【導讀】本設(shè)計說明書是關(guān)于蒸餾塔冷凝器的設(shè)計，用來實現(xiàn)MTBE與循環(huán)水之間的熱交換，提高MTBE的生產(chǎn)效率?？紤]到工藝需求和造價，我們選用了浮頭式換熱器。其優(yōu)點為熱應力較小，便于檢查和清洗，缺點是浮頭蓋與管板法蘭連接有相當。體將由此旁通而不參加熱交換過程。設(shè)計內(nèi)容主體是換熱器的換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)

　　

【正文】 2 2 185 w ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? （ ） 則有： P Mpa?????? 滿足強度和壓力要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求。 管箱圓筒壁厚計算和校驗 管箱圓筒設(shè)計條件如表 所示： 表 管箱圓筒設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計溫 度℃ 設(shè)計壓力 Mpa 許用應力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱圓筒短節(jié) Q345R 83 185 4 設(shè)計溫度 243℃ 下 管箱圓筒短節(jié) 的計算厚度如下， 其中 mmDi 1100? ， p Mpa?? ， 185t Mpa?????? ， ? =， 帶入公式 ： 8 900 185 5 82 cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? 計算厚度： δ = 設(shè)計厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 6nd c mm??? ? ?,經(jīng)圓整取 n? =10mm, 圓筒的最小厚度應不小于表 ，取 n? = 14mm 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 22 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計溫度下圓筒的計算應力按公式 ： ? ?0 . 5 8 9 0 0 9 . 7() 2 2 9 . 7t c i eePD Mpa?? ? ???? ? ?? 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3tt Mpa? ? ???? ? ? ??? 設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力按公式 ： 2 2 185 900 tew ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? 則有： P Mpa?????? 滿足強度和壓力要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求。 外頭蓋圓筒壁厚計算和校驗 外頭蓋圓筒設(shè)計條件如表 所示： 表 外頭蓋圓筒短節(jié)設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計溫度℃ 設(shè)計壓力 Mpa 許用應力 ??t? Mpa 焊縫系數(shù) ? C1 mm C2 mm 外頭蓋圓筒短節(jié) Q345R 83 156 4 設(shè)計溫度 下 外封頭 圓筒短 節(jié) 的計 算厚度如 下， 其中 M papp sc ?? ；1000iD mm? ； 185t Mpa?????? ； ? = ： 8 100 0 185 5 82 cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? 計算厚度： δ = 設(shè)計厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?,經(jīng)圓整取 n? =10mm, 圓筒的最小厚度應不小于表 ，取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計溫度下圓筒的計算應力按公式 ： ? ?0 . 5 8 1 0 0 0 9 . 7() 2 2 9 . 7t c i eePD Mpa?? ? ???? ? ?? 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3tt Mpa? ? ???? ? ? ??? 設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力按公式 ： 第五章 設(shè)計計算與強度校核 23 2. 2 185 1000 tew ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? 則有： P Mpa?????? 滿足強度和壓力要求，故取 ?n = 14mm合適。 浮頭蓋封頭和管箱封頭厚度計算 壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來決定。 圖 標準橢圓封頭 此次設(shè)計采用標準橢圓形封頭，它由半個橢球面和圓筒短節(jié)組成，如圖 所示。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫出現(xiàn)經(jīng)向曲率半 徑突變，以改善焊縫的受力狀況。橢圓形封頭應力分布比較均勻，且深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應用較多的封頭之一。管箱封頭和外頭蓋封頭設(shè)計條件如表 ，表 所示。 表 管箱封頭設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計 溫度℃ 設(shè)計 壓力 Mpa 許用應力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱 封頭 Q345R 83 185 4 表 蓋封頭設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計 溫度℃ 設(shè)計 壓力 Mpa 許用應力??t? Mpa 焊縫系數(shù) ? C1 mm C2 mm 外頭蓋封頭 Q345R 83 185 4 符號規(guī)定 ： Di—— 封頭內(nèi)直徑， mm； 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 24 D0—— 封頭外直徑（ 2o i nDD??? ),mm； h1—— 封頭曲面深度， mm； h2—— 封頭質(zhì)變高度， mm； A—— 封頭內(nèi)表面積， ㎡ ； V —— 封頭容積， m3； m —— 封頭質(zhì)量，㎏； cp —— 計算壓力 ， MPa； ? ?WP —— 最大允許工作壓力， MPa； ? —— 封頭計算厚度， mm； e? —— 封頭有效厚度， mm； n? —— 封頭名義厚度， mm； ? —— 設(shè)計溫度下封頭材料的計算應力， MPa； ??t? —— 設(shè)計溫度下封頭材料的許用應力 ,MPa； ? —— 焊接接頭系數(shù)。 