1、毕业设计酒精回收装置再沸器的设计2目 录摘 要1ABSTRACT 2第一章 绪论31.1 概述31.2 再沸器的发展趋势 31.3 研究内容和方法41.4 使用软件简介4第二章 再沸器的工艺设计 62.1 设计任务和设计条件62.1.1 酒精提纯的工艺过程62.1.2 设计的工艺条件72.2 设计方案的确定72.2.1 再沸器类型的选择72.2.2 流程的安排 72.3 物性数据的确定82.4 工艺计算 82.4.1 再沸器的热流量计算82.4.2 管子和壳体材料的选择832.4.3 两种流体流向的确定，并计算出流体的有效平均温差 82.4.4 传热面积的估算92.4.5 再沸器基本参数的初步
2、确定 92.4.6 传热系数的校核和阻力降的计算122.5 设计结果汇总 19第三章 再沸器的机械设计213.1 壳体和管箱壁厚计算 213.1.1 壳体壁厚的计算 213.1.2 管箱壁厚的计算 213.1.3 再沸器的水压试验 213.2 壳体、管子与管板连接结构设计213.2.1 管板的形式 213.2.2 壳体与管板的连接结构 213.2.3 换热管与管板的连接形式 223.2.4 固定管板式换热器管板尺寸223.3 壳体高度233.4 再沸器封头233.5 容器法兰233.6 管箱结构243.6.1 管箱的结构243.6.2 管箱与管板的连接结构 2443.6.3 垫片的选择253.
3、6.4 管箱长度的确定253.7 换热管与壳体在温差作用下的应力计算253.8 管子拉脱力和稳定性校核273.9 判断是否需要膨胀节283.10 接管、接管法兰及开孔补强设计293.10.1 接管293.10.2 开孔补强293.10.3 接管法兰303.10.4 接管高度的确定303.10.5 接管安装位置最小尺寸的确定 303.10.6 排气、排液接管313.11 支座的选择313.12 设计结果汇总323.13 再沸器的主要附属设备-排废器34第四章 结论35参考文献 36致 谢 371摘 要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
4、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。酒精醪液再沸器是一种换热器，通常采用热虹吸式换热器，也是一种列管式换热器，在生产企业中占有较重要的地位，它直接影响产品的质量和产量。本设计主要是对其工艺、结构等的设计，通过选用换热设备的型号和对国标的查找，设计出经济实用的化工设备。再沸器的结构图使用 CAXA 二维绘图软件绘制，清楚地表达出结构尺寸，便于改进和生产。主要介绍了再沸器的设计工作以及它在生产过程中处于的地位和作用，它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。关键词：再沸器 汽化 CAXA 列管式换热器 酒精ABSTRACTD
5、istillation is the physical separation unit operation which is achieved by the repeated distillation process of several vaporization and condensation, since the 2volatility of different materials vary from each other. And the energy required for vaporization is provided by the reboiler This is the r
6、ole of the reboiler.Alcohol Fermentation reboiler is a heat exchanger, it is also a tube-type heat exchanger. In the manufacturer industry it plays a very important role, for it has direct impact on the product quality and yield .This design is mainly for its technology, structure design. By selecti
7、ng the model and the national standards of the heat transfer exchanger, we can come up with the economic and practical design of chemical equipment. Reboiler structure diagram is drawn by the two-dimensional drawing software drawing CAXA.So we can clearly express the structure size and it is conveni
8、ent for us for further improvement and production.Now we have completed the design of the reboiler and its role in the production process. It is an integral part of the distillation column, which provides the energy needed to vaporize several distillation columns. Along with condensers they are both
9、 the heat exchangers.Key words：Reboiler ；Vaporization ；CAXA ；distillation column heat exchanger ；alcohol第一章 绪论1.1 概述3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
