【正文】 荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)甲醇制氫裝置冷凝器畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 概述 1 甲醇制氫工藝簡介 1 設(shè)計(jì)參數(shù)及介質(zhì)特性數(shù)據(jù) 12 換熱器選型 23 換熱器的工藝設(shè)計(jì) 2 2 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算 2 傳熱平均溫度差的的計(jì)算 2 計(jì)算傳熱面積 3 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 3 管徑和管內(nèi)流速 3 管程數(shù)和換熱管數(shù) 3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 4 換熱管排列和分程方法 4 殼體內(nèi)徑的確定 4 折流板 4 接管 4 換熱管束的分程 5 接管位置最小尺寸 5 接管尺寸 6 管法蘭的選擇 6 換熱器核算 7 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 7 污垢熱阻和管壁熱阻 9 傳熱系數(shù) 9 傳熱面積裕度 9 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 10 管程流體阻力 10 殼程流體阻力 104 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 12 計(jì)算筒體厚度 12 筒體材料的選擇 12 筒體厚度 12 計(jì)算管箱短節(jié)、封頭厚度 13 后管箱短節(jié)及封頭厚度 13 前管箱短節(jié)及封頭厚度 15 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 17 浮頭蓋 18 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算： 19 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算 19 19 管板與殼體的連接 19 管板與管箱的連接 19 管板材料 20 管板有關(guān)參數(shù)的確定 20 管板厚度計(jì)算 225 拉桿與定距管 23 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 23 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 236 防沖板 237 鉤圈 238 分程隔板 249 法蘭與墊片 24 固定端的管箱法蘭及墊片選擇 24 浮頭端管箱法蘭及殼體法蘭及墊片選擇 24 殼程、管程接管法蘭型式與尺寸 25 浮頭蓋法蘭及墊片選擇 2610鞍座 26 支反力計(jì)算 26 鞍座的型號(hào)及尺寸 27 鞍座的布置 2811換熱器的制造與檢驗(yàn)要求 28 管箱 29 換熱管 29 管板 29 換熱管與管板的連接 29 折流板 29主要參考文獻(xiàn) 31 摘 要 氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，而甲醇制氫相對(duì)于其他制氫工藝投入資金少、耗能低等條件，本設(shè)計(jì)是甲醇制氫裝置中冷凝器的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的第一半部分為工藝計(jì)算，根據(jù)甲醇制氫裝置中轉(zhuǎn)化器出來的物料物性條件作為設(shè)計(jì)條件來估算冷凝器所需要的換熱面積，從而可以選擇合適的換熱器類型，校核傳熱系數(shù)，然后計(jì)算實(shí)際所需要的換熱面積，最后計(jì)算換熱器的相關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)，由選定的換熱器類型進(jìn)行換熱器內(nèi)部零件的設(shè)計(jì)，包括：根據(jù)介質(zhì)物性選擇材料、管板厚度計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過圖紙表現(xiàn)出來。 關(guān)于冷凝器設(shè)計(jì)的每個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)說明書中有詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞：換熱器 管板 浮頭蓋 浮頭 法蘭 AbstractHydrogen is a kind of important industrial products, hydrogen and methanol pared with other hydrogen production process, less investment, low energy consumption condition of this design is the design of the condenser in methanol hydrogen production unit.Design calculation for the first half part of the process, according to the methanol converter in hydrogen production device of material property as a design conditions to estimate the required condenser heat transfer area, thus can choose the appropriate type heat exchanger, heat transfer coefficient, check and calculate the heat transfer area of the actual need, the last calculating the related parameters of the heat exchanger. Design the structure and mechanical design, according to the selected type of heat exchanger heat exchanger internal ponents (such as to take over, baffle, tube sheet, etc.) design, including: choose according to physical properties of the medium material, the tube plate thickness calculation, calculation of floating head cover and floating head flange thickness, opening reinforcement calculation, etc. The final design result by drawings.On the condenser design of each part, there are detailed introduction in this design specification.Keywords: heat exchanger Floating head flange of floating head heat exchanger tube plate floating head coverIV 甲醇制氫裝置冷凝器設(shè)計(jì)1 概述 甲醇制氫工藝簡介 甲醇制氫裝置設(shè)計(jì)采用甲醇裂解、吸收法脫二氧化碳和變壓吸附工藝，增加吸附法的目的是為了提高氫氣的回收率，同時(shí)在需要二氧化碳時(shí)，也可以得到高純度的二氧化碳。 