1、 论文 年处理量为 1.8 万吨的甲醇加热器设计 申 请 人： 王晓磊 学科（专业）： 化学工程与工艺 指 导 教 师 ：韩小龙 2016年 3月 网络教育学院 毕 业 设 计 (论 文 ) 任 务 书 专业班级 层次 姓名 王晓磊 学号 314030813160004 一、毕业设计（论文）题目： 年处理量为 1.8万吨的甲醇加热器设计 二、毕业设计（论文）工作自 2015年 11 月 27日起至 2016年 3月 26日止 三、毕业设计（论文）基本要求： 某厂每年有 1.8万吨甲醇需要由热流体（水蒸气）加热到一定的温度，本设计要求是利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热，用 420K 的饱和水蒸
2、汽加热甲醇燃料气，甲醇年处理量为 1.8万吨（每年按 300 天，每天 24小时连续运行），甲醇由 338K上升到 393K。两侧污垢热阻为 1/8700 m，热损失 5%，初设 K=58.2。利用热传递过程中对流传热原则，设计换热器，以供生产需要。 设计要求： 1.简单阐述加热器的种类、各自的优缺点简等。 2.进行方案设计，包括：确定设计方案，确定物性数 据，计算总传热系数，计算传热面积，工艺结构尺寸，换热器核算，设计结果一览表以及对整个设计的评述或设计总结等。 指导教师 ： 韩小龙 网络教育学院 毕业设计 (论文 )考核评议书 指导教师评语： 王晓磊同学针对加热器查阅了大量文献，独立设计了
3、年处理量为 1.8万吨的甲醇加热器。该生整个毕业论文期间都表现积极，对自己要求严格，态度非常认真，论文书写规范、结构合理、结论正确，在规定的期限内完成了毕业论文中所规定的任务。同意答辩。 建议成绩： 指导教师签名： 2016 年 月 日 答辩小组意见： 该同学针对加热器查阅了大量文献，独立设计了甲醇加热器。 论文书写规范、态度认真、结构合理、结论正确。经小组讨论，一致同意答辩通过。 负责人签名 年 月 日 答辩小组成员 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 同意通过！ 负责人签名： 年 月 日 I 论文题目： 年处理量为 1.8万吨的甲醇加热器设计 学科（ 专业 ） ： 化学工程与工艺 申 请人
4、： 王晓磊 指导教师： 韩小龙 摘 要 论文设计一列管式换热器，用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热，用420K的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲醇年处理量为 1.8万吨（每年按 300天，每天 24 小时连续运行），甲醇由 338K上升到 393K。 列管式换热器在生产中因结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大而被广泛利用，在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。 文章所设计的换热器为公称直径 400mm，公称压强 2.5MP，总管数98 根； 设备总重为 1018kg 的 单管程 列管式换热器。经过计算，本换热器满足设计要求，能达到处理能力。 内 容一般包括：从事这项研究工作
5、的目的和意义；完成 的 工作（作者独立进行的研究工作的概括性叙述）；获得的主要结论 或提出的主要观点（这是摘要的中心内容）。学位论文摘要应突出论文的新见解。 关 键 词 ： 列管式换热器 ； 甲醇蒸汽 ；热流体水蒸气； 论文类型 ： 应用研究 西安交通大学网络教育学院论文 III 目 录 1 绪论 . 1 1.1 选题的理论意义与实际意 义 . 1 1.2 国内换热器研究现状 . 1 2 方案设计 . 2 2.1 确定设计方案 . 2 2.2 确定物性数据 . 2 2.3 计算总传热系数 . 3 2.4 计算传热面积 . 3 2.5 工艺结构尺寸 . 3 2.6 换热器核算 . 5 3 主要构
6、件的设计计算及选型 . 9 3.1 壳体 . 9 3.1.1 壳体直径 . 9 3.1.2 壳体壁厚 . 9 3.1.3 水压校核 . 9 3.1.4 壳体质量 . 9 3.2 管板 . 9 3.2.1 管板参数 . 9 3.2.2 管板与壳体的连接 . 10 3.2.3 管子在管板上的固定方式 . 10 3.3 拉杆 . 10 3.4 分程隔板 . 11 3.5 折流板 . 11 3.5.1 折流板选型 . 11 3.6 封头及管箱 . 12 3.6.1 封头 . 12 3.6.2 管箱 . 12 3.6.3 封头法兰及管箱法兰 . 12 4 附属件的计算及选型 . 13 4.1 接管及其法
7、兰 . 13 4.2 排气、排液管 . 13 4.3 支座设计 . 14 西安交通大学网络教育学院论文 IV 4.3.1 支座的设计选型 . 14 4.3.2 支座承载能力校核 . 14 5 设计计算结果汇总表 . 17 6 设计总结 . 20 致谢 . 21 参考文献 . 22 附件： . 23 见即可）： Equation Chapter (Next) Section 1 西安交通大学网络教育学院论文 1 1 绪论 1.1 选题的理论意义与实际意义 列管式换热器是一种结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广的换热器 。因此在 石油、化工生产中，尤其是高温高压等大型换热器的主要结构形式 分