管箱封頭厚度計算 標準橢圓形封頭的厚度計算如下 ,其中 P Mpa?? ， 1000iD mm? ，185t Mpa?????? ， ? = ： 0 . 5 8 1 0 0 0 1 8 5 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 82 0 . 5cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ? ??? ??? （ ） 計算厚度： δ = 設(shè)計 厚度： 2 c mm??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?，圓整取 n? =10mm, 考慮到管箱圓筒厚度為 14mm，故取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 標準橢圓形封頭的有效 厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的 ％，但當確定封頭厚度時，已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 0 . 1 5 % 0 . 1 5 % 1 0 0 0 1 . 5tD m m? ? ? 故該標準橢圓形封頭的名義厚度 n? = 14mm合適。 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式 ： ? ? ? ?eietw KDP ???? ?? （ ） 式中： K—— 橢圓形封頭形狀系數(shù)， ???????? ?????????? 22261 iihDK 第五章 設(shè)計計算與強度校核 25 表 系數(shù) K值 iihD2 K 6 7 9 1 4 7 0 3 7 1 6 1 6 由表 K值為 1，則 2 2 18 5 0. 85 9. 7 0. 5 1 10 00 0. 5 9. 7t ew ieP Mp aKD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ? ? 則有： P Mpa?????? 該封頭滿足壓力要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求 。 設(shè)計溫度下封頭的計算應力按下式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 1 4 4 1 4 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? （ ） 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強度要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求 。 外頭蓋封頭計算 標準橢圓形封頭的計算厚度按下式 ， 其中 P Mpa?? ， 1000tD mm? ，185t Mpa?????? ， ? =, 0 . 5 8 1 0 0 0 1 8 5 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 82 0 . 5cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ? ??? ??? 計算厚度： δ = 設(shè)計厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?，經(jīng)圓整取 n? =10mm, 考慮外頭蓋圓筒短節(jié)厚度為 14mm，故取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 標準橢圓形封頭的有效厚度應不小于封頭內(nèi)直徑的 ％，但當確定封頭厚度時已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 000. 15 0. 15 10 00 1. 5et D mm? ? ? ? ? 故該標準橢圓形封頭的名義厚度 ?n = 14mm合適。 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 26 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按公式 ： 2 2 18 5 0. 85 9. 7 . 5 1 10 00 0. 5 9. 7t ew ieP Mp aKD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ? ? 則有 P Mpa?????? 該封頭滿足壓力要求，故取 n? = 12mm符合設(shè)計要求。 設(shè)計溫度下封頭的計算應力按公式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 9 . 4 4 9 . 7 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強度要求，故取 n? = 14mm 符合設(shè)計要求 管板計算與校核 管板的厚度計算 符號規(guī)定： Ad —— 在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積， 2mm ；例如多管程管板， 對于正方形排列 : ? ?SSSnA nd ?? 39。 ； A1 —— 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積， mm2； At —— 管板布管區(qū)面積，㎡； 對于單管程換熱器， 正方形排列： 2nSAt ? 對于多管程換熱器， tA 應取上式計算值與 dA 之和； a —— 換熱管管壁金屬的橫截面積， mm2； C —— 系數(shù)，按 ~ 2/1~ 3/1 / at PK 和 t?/1 查圖 23； DG —— 墊片壓緊力作用中 心圓直徑，按 GB1502021《壓力容器》 第 9章， mm； Dt —— 管板布管區(qū)當量直徑， mm；?tt AD 4?； d —— 換熱管外徑， mm。 PE —— 設(shè)計溫度時， 管板材料的彈性模量 ,MPa； fE —— 設(shè)計溫度時，換熱管 材料的彈性模量 ,MPa； weG —— 系數(shù)，按 ~ 2/1~ 3/1 / at PK 和 t?/1 查圖 24； tK —— 管束模數(shù)， Mpa，ttt LDnaEK ? ；