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1、化工设计课程设计 年产55万吨甲醇精馏车间设计粗甲醇预热器的设计 学生姓名： 学校： 专业班级：101 学号：10412041 指导老师： 时间：2013.10.14目录1.1设计条件及主要物性参数21.1.1设计条件21.1.2.主要物性参数31.2工艺设计计算31.2.1.估算传热面积31.2.2.换热器工艺结构41.2.3.壳体内径61.2.4折流板61.2.5.其它主要附件71.2.6接管71.3换热器核算71.3.1.热流量核算71.3.2 换热器内流体阻力计算101.4设备设计计算111.4.1筒体及封头壁厚计算111 .4.2主要附件选型131.4.3接管选型及补强131 .4.
2、4管板的选型161.4.5管箱的选型171.4.6鞍座的选型181.5主要结构尺寸及计算结果汇总18附录：预热器装配图191.1设计条件及主要物性参数1.1.1设计条件1.设计任务粗甲醇原料预热器设计，对冷物流粗甲醇（甲醇90%）进行预热（由40 oC加热至69 oC），年需量60.9万吨/年，压力为0.15MPa，要求管程和壳程压差均小于50kpa，设计标准式列管换热器。2.选择换热器类型流体温度的变化情况：混合流体进口温度为40 oC，出口温度为69 oC，压力为0.15MPa，查表得对应饱和蒸汽温度为111.2 oC。出口温度不变，但发生相变，转化为水。由于管程和壳程压差均小于50KPa
3、，且进出口温度变化不大。因此，选用固定管板式换热器。3.流程安排因为饱和蒸汽比较清净，表面传热系数与流速无关且冷凝液容易排出。所以饱和蒸汽宜走壳程。而甲醇的黏度A 所以开孔不需加补强。2.甲醇出料管采用的低合金无缝钢管，接管长度为150mm。配用具有突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记：HG20595-09 法兰WN200-2.5 RF Q235-B。无需补强。3.水蒸气进料管水蒸气进料流量为，接管内径为350mm。采用的低合金无缝钢管，接管长度为150mm。配用具有突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记：HG20595-09 法兰WN350-2.5 RF Q235-B。本设计选用=350mm，壁厚=6
4、mm的接管，由标准查得补强圈尺寸为外径D2=620mm，内径D1=362mm。开孔补强计算如下：（1）不计焊缝系数的筒体计算壁厚 （2）开孔所需补强的面积A 开孔直径： 开孔所需的补强面积：（3）有效宽度B 外侧有效高度 （4）有效补偿面积 其中 接管材料选择与筒体相同的材料（Q345R）进行补偿，故=1。 代入上式得 接管计算厚度 有效补强面积 因为AeA 所以开孔不需加补强。4.水蒸气出料管采用的低合金无缝钢管，接管长度为150mm。配用具有突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记：HG20595-09 法兰WN350-2.5 RF Q235-B。无需补强。5.排气管采用的低合金无缝钢管，接管长度
5、为150mm。配用具有突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记：HG20595-09 法兰WN25-2.5 RF Q235-B。无需补强。6.排污管采用的低合金无缝钢管，接管长度为150mm。配用具有突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记：HG20595-09 法兰WN25-2.5 RF Q235-B。无需补强。1 .4.4管板的选型1.左管板（1）管板厚度选用固定管板兼作法兰形式。管板与壳程圆筒连为整体，期延长部分兼做法兰，与管箱用螺柱、垫片连接；管板材料选用16Mn。当设计压力为1MPa，壳体内径为500mm时，查表得管板的厚度=34mm。（2）管板形状：管板同时起到法兰的作用，密封面为凸面，可以和管箱
6、的法兰(密封面为凹面)连接。管板直径与管箱法兰的相同，为700mm。外周均布24个20螺孔。（3）管板的开孔左管板共有172个安装换热管的开孔和4个拉杆安装孔以及1道管程隔板密封槽。2.右管板右管板厚度及形状与左管板一致。有172个安装换热管的开孔，但没有拉杆安装孔及管程隔板密封槽。 1.4.5管箱的选型1.左管箱（1）左管箱短节左管箱短节为圆柱筒体，内径与壁厚选择与设备壳体相同。左管箱短节连接甲醇进、出管口。选择左管箱短节的长度为管口接管公称直径的两倍，即2002=400mm。选择Q345R材料制作。左管箱短节的标记：筒体 DN500 =5 L=400。（2）左管箱封头选择公称直径为500m
7、m的标准椭圆封头。壁厚5mm。材质也是Q345R。标记：EHA 5005-Q345R JB/T 4746-2010。（3）左管箱隔板由于管程压强降较小，用公式计算隔板厚度会小于GB151规定的隔板最小厚度（换热器公称直径=600时，碳钢隔板的最小厚度为10mm），所以直接选择隔板厚度为10mm。数量为1块隔板。材料为Q235-B。（4）左管箱法兰及密封垫片法兰选择甲型平焊容器法兰，公称直径500mm，公称压力2.5MPa，密封面为凹面(FM)，与凸密封面的左管板连接。外周均布24个20螺孔，用M20双头螺柱与左管板连接。标记： HG20595-09 法兰WN500-2.5 FM Q235-B密
8、封垫片选择甲型平焊容器法兰用非金属软垫片，公称直径500mm，公称压力2.5MPa。 2.右管箱右管箱封头、法兰及密封垫片与左管箱一致。短节长度为100mm，标记：筒体 DN500 =5 L=100。右管箱无隔板。 1.4.6鞍座的选型鞍座分为轻型（A）和重型（B）两大类，每种形式的鞍座又分为固定支座（F）和滑动支座（S），在一台容器上F型和S型总是配对使用。本设计选用BI型双鞍座，其中一个为F型，另一个为S型。设计高度为200mm，其承载能力一般不必进行验算。查表得，公称直径在500900mm时，其允许载荷为155KN，包角为120度，筋板数为2。底板长460mm，宽150mm，厚10mm。
9、筋板长250mm，宽120mm，厚8mm。垫板弧长590mm，宽240mm，厚6mm。腹部厚8mm。鞍座标记为： 换热器总长为5300mm，换热器管束长=4500mm，一般当时，取两鞍座间距。本设计取0.6。即两鞍座间距。 1.5主要结构尺寸及计算结果汇总表3 换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/(kg/h)769132652进/出口温度/oC40/69111.2/111.2压力/kPa10001000物性定性温度/oC54.5111.2密度/(kg/m3)7930.8585定压比热容/kj/(kgK)2.654.235黏度/Pas0.4910-30.25610-3热导率/W/(mK
10、)0.1870.685普朗特数6.941.58设备结构参数形式固定管板式台数1壳体直径/mm500壳程数1管径/mm252.5管心距/mm32管长/mm45000管子排列管数目/根172折流板数/个29传热面积/m260.76折流板间距/mm150壳体及封头壁厚/mm5拉杆数/个4左管箱长度/mm400右管箱长度/mm100管程数2材质Q345R碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)0.99620.3表面传热系数/W/( m2K)1887.021279.23污垢热阻/( m2K/W)0.00001760.00014阻力/kPa13.89443.693热流量/kW1641.88传热温差/K55.4传热系数/W/( m2K)588裕度/%20.6附录：预热器装配图