8、类 ， 在化工、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。随着化工、炼油的迅速发展，各种新型换热器不断些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。 管式换热器也是固定管板式换热器中的一种，如其中的浮头式换热器， U 型管式换热器等。列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。列管式换热器单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 某厂每年有 1.8万吨甲醇需 要由热流体（水蒸气）加热到一定的温度， 本设计任务就 是利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热，用 420K 的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲
9、醇 年 处理量为 1.8万吨 （每年按 300天，每天 24小时连续运行） ， 甲醇由 338K 上升到 393K。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。 1.2 国内换热器研究现状 选择换热器时 ,要遵循经济 ,传热效果优 ,方便清洗 ,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器 等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选
10、列管式换热器作为设计基础。 综上所述，本设计利用热流体（水蒸汽）给甲醇蒸汽加热。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图 1）是工业生产中用到的列管式换热器 . 西安交通大学网络教育学院论文 2 2 方案设计 用 420K 的饱和水蒸汽加热甲醇燃料气，甲醇处理量每年 1.8万吨，即为 2500kg/h,甲醇由 338K 上升到 393K。 设计条件： 1.两侧污垢热阻为 1/8700 m 2.热损失 5%。 3.初设 K=58.2 2.1 确定设计方案 （ 1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度 420K，出口温度 420K。 冷流体进口温度 338
11、K，出口温度 393K。 从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体 壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。 （ 2）流动空间及流速的确定 由于该换热器是具有饱和蒸汽冷凝的换热器，且蒸汽较清洁，它对清洗无要求，故应使用水蒸汽走壳程，以便排除冷凝液。所以甲醇走管程，水蒸汽走壳程。选用25 2.5的碳钢管，取管内流速取 ui=20m/。 2.2 确定物性数据 定性温度：由于甲醇的粘度较小，其定性温度可取流体进口温度的平均值。 甲醇的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 水蒸汽在 420K 下的有关物性数据如下： 密度 o=2.3
12、585kg/m3 定压比 热容 cpo=1.92kJ/(kg ) 导热系数 o=0.0260 W/(m ) 粘度 o=0.000148 Pa s 潜热 =2128.8kJ/kg 甲醇在 365.5K 下的物性数据： 密度 i=1.09kg/m3 定压比热容 cpi=1.34kJ/(kg ) 西安交通大学网络教育学院论文 3 导热系数 i=0.0256 W/(m ) 粘度 i=0.0000164 Pas 2.3 计算总传热系数 （ 1）热流量 Wi=2500kg/h Qi=Wicpi ti=2500 1.34 (393-338)=184250 kJ/h=51.18 kW (2-1) Qi=51.
13、18 1.05=53.74KW （ 2）平均传热温差 (2-2) （ 3）水蒸汽流量 (2-3) （ 4）总传热系数 K 由于壳程较大， K 可取较大值，令初设值为 58.2KW/ m2 K 2.4 计算传热面积 (2-4) 考虑 15的面积裕度， S=1.15 S=1.15 18.65=21.45m2 2.5 工艺结构尺寸 （ 1）管径和管内流速 选用 25 2.5传热管 (碳钢 )，取管内流 速 ui=20m/s （ 2）传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 (2-5) 根据列管式换热器传统标准选用 Nt=98根 . （ 3）计算管长及管程数。 所需单程长度 (2-6) 根据传统
14、换热器管长可取 3米单程换热器 （ 4）平均传热温差校正及壳程数 西安交通大学网络教育学院论文 4 平均 传热温差校正系数 (2-7) 按单壳程温差校正系数应查有关图表。可得 。 平均传热温差 (2-8) （ 5）传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。取管心距 t=1.25 d0，则 t=1.25 25=31.25 32(mm) 横过管束中心线的管数 (2-9) 得到各程之间可排列 10支管，即正六边形可排 6层。则实际排管数设为 102根，其中 4根拉杆，则实际换热器为 98根 （ 6）壳体内径 壳体内径为：对于三角 形排列 b= 得 D=378mm 圆整可取 D
15、400mm （ 7）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25，则切去的圆缺高度为 h 0.25 400 100mm，故可取 h 100 mm。 取折流板间距 B 0.5D，则 B 0.3 400 200mm，可取 B为 200。 折流 板数 NB=传热管长 /折流板间距 -1=3000/200-1=14(块 ) 折流板圆缺面水平装配。 （ 8）接管 壳程流体进出口接管：取接管外水蒸汽流速为 u 1.0 m/s，则接管内径为 (2-10) 查表取壳程流体进出口接管内径为 100 mm 管程流体进出口接管：取接管内甲醇流速 u 20 m/s，则接管内径为 (2-11) 查表取管程流体进出口接管内径 200mm
