【正文】 食品工業(yè)。這種換熱器的特點是單位體積設(shè)備所能提供的換熱面積要大得多，傳熱效果也好。 換熱器的分類換熱器的類型隨著工業(yè)發(fā)展而擴大，早期的換熱設(shè)備由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，多有結(jié)構(gòu)簡單、換熱面積小和體積較大等特征，如夾套式和蛇管式等。根據(jù)傳熱的機理不同，熱量傳遞有三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射，在實際傳熱過程中，熱量傳遞可以以一種方式進行，也可以以兩種或三種方式同時進行。化工傳熱過程既可以連續(xù)進行，也可以間歇進行。尤其是化學(xué)工業(yè)中，因為化學(xué)生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，都需要進行加熱和冷卻，而且化工設(shè)備的保溫、生產(chǎn)過程中的熱能合理利用以及廢熱的回收等都涉及傳熱問題。熱量從高溫度區(qū)移動的過程稱為熱量傳遞，稱為傳熱。使換熱器在給定的熱負荷下所需的傳熱面積比較小。無論什么情況，了解工作流體的特性，都是非常重要的。在換熱器中參加傳熱過程的流體，分別稱為熱流體和冷流體，通稱工作流體。但是有的熱交換器中也有多種溫度不同的流體在其中傳熱的，例如空分裝置中的可逆式板翅式換熱器。一種流體溫度較高，放出熱量。1 換熱器在工程中，將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給另一種流體的設(shè)備，稱為換熱器。目前，有實力的焦化企業(yè)或化工企業(yè)都在爭取建設(shè)大型精苯裝置，如河南神馬尼龍化工公司、寶鋼焦化公司、石家莊焦化公司、太原化工集團公司籌都在建設(shè)或計劃建設(shè)10萬噸/年以上的大型粗苯深加工的精苯裝置。國內(nèi)小型粗苯深加工的精苯裝置多采用酸洗法生產(chǎn)工藝，不但無法實現(xiàn)多種化工產(chǎn)品的有效分離和環(huán)保達標排放，而且產(chǎn)品質(zhì)量低，生產(chǎn)成本高，銷售價格上不去，很難與大型精苯裝置競爭。預(yù)計2006年粗苯產(chǎn)量將達到145萬噸左右，同比增長20%。其中山東兗州國際焦化公司年產(chǎn)200萬噸焦炭，％。在這一系列政策的指導(dǎo)下，2005年全國已關(guān)閉了1600余家小型焦化廠，而大型焦化廠正在掀起新一輪的建設(shè)熱潮，山西、山東、安徽、內(nèi)蒙、云南、新疆等省都正在建設(shè)或計劃建設(shè)年產(chǎn)200萬t以上的大型焦化廠。粗苯收率和全國焦化行業(yè)的回收率逐年提高。近年來，由于國際石油市場價格價格不斷上漲，導(dǎo)致以石油為原料的石油苯與苯加氫生產(chǎn)的焦化苯原料成本差距加大，2005年苯加氫生產(chǎn)的焦化純苯比石油苯的生產(chǎn)成本至少低1500元/噸，高額利潤吸引了市場對粗苯資源的重視，外商從2004年起加大了對我國粗苯資源的戰(zhàn)略性收購，造成我國粗苯出口數(shù)量的不斷增大。2005年我國酸洗工藝生產(chǎn)純苯產(chǎn)量為55萬噸，消費粗苯70萬噸左右。苯加氫工藝則不同，裝置投資大、建設(shè)周期長，但是生產(chǎn)技術(shù)先進，生產(chǎn)的苯純度高，與石油苯產(chǎn)品性能基本沒有差異，能實現(xiàn)與甲苯、二甲苯等的有效分離，代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向。酸洗法生產(chǎn)投資少、見效快，生產(chǎn)裝置易建設(shè)，國內(nèi)大多數(shù)精苯生產(chǎn)裝置采用該生產(chǎn)工藝。目前國內(nèi)對粗苯進行深加工制成純苯的生產(chǎn)廠家主要分為兩大類。由于粗苯是苯系家族的混合物，不能單獨使用，需要深加工才能為客戶最終消費。2004年、2005年我國粗苯產(chǎn)量同比增長都在26%以上，和焦炭生產(chǎn)同步增長。