本工藝流程大致經(jīng)過以下步驟：甲醇與水按配比進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過計(jì)量泵進(jìn)入換熱器（E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，再經(jīng)換熱器（E0102）過熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器（R0102），轉(zhuǎn)化生成的氫氣、二氧化碳以及為反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱冷卻（E0101），然后經(jīng)水冷器（E0103）冷凝分離甲醇和水，這部分水和甲醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯酯吸收分離二氧化碳，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入PSA進(jìn)一步分離參與的二氧化碳一氧化碳以及其他雜質(zhì)得到一定純度要求的氫氣。E0103冷凝器是甲醇制氫裝置的重要設(shè)備，其主要作用是通過溫度相對(duì)較低的水帶走溫度相對(duì)較高的熱流體，包括兩個(gè)方面的變化：（1） COCO、H2的冷卻以及；（2） CH3OH、H2O的冷卻和冷凝。這兩個(gè)過程可以滿足工藝給定指標(biāo)。 設(shè)計(jì)參數(shù)及介質(zhì)特性數(shù)據(jù) 本設(shè)計(jì)需要冷凝的混合氣有較大的溫差應(yīng)力存在而且操作壓力較高，混合氣體有輕微的腐蝕性故混合氣體走殼程，冷卻水走管程。主要技術(shù)指標(biāo)：（1） 殼程：混合氣 入口：280℃，出口：25℃ ( kg/h ， kg/h ， kg/h， kg/h， kg/h) 壓力：（2） 管程：循環(huán)水 入口：20℃，出口：30℃ 壓力：：ＣPCO2= KJ/() ＣPH2= KJ/() ＣPCO= KJ/()2換熱器選型 在冷凝器中混合氣體介質(zhì)從280℃降溫到25℃。由于傳熱溫差較大，而浮頭式換熱器中浮頭可拆卸，管束與殼體的受熱變形互不影響，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，必要時(shí)可以把管束從殼體內(nèi)抽出來，因此初步選為浮頭式換熱器。 浮頭式換熱器3 換熱器的工藝設(shè)計(jì) 在冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算中，根據(jù)本設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器，其次計(jì)算換熱的傳熱面積。 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算（1） COCO、H2的冷卻Q1=Cp m（T1T2）=（++）（28025）=2067000KJ/h （） （2） 混合氣體中甲醇的量很小可忽略不計(jì)，=2135KJ/Kg，總冷凝熱Q2=Hm=2135=872000KJ/h （）水顯熱變化 Q3=Cp m（T1T2）= （28025）=436500KJ/h （） Q=Q1+Q2+Q3=3375500KJ/h 則冷卻水用量W=Q/（CpΔt）=（） 傳熱平均溫度差的的計(jì)算 根據(jù)流動(dòng)方向，分為逆流、并流、錯(cuò)流和折流。在逆流操作時(shí)，換熱效率高，所以逆流操作在工程中經(jīng)常采用，在本設(shè)計(jì)中首先按逆流計(jì)算，然后再進(jìn)行校正。 先求逆流時(shí)的傳熱平均溫度差： , ； （） 由于熱流體為氣體冷凝，冷流體為冷卻水，傳熱系數(shù) [1] 則有估算的傳熱面積： （） （1）管徑 近年來國內(nèi)常選用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)換熱管規(guī)格為： 、。本設(shè)計(jì)殼程氣體進(jìn)出口溫差大、冷卻水屬于較清潔的流體走管程。小直徑管子用于較清潔的流體。所以本設(shè)計(jì)選用規(guī)格。 （2）管內(nèi)流速 ，最大流速為，取管內(nèi)流速[2]。 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 管程 殼程 單程傳熱管數(shù)：由有， 冷卻水流量，則， （根） 由單程管的長度，可得傳熱管長度為 （） 采用單程管會(huì)導(dǎo)致設(shè)備較長不便于制造，所以采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在采用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，可采用換熱管長的換熱管，則該換熱器管程數(shù)為（管程）。傳熱管總根數(shù)（根） 按單殼程、四管程結(jié)構(gòu)，由和的值，查[10]圖得，即選用單殼程、四管程的結(jié)構(gòu)形式。 實(shí)際傳熱平均溫度差為 本設(shè)計(jì)選擇正三角形排列，主要是考慮提高管板的利用率。取管心距，則：，取[3] 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距為:[3] 通過管束中心線的管數(shù)：（根） 多層管殼體內(nèi)徑的估算。利用率[3]，則殼體內(nèi)徑為： （）圓整到標(biāo)準(zhǔn)值：[7]。 本設(shè)計(jì)采用單弓形折流板，橫向排列。切去的圓缺高度為 取折流板間距,則，取[4] 根據(jù)GB 1511999《管殼式換熱器》可知，換熱管最大無支撐跨距為，取第一塊折流板距管子左端，最后一塊折流板距管子右端，則折流板數(shù)塊，且折流板圓缺面水平裝配。為了避免殼體的有液體殘留在最低處留排出液口。 （1） 殼程流體進(jìn)、出口接管 根據(jù)流體溫度計(jì)算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，接管內(nèi)氣體流速：[4]，接管內(nèi)徑： 取接管公稱直徑DN=300mm。（2）管程流體進(jìn)、出口接管 根據(jù)溫度計(jì)算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，接管內(nèi)冷卻水流速：[4]，接管內(nèi)徑：