1、畢業設計開題報告論文題目: 抽余液塔底換熱器設計 學 院 化工裝備學院 專 業： 過程裝備與控制工程 學生姓名： 鄧 華 指導教師： 翟 英 明 (高級工程師)開題時間： 2015年 3月 16日一、選題目的1、 通過畢業設計，練習綜合運用課程和實踐的基本知識，進行融會貫通的獨立思考。2、 在規定的時間內完成指定的設計任務，從而得到化工換熱器設計的主要程序和方法。3、 培養分析和解決工程實際問題的能力。4、 樹立正確的設計思想，培養實事求是，嚴肅認真，高度負責的工作作風。5、 通過此次設計任務，學會換熱器的結構及強度設計計算及制造、檢修和維護方法。二、選題意義 在不同溫度的流體間傳遞

2、熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，吸熱。換熱器是實現傳熱過程的基本設備。而此設備是比較典型的傳熱設備。二十世紀20年代出現板式換熱器，并應用于食品工業。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。 60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊

3、和密封等技術的發展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發展熱管的基礎上又創制出熱管式換熱器。化工、石油等行業中廣泛使用各種換熱器，它們是化工,石油,動力,食品及其它許多工業部門的通用設備，在工業設備價值及作用方面占有十分重要的地位。隨著工業的迅速發展，能源消耗量不斷增加，能源緊張已成為一個世界性問題。為緩和能源緊張的狀況，世界各國競相采取節能措施，大力發展節能技術，已成為當前工業生產和人民生活中一個重要課題。

4、換熱器在節能技術改造中具有很重要的作用，表現在兩方面：一方面是在生產工藝流程中使用著大量的換熱器，提高這些換熱器效率，顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來回收工業余熱，可以顯著地提高設備的熱效率。 三、國內現狀目前，我國換熱器產業的市場規模大概為700億人民幣，主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調、機械、食品、制藥等領域。其中，石油化工領域仍然是換熱器產業最大的市場。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業對換熱器穩定的需求增長，我國換熱器產業在未來一段時期內將保持穩定增長。2010年至2020年期間，我國換熱器產業將保持年均1015%左

5、右的速度增長。到2015年，我國換熱器產業規模將突破880億元；到2020年我國換熱器產業規模有望達到1500億元。石油、化工行業是換熱器最主要的應用領域，約占換熱器30%的市場份額。石油、化工生產中幾乎所有的工藝過程都有加熱、冷卻或冷凝過程，都需要用到換熱器。換熱器的性能對石化產品質量、熱量利用率以及系統的經濟性和可靠性起著重要作用。換熱器主要包括管殼式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器（冷箱）板殼式換熱器、高壓螺紋鎖緊環式換熱器、高壓空冷器和廢熱鍋爐等。目前，換熱器正朝著大型化、高效率、高合金化、低溫差、低壓力損失方向發展。四、國外現狀70年代的世界能源危機，有力地促進了傳熱強化技術的發

6、展。為了節能降耗，提高工業生產經濟效益，要求開發適用于不同工業過程要求的高效能換熱設備。因為隨著能源的短缺，可利用熱源的溫度越來越低，換熱允許溫差將變得更小，當然，對換熱技術的發展和換熱器性能的要求也就更高。所以，這些年來，換熱器的開發與研究成為人們關注的課題。改進和提高換熱器的傳熱效率和性能是節省投資、節約能源、提高生產能力的重要途徑。二十余年來,換熱器的開發與研究始終是人們關注的課題 。國外換熱器市場的調查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導地位。隨著動力、石油化工工業的發展，其設備也繼續向著高溫、高壓、大型化方向發展。而換熱器在

7、結構方面也有不少新的發展。最近，隨著工藝裝置的大型化和高效率化，換熱器也趨于大型化，并向低溫差設計和低壓力損失設計的方向發展。同時，對其一方面要求成本適宜，另一方面要求高精度的設計技術。當今換熱器技術的發展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技術、強化傳熱技術及新型換熱器開發等形成了一個高技術體系。近年來，由于空間技術和尖端科學的迅速發展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發展和廣泛應用。隨著制造技術的進步，強化傳熱元件的開發，使得新型

8、高效換熱器的研究有了較大的發展，根據不同的工藝條件與換熱工況設計制造了不同結構形式的新型換熱器，并已在化工、煉油、石油化工、制冷、空分及制藥各行業得到應用與推廣，取得了較大的經濟效益。五、題目發展趨勢本課題主要是研究抽余液塔底冷換熱器結構參數，分析塔底換熱器各部分性能影響，探究換熱器結構與強度的合理性，以期獲得具有較高抗拉強度、壓縮回彈、耐腐蝕性、耐介質性等綜合性能良好的換熱器設備。 設計主要包括殼體形式、課程數、換熱管類型、管長、管子排列、管子支承結構、冷熱流體的通道等工藝設計和封頭、殼體、管板等零部件的結構、強度設計計算。由于石油化工設備技術的進步，應用于抽余液塔底的不同型式和種