但由于我國小型焦化廠眾多，焦炭年產(chǎn)量20萬噸以下的小型焦化廠大多數(shù)沒有化工產(chǎn)品回收裝置，致使應(yīng)該在焦爐氣中回收的粗苯白白放空燒掉?？傮w來看，％％。焦化廠的規(guī)模、所建化工產(chǎn)品回收裝置技術(shù)水平的差異，致使各廠家在煉焦中的粗苯回收率有所不同。我國焦炭產(chǎn)量的大幅增長為粗苯生產(chǎn)的發(fā)展提供了可靠的先決條件。隨著我國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，焦炭生產(chǎn)也突飛猛進地快速發(fā)展。中國也是世界焦炭出口大國，2000年中國出口焦炭1520萬t，占世界焦炭出口總量2510萬t的60％以上。從1993年起，中國的焦炭產(chǎn)量已連續(xù)居世界第一位。良好的換熱設(shè)備對提高粗苯工段效益有著非常重要的影響，故選擇合適的換熱器至關(guān)重要。煉焦化學(xué)工業(yè)就是實現(xiàn)煤的綜合利用的一種途徑，是一種非常重要的煤化工項目，對煉焦煤氣中的芳香烴加以提取再利用，而芳香烴是一種重要的化工原料。浮頭式換熱器的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄緒 論 11 我國焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)現(xiàn)狀 12 我國焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 21 換熱器 3 3 3 3 換熱器的分類 3 根據(jù)傳熱方式分類 4 5 5 6 6 板式換熱器 6 7 82 焦化廠貧富油換熱裝置工藝計算 10 10 10 10 11 11 12 14 14 16 17 19 22 換熱管壁溫計算 22 圓筒壁溫的計算 23 243 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度設(shè)計 25 25 25 25 26 29 29 32 35 37 換熱管的排列方式 37 38 39 39 41 41 4管箱法蘭及墊片 41 外頭蓋法蘭、墊片與浮頭墊片 43 44 46 46 52 5管箱殼體的連接 5排液管 53 53 53 53 管箱接管位置的最小尺寸 54 55 55 55 56 56 57 57 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 58 59 59 60 60（內(nèi)壓）浮頭蓋的計算 62 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計算 64 66 66總 結(jié) 69參考文獻 70專題論文 71翻譯部分 79英文原文 79中文翻譯 89致 謝 94 緒 論本設(shè)計所涉及到的換熱器是以焦化廠中粗苯工段的貧油和富油的熱交換為目的的，工藝背景是煉焦煤氣中苯族烴的回收工段。煤是我國重要的能源，除了燃燒利用其熱能外，還可以經(jīng)過綜合加工利用，生產(chǎn)各種化學(xué)產(chǎn)品。因此，煤的綜合加工對合理利用我國煤炭資源，提高經(jīng)濟收益具有重要的現(xiàn)實意義。1 我國焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)現(xiàn)狀近十多年來，中國的焦炭總產(chǎn)量翻了一番還多，1997年達到了歷史最高峰的13902萬t。中國歷年來焦炭產(chǎn)量見表1。粗苯作為焦炭的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)、市場變化與焦炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，%；，同比增長27%。由于肥煤、主焦煤等煤種的不同，焦炭生產(chǎn)過程中的粗苯回收率也有所不同。一般情況下，原有焦炭年產(chǎn)量100萬噸的焦化廠粗苯回收量一般在1萬噸左右。按照大型焦化廠的粗苯收率低限值計算，應(yīng)回收粗苯159萬噸左右。