院 系

机电工程系

专业班级

过程装备与控制工程

姓 名

 

学    号

 

题 目

立式热虹吸式再沸器设计与制造工艺

题目类型

应用研究

一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）

 1. 国内外研究现状

世界范围内炼油和石油化工向精细、大型化的方向发展，在计算机控制水平、工艺模拟和设计塔内件基础研究和工业应用经验积累越来越丰富的技术支撑下，现有塔设备的增效、增能、降耗，挖潜改造，降低加工成本，提高经济效益方向发展。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。

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。同时由于是立式安装，增加了塔的裙座高度，但可以考虑采用耳式支座。

2．生产需求状况

换热器是化工、石油等许多工业部门的通用设备，所以它具有广大的市场和运用空间。我国是世界最重要换热、散热、冷却设备市场，据统计，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30％，在炼油厂中换热器约占全部工艺设备的40％，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。再沸器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。立式热虹吸式再沸器具有传染系数高、结构紧凑、安装方便，釜液加热段停留时间短，不易结垢，调节方便，占地面积少，设备及运行费用低等优点，一般情况下，在满足工艺要求前提下都会应用此种再沸器。

3．选题目的及意义

再沸器在化工厂应用非常广泛，再沸器（也称重沸器）能使液体再一次汽化，是一个能够交换热量，同时汽化液体的一种特殊换热器；多与分馏塔合用；物料在重沸器受热膨胀甚至汽化，密度变小，从而离开汽化空间，顺利返回到塔里。再沸器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，在提高传热效率，减小传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。在再沸器的设计时必须考虑诸多因素，如材料、压力、温度、结垢以及检查和清理等，通过各种因素的综合考虑以及比较来选择一种合适的结构形式。这是对四年本专业学习的一个总结性检验。并且针对就业市场及城市学院培养方案的定位，在懂得本专业的基本知识为前提，应用所有专业知识进行毕业设计，今后能为社会提供更加优良的专业服务。通过完成此次设计，能运用专业软件对产品进行设计，能精通使用现代制造工艺。当进入社会时，能及时适应工作单位基本要求，立即投入专业角色之中。

4.主要参考文献

[1]  顾芳珍，《化工设备设计基础》，大学出版社，1994

[2]  郑津洋主编，《过程设备设计基础》，化学工业出版社，2005

[3]  王菲主编，《化工设备用钢》，化学工业出版社，2002

[4]  蔡纪宁编，《化工设备机械基础》，化学工业出版社，2000

[5]  匡国柱编，《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，2005

[6]  蔡纪宁编,《化工制图》，化学工业出版社，2008

[7]  席伟光编，《机械设计课程设计》，高等教育出版社，2004

[8]  秦叔经编，《换热器》，化学工业出版社，2003

二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程

1.主要设计内容

一台立式热虹吸式再沸器主要由壳体、封头、法兰、接管、换热管、管板及折流板等元件组成。在设计换热器时根据工艺要求设计出合理、经济适用的再沸器。设计的主要步骤如下： 

（1） 立式热虹吸式再沸器的工艺设计和计算 

根据操着环境和工艺要求，确定再沸器的类型。设计主要包括壳体形式、管程数、传热管类型、管长、管子排列、冷热流体的流动通道等。确定冷热流体物性参数，选择再沸器的尺寸规格，计算管程（壳程）压降与传热系数，计算总传热系数K、校核传热面积，对设计结果进行评估及优化。 

（2） 立式热虹吸式再沸器元件的强度计算 (强度设计需用sw6-2011软件）

  再沸器是由筒体、管箱、封头、法兰、管板、换热管、膨胀节、钩圈等受力元件组成。各受力元件都要按照GB150《钢制压力容器》 、GB151《钢制管壳式换热器》相关标准进行强度计算，以确保在运行中安全可靠。 

2.设计思想

本次课程设计主要运用所学的知识，对立式热虹吸式再沸器进行设计，包括该再沸器的结构设计、机械设计以及标准零部件的选型等。 根据给定的工艺参数并结合导师提供的资料和图书馆及网上的资料。完成换热器零部件的计算、密封设计，最终绘出设计图纸。应用计算机CAD、CAXA等绘图软件绘制主要装配图和零件图。研究内容如下：

A.立式热虹吸式再沸器的工作原理是热虹吸原理，即利用水柱压差与釜液和再沸器中的气液混合物的密度差来工作，所以在安装的时候需要注意精馏塔的安装高度比再沸器高，使进入再沸器中存在一定的静压头。

B.立式热虹吸式再沸器本质上是一种列管式换热器。所以在设计过程中需要注意：

（1）流动空间的选择：即哪种液体走管程，哪种液体走壳程

（2）流体流速的选择：流体的总传热系数和流动阻力都与流体速度密切相关，所以流速的选择是一个经济优化的问题。

（3）换热管规格和排列方式的选择：不同的热管规格和排列方式会导致换热效果与清洗难易程度的差异

（4）拆流挡板：拆流挡板的安装与提高壳程的传热系数密切相关

C.结合以上注意事项与老师给定的参数，进行立式热虹吸式再沸器的设计任务，大体分为三个步骤

（1）根据参数（如工作压力，工作温度等）进行试算并初选设备型号

（2）根据选定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压力降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。

（3）计算总传热系数，校核传热面积

D、制造工艺

（1）完成主要零部件（例如筒体等）的制造工艺过程卡。

（2）合理选择焊接方式，着重阐述选择焊接方式方法的原因

（3）完成焊接后进行无损检测，检测零部件是否安全合格。

3.工作方式

1．对立式热虹吸式再沸器的设计探索新的设计思想和方法；

2. 完成一份立式热虹吸式再沸器的设计说明书

3．CAD建模展示立式热虹吸式再沸器的内部结构及工作流程；

4．导出立式热虹吸式再沸器的装配图及全部零件图；

5．用CAPP制订立式热虹吸式再沸器设的机械制造加工工艺技术文件 

三、毕业设计（论文）工作进度安排  

1.开题报告 时间：2014年12月

2.设计说明书初稿 时间：2014年12月至2015年2月 

3.完善设计说明书，初步进行结构设计 时间：2015年2月至 2015年3月 

4.设计并完善装配图并绘制零件 时间：2015年3月至2015年4月

5.论文格式整理，初稿交指导老师审阅、修改、定稿。时间：2015年5月中旬前 

6.做答辩准备。时间：2015年4月至2015年6月

 

 

指 导

 

教 师

 

意 见

 

 

 

 

 

 

指导教师签字___________ 

                                       

      年   月    日

 

系 部

 

毕 业

 

设 计

 

领 导

 

小 组

 

审 核

 

意 见

 

 

                                      

                      

 

 

 

 

 

                                           系（公章）___________

                                     

            年    月    日