毕业设计--年产17万吨丙烯工艺生产中的换热器

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1、第 1 页 共 74 页 前前 言言 换热器是实现热量传递的一种设备，在工业生产中起着重要的作用，在 各个化工相关领域得到了广泛的应用。 在工业生产中，人们通过换热器来将热量从一温度较高的物料传递到另 一温度较低的物料。例如，在合成丙烯的生产中，通过废热锅炉来降温以实 现控制温度的目的；在精馏塔结构中设置冷凝器；用换热器来实现飞机发动 机的散热等等。这都是换热器在工业生产中的应用。 本次设计的是年产 17 万吨工艺生产中换热器，和其他管壳式换热器一 样，能适应高温、高压的工作环境，同时，还容易清洁，但造价比较贵。在 设计的过程中，我根据设计说明书，翻阅了相关资料，查了相关的国家标准， 从工艺计

2、算、结构设计以及强度校核等方面设计出了符合条件的换热器，并 绘制了图纸。 本次设计是对我大学四年学习成果的检验，但因为本人水平有限、知识 比较匮乏，设计中难免有错误以及不当之处，希望各位老师、同学能给予指 正。 第 2 页 共 74 页 1. 1. 概述概述 1.1 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 在化工、炼油、制药等工业生产中，绝大部分的工艺过程都有加热、冷却 和冷凝的过程，这些被总称为换热过程，而使这些换热过程得以实现的设备 称为换热设备,作为通用工艺设备被广泛应用于化工、炼油、动力、原子能和 其他许多工业部门。 据统计，在化工厂，换热设备的投资约占总投资的 10%20%； 在石

3、油炼厂中，约占全部工艺设备投资的 35%40%。可以看出在提高传热效 率的同时，促进换热设备的结构紧凑性以及产品的系列化、标准化与专业化 不仅可以对现有生产技术进行提高，还能节约企业生产成本。 1.2 1.2 国内外的研究现状以及发展趋势国内外的研究现状以及发展趋势 上个世纪 70 年代初发生世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的 发展。当今换热器技术的发展以 CFD（计算流体力学技术） 、模型化技术、强 化传热技术等形成一个高技术体系。最近十几年，强化传热技术受到了工业 界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，国内外先后推出了板式、螺旋板式、 板翅式等高效的传热设备。 早期， 我国换热器的制

4、造技术远远落后于国外， 由于工艺以及技术的限制， 当时的换热器只能采用简单的结构，不但传热面积小，而且体积大、笨重。 近年来，借着国内经济迅猛发展良好机遇，的国内的换热器制造技术已经有 了长足的发展，各种类型和种类的换热器发展猛烈，使用新结构、新材料的 换热器不断涌现，但与国外有不小的差距，特别是在新型高效换热器领域。 未来，国内市场需求将会有以下特点：产品质量水平应有更高的要求，特 别是在环保与节能方面，更是发展的重点方向；产品的性价比应该更高；产 品的多样化与系列化；产品品牌的需求；生产厂家的大型化与集团化。 在国外二十世纪 20 年代出现了板式换热器，一出现就应用在了食品行 业。板式换热

5、器的结构紧凑、传热效果好，后来被发展出了多种结构形式。30 年代初，瑞典制成了螺旋板换热器，接着英国用钎焊法制成了由铜及其合金材料 制造的板翅式换热器，并应用于飞机发动机散热。30 年代末，瑞典又首次制成 了板壳式换热器，并应用于纸浆工厂。同时，腐蚀问题渐渐被人们重视，越来越 第 3 页 共 74 页 多的人注意到了新材料的应用。到了 60 年代，随着制造工艺的进一步完善，紧 凑型板面式换热器得到了蓬勃的发展和广泛的应用，同时为了满足在高温、高压 条件下的工艺要求，典型管壳式换热器也得到了进一步发展，增加了强化传热。 70 年代，逐渐向体积减小、重量减小、消耗减少、适应性增强方面发展。 20

6、世纪 60 年代以来，我国不断开发了丙烯氨氧化技术，并建成多套千吨级 规模装置。目前，中国石化已开发出了具有自主知识产权的丙烯腈成套技术，其 中包括 MB 系列丙烯腈催化剂、空气分布板和丙烯-氨分布器、旋风分离器、复 合萃取分离技术、负压脱氰塔、导向浮阀和气液分离器等专利或专有技术。并且 利用该成套技术分别将中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司的原产能2.5万吨 /年丙烯腈生产装置改造成了具有自主知识产权的 4 万吨/年国产化示范装置；将 中国石化上海石油化工股份有限公司(简称上海石化)的原产能6.0万吨/年丙烯装 置改造至 13 万吨/年，打破了国外的技术垄断，为国内现有装置改扩建提供了技 术依据。这些装置中少不了存在换热器的关键设计。 1.31.3 本次设计研究的主要内容本次设计研究的主要内容 本次设计的是年产 17 万吨丙烯工艺生产中的换热器，具有高度的可靠 性和广泛的适应性，在现如今的各种换热器中占住着主导地位。 该换热器设计参考的前提是常减压装置中的工艺条件， 根据装置工艺条件 选择具体的流量、温度、压力等参数。根据这些参数我们选择了浮头式换热 器作为此次设计的