按照上述60%的回收率數(shù)據(jù)估算，20032005年全國的粗苯產(chǎn)量分別為76萬噸、96萬噸和122萬噸。上述粗苯產(chǎn)量主要集中在焦炭年產(chǎn)量在100萬噸以上的31家大型焦化廠家。粗苯產(chǎn)品的這特性決定了其市場出路主要是銷售到下游精苯生產(chǎn)廠家，只有少量產(chǎn)品進入溶劑、農(nóng)藥生產(chǎn)廠家。一類是酸洗法生產(chǎn)純苯，另一類是采用苯加氫工藝生產(chǎn)純苯。但是，酸洗法工藝生產(chǎn)的苯的純度低，而且不能有效分離甲苯、二甲苯。，但由于產(chǎn)品銷路不暢，企業(yè)開工率不高，大部分企業(yè)以銷定產(chǎn)，裝胃平均負荷不足50%。國內(nèi)河南神馬尼龍化工公司、寶鋼焦化公司、石家莊焦化公司等企業(yè)是粗苯加氫生產(chǎn)純苯工藝的代表，2005年消費粗苯25萬噸，2006年隨著新建項目的陸續(xù)投產(chǎn)，預(yù)計將消費粗苯約35萬噸。2 我國焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 產(chǎn)需逐年增長。目前，國家對焦化行業(yè)的宏觀控制措施是：堅決關(guān)停小煉焦、土煉焦，4m以下的煉焦爐限期停產(chǎn)關(guān)閉；鼓勵采用先進的煉焦工藝，建設(shè)大型焦化廠；強制焦化企業(yè)必須配套建設(shè)化工產(chǎn)品回收裝置，不能只焦不化，實現(xiàn)環(huán)保達標排放，在限期內(nèi)不達標的予以關(guān)停；提高焦化生產(chǎn)的準入門檻，達不到規(guī)?；a(chǎn)、工藝落后的生產(chǎn)裝置一律不準建設(shè)。這一批大型焦化廠全部配套建設(shè)化工產(chǎn)品回收裝置，而且粗苯收率相對較高。隨著大型焦化廠的陸續(xù)建成投產(chǎn)、粗苯收率的提高以及全國焦化行業(yè)粗苯回收率的提高，估計2006年焦化企業(yè)中粗苯回收比例會提高到70％以上。 粗苯深加工將向大型精苯生產(chǎn)裝置逐轉(zhuǎn)移。大型精苯裝置采用苯加氫生產(chǎn)工藝，能耗低、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好、銷售價格高、競爭能力強，代表了當今粗苯深加工的發(fā)展方向。隨著這些大型裝置的建成投產(chǎn)，粗苯深加工將向大型先進生產(chǎn)企業(yè)集中，小型酸洗法的精苯裝置將會逐步被淘汰。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體參與傳熱。另一種流體溫度較低，吸收熱量。換熱器作為一種利用能源與節(jié)約能源的有效設(shè)備，在余熱利用、太陽能利用和地熱能利用等方面起著重要的作用。雖然有很多場合，工作流體的種類和參數(shù)已為工藝條件所確定，但是也有許多場合是可有設(shè)計者進行選擇和確定的。一般而言，對工作流體的基本要求是：來源充足，輸送方便，價格便宜，能就近解決。因而所用的流體應(yīng)該是：密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)大；在高溫工作時的工作壓力低；在沸騰或冷凝過程中汽化潛熱大。熱力學(xué)第二定律指出，凡是有溫差存在的地方，就必然有熱量傳遞，故在幾乎所有的工業(yè)部門，如化工、能源、冶金、機械、建筑等都設(shè)計傳熱問題。通?；どa(chǎn)中對傳熱過程的要求主要有一下兩種情況：其一是強化傳熱過程，比如各種換熱設(shè)備中的傳熱；其二是削弱傳熱過程，如對設(shè)備或管道的保溫，以減少熱損失。對于前者，傳熱系統(tǒng)中能量不發(fā)生積累，稱為穩(wěn)態(tài)傳熱，穩(wěn)態(tài)傳熱的特點是傳熱速率在任何時刻都為常數(shù)，并且系統(tǒng)中個點的溫度僅隨位置變化而與時間無關(guān)；對于后者，傳熱系統(tǒng)中的各點溫度既隨位置又隨時間而變化，稱為非穩(wěn)態(tài)傳熱。本次設(shè)計根據(jù)對流傳熱機理所設(shè)計，即對流傳熱是指流體流過固體壁面（流體溫度和壁面溫度不同）時的傳熱過程稱為對流傳熱。