10、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。1.2 再沸器的发展趋势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(1)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
11、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)卧式热虹吸再沸器也是利用塔底单相釜液与再沸器中气液混合物的密度差维持循环。卧式热虹吸再沸器的传热系数和釜液在加热段的停留时间均为中等，维护和清理方便，适用于传热面积大的情况，对塔釜液面高度和流体在各部位的压降要求不高，可适于真空操作，出塔釜液缓冲容积大，故流动稳定。缺点是占地面积大。 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。 立式再沸器：工艺物流测在管程，传热系数高，投资低，裙座高度高，汽化率为 3%-35%。 卧式再
12、沸器：工艺物流测在壳程，传热系数中偏高，投资适中，占地面积大，裙座高度低，汽化率为 3%-35%。 (3)强制循环式再沸器是依靠泵输入机械功进行流体的循环，适用于高粘度液体及热敏性物料、固体悬浮液以及长显热段和低蒸发比的高阻力系统。 (4)釜式再沸器由一个带有气液分离空间的壳体和一个可抽出的管束组成，管束末端有溢流堰，以保证管束能有效地浸没在液体中。溢流堰外侧空间作为出4料液体的缓冲区。再沸器内液体的装填系数，对于不易起泡沫的物系为 80%，对于易起泡沫的物系则不超过 65%。釜式再沸器的优点是对流体力学参数不敏感，可靠性高，可在高真空下操作，维护与清理方便；缺点是传热系数小，壳体容积大，占地
13、面积大，造价高，塔釜液在加热段停留时间长，易结垢。 (5)内置式再沸器是将再沸器的管束直接置于塔釜内而成，其结构简单，造价比釜式再沸器低；缺点是由于塔釜空间容积有限，传热面积不能太大，传热效果不够理想。1.3 研究内容和方法根据整体工艺流程图判断再沸器在其中的作用，进而考虑再沸器的结构型式，综合考虑，一般选用立式热虹吸式再沸器，是一种列管式换热器。根据换热器的设计标准对其进行工艺、机械设计，并画出其详细的结构生产图和零件图。1.4 使用软件简介(1)编辑与绘图 CAXA 电子图板提供了强大的智能化图形绘制和编辑功能，可以绘制各种复杂的工程图纸。其绘图功能包括基本曲线的点、直线、圆弧、矩形、样条
14、线、中心线、轮廓线、等距线和剖面线等以及高级曲线的多边形、椭圆、孔/轴、波浪线、双折线、公式曲线、填充、箭头、点和齿轮等图形的绘制。其编辑功能包括裁剪、过渡（圆角、倒角、尖角）、齐边、打断、拉伸、平移、旋转、镜像、比例、阵列以及局部放大等。(2)工程标注 CAXA 电子图板依据机械制图国家标准，提供了对工程图进行尺寸标注、文字标注和工程符号标注的一整套方法。其尺寸类标注包括尺寸标注、坐标标注、倒角标注、文字标注和引出说明等。其工程符号类标注包括基准代号、粗糙度、形位公差、焊接符号和剖切符号等。同时标注编辑、尺寸风格编辑和尺寸驱动功能让您可以随时随地编辑标注的内容和形式。(3)标准图库 CAXA
15、 电子图板提供了丰富的参量化图库，共有 20 大类，1000 余种，2 万多个规格的标准图符，涉及机械行业的连接件、紧固件、轴承、法兰、密封件、润滑件、电机、夹具等，电气行业的连接件、开关、半导体、电子管、逻辑单元、转换器等，液压气动的各类零部件，以及液压零件图库、农业机械零部件图符、轴承零件图符、腹板式齿轮零件图符等等，可以满足用户多方面的绘图要求。同时，CAXA 电子图板为用户提供了对图库的编辑和管理功能，并提供5开放的定制图库手段，用户不需编程，只需把图形绘制出来，标上尺寸，将尺寸进行定义后，即可建立用户自己的参数化图库。(4)数据接口 CAXA 电子图板提供了丰富的数据接口：它全面支持
16、各种版本的DWG、DXF 文件；可将 DWG/DXF 文件批量转换为 EXB 文件，并可设置转换的路径；可读入 WMF、HPGL 图形文件；可读入和输出 IGES 格式文件；可读入以文本形式生成的数据 DAT 文件，获取 CAXA 加工软件的几何数据。(5)工程图输出 CAXA 电子图板支持目前市场上主流的 Windows 驱动打印机和绘图仪，而且在绘图输出时提供了拼图功能，大幅面图形文件可以通过小幅面图纸输出后拼接而成，拼图方式可以选择用户指定的幅面实现拼图，也可以打印指定页码图形实现拼图；还提供了多份图形在一张图纸上输出的打印排版功能，可以智能地按最优的方式进行排版，可以批量打印 CAXA
17、 电子图板绘制的图纸，最适合在安装滚筒纸的大幅面打印机或绘图仪上输出整套图纸。 6第二章 再沸器的工艺设计2.1 设计任务和设计条件2.1.1 酒精提纯的工艺过程工艺流程图如图（2-1）所示：TITILIFIFIFITILILI图 例截 止 阀泵压 力 表疏 水 阀气 动 调 节 阀流 量 计 FI酒 精 储 罐蒸 汽废 液1# 2# 3#排 废 器45%酒 精 进自 来 水 冷 却 出自 来 水 冷 却 进回 流 罐冷 凝 器 冷 凝 器 冷 凝 器再沸器蒸馏塔图 2-1 工艺流程图原酒精浓度在 4045%条件下，进料量为 3m/h 时，蒸馏塔应满足酒精成品浓度80%、浓度 80%的酒精产量
18、1.5m/h 、废酒精排放浓度0.5%的设计要求。原浓度 45%的酒精进入蒸馏塔，进料量为 3m3/h，在蒸馏塔中蒸馏煮沸，利用酒精和水蒸发温度的不同而达到所需要酒精的浓度。 酒精的学名叫乙醇，它是沸点为 78.4 摄氏度，而水的沸点为 100 摄氏度。在酒厂里是将低浓度的酒（实质上是酒精与水的混合物）放在酒精精馏塔中水浴加热至酒精的沸点以上，但又远远低于水的沸点，这样酒精就大量地从酒液中蒸发出来，通过上部的冷凝器重新变成液态酒精被收集起来，在此温度下，酒中所含的水份却不会被大量蒸发而留了下来。 当然，在蒸馏塔工作温度下，水也会有部分蒸发，所以通过这种普通的精馏方法制成的酒精纯度都不会太高，一般为 95，当然也可以通过高纯度的精馏法可以制成 96纯度的酒精。
