【正文】 指 導(dǎo) 教 師 信熙卿 系（部）主 任 吳濟(jì)民 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè) 技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄 化工 系 應(yīng)用化工技術(shù) 專業(yè)， 學(xué)生 于 年 月 日 進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。近二三十年來(lái)，化工、石油、輕工等過(guò)程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。 Design。但到目前為止，我國(guó)煤炭資源的綜合利用水平還很低，基本上處于小型化、分散化、產(chǎn)品單一化、浪費(fèi)大、污染嚴(yán)重和低效益的狀態(tài)。 眾所周知，甲醇是重要的化工產(chǎn)品，也是重要的化工原料，又是很有發(fā)展前途的重要燃料。 甲醇能與水，乙醇，乙醚，酮，鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶 ，并與它們形成共沸混合物。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對(duì)硫磷、多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料、合成橡膠，合成纖維等工業(yè)中有著重 要的地位。聚甲醛是性能優(yōu)良的工程塑料，其用途十分廣泛。 （ 3）甲醇羰基化反應(yīng)制醋酸。 （ 6）甲醇用作燃料。與此同時(shí)，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國(guó)每年 20xx 多萬(wàn)噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國(guó)甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。由于甲醇在我國(guó)已經(jīng)有一定規(guī)模的生產(chǎn)，另外甲醇的投資成本低，無(wú)論甲醇汽油生產(chǎn)技術(shù)還是甲醇車輛生產(chǎn)技術(shù)都已經(jīng)非常成熟了。 高壓法： ()是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度 360400℃ ，壓力 。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。 比較 甲醇生產(chǎn) 的優(yōu)缺點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇低壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用 和 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為： 甲醇生產(chǎn)工藝流程 本設(shè)計(jì)采用焦?fàn)t煤氣合成的甲醇。 （ 1）主反應(yīng) CO ＋ 22H = OHCH3 △ H=－ ㎏ /mol 當(dāng)原料氣中存在二氧化碳時(shí)，也能和氫氣反應(yīng)生成甲醇。在焦?fàn)t氣中加入 的過(guò)熱飽和蒸汽（蒸汽流量根據(jù)焦?fàn)t氣的流量來(lái)調(diào)節(jié)），經(jīng)焦?fàn)t氣預(yù)熱器加熱至 530℃ 后，再經(jīng)預(yù)熱爐預(yù)熱至 660℃ 左右進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐頂部。 （ 3）氧氣 來(lái)自氣體廠的氧氣，溫度為 100℃ ，壓力 ，與經(jīng)預(yù)熱爐加熱后的蒸汽混合后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐上部，氧氣流量根據(jù)轉(zhuǎn)化爐出口溫度來(lái)調(diào)節(jié)。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～ 20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%～ 40%。 二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。 30 年 代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。 近二三十年來(lái)，化工、石油、輕工等過(guò)程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。世界各國(guó)十分重視傳熱強(qiáng)化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效能換熱設(shè)備來(lái)提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。但其加熱面受容器壁面限制 ,傳熱系數(shù)也不高 .為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻 ,可在釜內(nèi)安裝攪拌器 .當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí) ,亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施 ,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù) .為補(bǔ)充傳熱面的不足 ,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管 . 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。 管殼式換熱器 : 管殼式 (又稱列管式 ) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成 ,殼體多呈圓形 ,內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管， ,管束兩端固定于管板上。 本設(shè)計(jì)中得鍋爐給水換熱器，要使轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口溫度由 320℃ 冷卻到 160℃ ，平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 9 鍋爐給水得溫度由 100℃ 加熱到 190℃ 。 