后來，由于制造工藝的發(fā)展，提出了一種管殼式的換熱器。它成為長期以來在化工生產(chǎn)中所使用的典型的換熱設(shè)備。三十年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。上述這些新型的高效式換熱器還存在一定的問題，六十年代左右，由于制造工藝上得到進一步的完善，這些類型的換熱器重新又獲得發(fā)展，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用也愈加廣泛。雖然如此，所有的換熱器仍然可以按照它們的一些共同特征來加以區(qū)分。按照制造換熱器的材料來分：有金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等等。按照熱流體和冷流體的流動方向來分，有：順流式（或并流式）：兩種流體平行的向著同一方向流動。錯流式（或叉流式）：兩種流體的流動方向互相垂直交叉，當交叉次數(shù)在四次以上時，可以根據(jù)兩種流體流向的總趨勢將其看成逆流或順流。 根據(jù)傳熱方式分類在化工生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和載熱體的特性等的不同，對換熱器提出了不同的要求，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。這種換熱方式的優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高。間壁傳熱式換熱器在化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的是冷、熱流體不允許混合的換熱問題，此時常常將冷、熱流體用固體壁面隔開，使二者互不接觸，熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鹘o冷流體，冷、熱流體通過管子、板等壁面進行熱量交換的傳熱操作過程的換熱器,是最普通的也最常用的換熱器,冷、熱流體都是流體,可以是空氣、煙氣、蒸汽、水。：蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器是在蓄熱器中實現(xiàn)熱交換的一種換熱方式。通常在生產(chǎn)中采用兩個并聯(lián)的蓄熱器交替使用。它屬于間歇傳熱,在廢熱再生器中是切實可行有效的回收廢熱的方式,常被用于回收燃燒氣體的廢熱以及蒸汽等用量不均時作為調(diào)節(jié)手段。按結(jié)構(gòu)分類：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、雙殼程換熱器、單套管式換熱器、多套管式換熱器、外導(dǎo)流筒式換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器。按密封形式分類：此類換熱器多用于高溫、高壓的裝置中，主要類型有螺旋鎖緊環(huán)式換熱器、薄膜密封型換熱器、鋼墊圈型換熱器、密封蓋板式換熱器?？绽涫綋Q熱器分類：干式換熱器、濕式換熱器、干濕聯(lián)合式換熱器、電站換熱器、表面蒸發(fā)式換熱器、板式換熱器、能量回收換熱器、自然對流換熱器、高壓空冷器。外導(dǎo)流筒換熱器結(jié)構(gòu)與浮頭式換熱器基本相同，所不同的是殼程進出口接管與導(dǎo)流筒不同。 在實際設(shè)計選型中,往往是已知高溫流體與低溫流體的兩側(cè)進出口溫度,在做工藝設(shè)計選型時,需要考慮的是在盡可能小的換熱面積下,有盡可能大的換熱速率,以及較低的設(shè)備造價及施工費。管殼式換熱器是最常用的普通結(jié)構(gòu),它包括:固定管板式換熱器、U 固定管板式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價低等優(yōu)點；缺點就是由于熱膨脹而引起管子拉彎。 帶膨脹節(jié)式換熱器可解決膨脹問題,用膨脹接頭的結(jié)構(gòu),故適用溫差大的流體和高壓流體,因為可將接頭拆下來進行清洗,所以可處理易結(jié)垢流體,而對低壓氣體則不適