9、類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。在滿足工藝過程要求的前提下，換熱器應達到安全與經濟的目標。換熱器設計的主要任務是參數選擇和結構設計、傳熱計算及壓降計算等。隨著石油、化工行業換熱器的發展，對廣泛應用的傳熱裝置的結構型式、傳熱效果、成本費用、使用維護等方面提出了越來越高的要求，其主要成果表現在三個方面：一是逐步形成典型換熱器的標準化生產，降低了生產成本，適應了大批量、專業化生產需要，方便了使用和日常維護檢修；二是創新傳熱理論，奠定了傳熱技術發展的基礎；三是換熱器的結構改進與更新，提高了傳熱效果。六、課題的主要工作第一部分：結構設計：1.根據確定的換熱器題目與給定實驗原始數據，確

10、定抽余液塔底換熱器的基本結構1。第二部分：熱力計算：1. 計算介質定性溫度及確定其物性數據；2.平均有效溫差計算；3.熱量衡算；4.物料衡算；5.傳熱膜系數的確定； 6.傳熱面積的確定；7.壓力降計算。第三部分：主要受壓元件強度計算與校核：1. 換熱器強度計算參數的確定2；2. 換熱器殼體的強度計算；3. 管箱短節、封頭厚度的確定；4. 法蘭4、螺栓、墊片的強度校核計算3；5. 管板強度計算5；6. 開孔補強設計6。七、完成課題的實驗條件1通過參觀和實習已全面了解化工壓力容器用材的力學性能試驗方法、焊接工藝試驗方法以及無損檢測、壓力試驗等壓力容器強度監測和驗證性試驗方法。2.通過生產實習已全面

11、了解化工壓力容器的制造所需設備及化工壓力容器的制造工藝過程。3可根據具體情況，在遼陽石油化纖公司機械廠進行各種工藝試驗。4進行課題設計前閱讀有關資料、圖紙、觀察實物或模型以及調研等。八、設計過程可能出現的問題及解決的方法和措施一、工藝計算部分：1.查詢物料的物性數據出現錯誤；查石油化工基礎數據手冊確定介質的物性數據7。2.壓力降計算缺少管程回彎壓力降；計算過程中細致的將各部分壓力降損失計算在內8。二、結構設計部分：1.結構設計不合理；根據計算結果，認真選擇合理可行的結構設計方案。3、 強度設計部分：1. 未進行開孔補強設計；強度設計過程中將開孔處進行補強設計。2. 強度校核錯誤；進行強度校核時

12、，將材料的力學性能與計算結果認真比較，得出正確結論。4、 計算機繪圖部分：1.CAD繪圖不夠熟練；平時抓緊時間多加練習，并向同學老師認真虛心請教。2.計算機繪圖不正確；勤于向指導老師請教指正，認真修改誤誤之處。九、畢業設計的實施計劃：第1周：結合課題或所學專業查閱和收集有關英文資料，查閱設計參考文獻；第2周：結合課題或所學專業選擇英文資料1920并進行翻譯1516，撰寫開題報告；第3周：了解和掌握畢業設計課題內容及要求，初步確定設備的結構形式，確定設計方案；第4周：確定工藝計算的物性數據，進行設備的工藝計算；第5周：完成開題報告和英文資料翻譯；第6周：完成設備的工藝計算，確定工藝結構尺寸，確定

13、設備結構尺寸9。第7周：確定設備各元件的基本尺寸、強度計算方法，各元件強度設計參數及設計數據10； 第8周：設備的強度計算11；第9周：完成設備的強度計算，確定設備的最終尺寸12；第10周：施工圖設計，確定施工圖繪制方案14；第11周：計算機繪圖；第12周：計算機繪圖； 第13周：基本完成設計說明書、設計圖紙，交指導教師初步審查；第14周：修改、整理設計說明書、設計圖紙17；第15周：完善設計說明書、設計圖紙18； 第16周：打印圖紙、設計說明書，撰寫答辯自述材料； 第17周：指導教師審查設計圖紙和設計說明書；準備答辯；第18周：答辯，整理裝訂全部設計文件。十、主要參考文獻：1GB 

14、150-1998 鋼制壓力容器M. 2GB 151-1999 管殼式換熱器M. 3JBT47004703-2000 壓力容器法蘭與技術條件 M. 4何銘新等.機械制圖M.北京：高等教育出版社，20105化工設備全書換熱器M.北京：化學工業出版社 6付水根.機械制造工藝基礎M.北京：清華大學出版社，2010 7鄭津洋等.過程設備設計M.北京：化學工業出版社，2005 8王文友.過程裝備制造工藝M.中國石化出版社，20099鄭品森等.化工機械制造工藝M.北京：化學工業出版社 10王志魁等.化工原理M

15、. 北京：化學工業出版社 11 秦叔經，葉文邦.化工設備設計全書換熱器. 化學工業出版社.12 錢頌文.換熱器設計手冊.化學工業出版社.14 盧煥章.石油化工基礎數據手冊.化學工業出版社.15 John F. Harvey, P. E. Theory and Design of Pressure Vessels. New York：Van Nostrand Reinhold Company, 199116 Burgreen.D.Elements of Thermal Stress Analysis. New York：C.P.Press, Jamaica, 197117 化工設備設計全書編輯委員會.換熱器設計.上海科學技術出版社.18 中華人民共和國標準. JB/T4731-2005. 中國