轉(zhuǎn)化氣在 320℃ 下的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 11 水在 100℃ 下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)： )/(4 1 8 12 KkgJc p ?? sPa ??? ? 32 ? )/(6 6 3 Kmw ??? 設(shè)計(jì)鍋爐給水預(yù)熱器中轉(zhuǎn)化氣流量 31000m179。以上排列方式中最常用的是正三角形錯(cuò) 列，用于殼側(cè)流體清潔，不易結(jié)垢，后者殼側(cè)污垢可以用化學(xué)處理掉的場(chǎng)合。 ? ? MPa113?? ? ? PPDnt i?? ??? 2 +C 折流板選擇 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺的高度為： 間距是殼體內(nèi)徑的 1/5， 間距 B長(zhǎng)度； 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 15 折流板數(shù)： 其他附件 拉桿數(shù)量與直查相關(guān)的表選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為 900mm，由工程力學(xué)計(jì)算得知拉桿直徑為 拉桿數(shù)量不得少于 10 個(gè)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)的選擇，要考慮到總體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比而選擇，對(duì)選定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核和水壓試驗(yàn)。 本換熱 器在設(shè)計(jì)工藝上：換熱器的管束可以抽出， 管、殼程 清洗較為方便，在換熱器內(nèi)部的介質(zhì)間溫差不受限制， 可在高溫、高壓下工作 ，一般溫度在300400K，壓力 40— 45Kpa。這樣不僅提高了 轉(zhuǎn)化工段的 生產(chǎn)效率，也節(jié)約了 化工生產(chǎn)的 成本。 這篇論文歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將寫完，在論文的寫作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。 感謝我的同學(xué)和朋友 ，在我寫論文的過(guò)程中給予我了很多你問(wèn)素材，還在論文的撰寫和排版 的 過(guò)程中提供熱情的幫助。 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。 1984. 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 22 致謝 感謝老師們的教導(dǎo)，從中學(xué)到了換熱器的結(jié)構(gòu)和各方面理論知識(shí)。 換熱器在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中：換熱器冷卻了轉(zhuǎn)化氣的溫度，使出口溫度控制在工藝要求的范圍之內(nèi)。在能源日漸被消耗的今天，應(yīng)在滿足強(qiáng)度校核的條件下，盡可能的減少材料的消耗。 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 管子拉脫力計(jì)算 在操作壓力下，每平方脹接周邊所產(chǎn)生的力 Qp =104 公式中 。取管間距 a=32mm， 殼體內(nèi)徑 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 14 采用單管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式計(jì)算： lbaDi 2)1( ??? 式中 Di—— 換熱器內(nèi)徑； b—— 正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，查得 b=13 l—— 最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取 l=2d lbaDi 2)1( ??? 圓整后實(shí)取 Di=900mm 換熱器殼體壁厚 材料選用 Q235，計(jì)算壁厚為 ? ? PPDnt i?? ??? 2 +C 式中 P—— 設(shè)計(jì)壓力，取 P=。 正三角形排列比較緊湊，在一定的殼徑內(nèi)可排列較多的管子，且傳熱效果好，但管外清洗較為困難。本設(shè)計(jì)換熱器得壓力為 Mpa. 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文 ） 10 第 3 章 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定和工藝參數(shù)的計(jì)算 確定 物性數(shù)據(jù) 表 31 轉(zhuǎn)化氣 、 鍋爐給水進(jìn)出口溫度 轉(zhuǎn)化氣 鍋爐給水 進(jìn)口 出口 進(jìn)口 出口 320℃ 160℃ 100℃ 190℃ 定型溫度：對(duì)于一般氣體和水等的粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值，故管程混合氣的定性溫度為： 殼程轉(zhuǎn)化氣的定性溫度為： 根據(jù)定性溫度，分別取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 換熱器設(shè) 計(jì)方案的確定 列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造的材料范圍較廣、操作彈性也較大等。 套管式換熱器 : 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管 ,并由 U形彎頭連接而成 .在這種換熱器中 ,一種流體走管內(nèi) ,另一種流體走環(huán)隙 ,兩者皆可得到較高的流速 ,故傳熱系數(shù)較大 .另外 ,在套管換熱器中 ,兩種流體可為純逆流 ,對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設(shè)備。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。廢熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽除給本工序用外，富裕蒸汽送至蒸 汽管網(wǎng)。轉(zhuǎn)化氣溫度