管板邊緣剪切系數：管板總彎矩系數：時，取與兩者中的較大值。殼體法蘭應力：殼體法蘭力矩系數： (3101)殼體法蘭應力參數:(按，查參考文獻[13]第9章表95)(3102)，合格。 (3105)根據參考文獻[3]，換熱管與管板連接許用拉脫力。 (3114)，合格。拉脫力：強度脹接最小脹接長度l應取管板的名義厚度減去3mm或50mm二者的最小值，故。 (3123)按和查參考文獻[3]圖31（a）得到：所以管板徑向應力系數： (3124)管板布管區周邊處徑向應力系數： (3125)管板布管區周邊剪切應力系數： (3126)管板應力：