武汉科技大学本科毕业设计
?t?45?29?36.4℃ 45ln29Q （3.1）K?t由文献[5]查得，取K＝600千卡/米2·℃
冷却面积 F?380.9?104则冷却面积 F?＝174.4m2
600?36.43.4 设备的设计与计算
3.4.1 吹脱器的设计
在设计本工艺之前，我们进行了煤气吹脱解析法处理焦化氨水的中试试验。中试所得到的试验结果可以作为我们工艺设计的依据，而中试中吹脱器的设计可以作为我们工艺中吹脱器设计的依据。
根据王光华老师的专利，以及试验的具体要求我们的设计如附图CTQ03—01 。 塔体主要分为两个部分，主体吹托部分和冷凝部分。为了保证煤气和剩余氨水的充分接触，煤气进口我们定为两段。一段在塔底，一段在塔的中部。为了便于试验，我们考虑加上了液面计开口管，温度计开口管。为了保证反应温度，我们在吹托部分的筒体外加上了夹套。流量的调节和压力的测量我们在煤气进入吹脱器之前安上流量计和压力表。这套装置对于中试试验还比较成功。
因此以附图CTQ03—01为参考，我们对吹脱器进行了设计。初步的设计如附图CTQ02—01所示，依照具体的工艺要求将附图CTQ03—01所示的吹脱器进行了放大。本设计方案中塔体分为裙座，吹脱塔体，冷凝塔体，封头四个部分。裙座和封头部分依塔径选择，吹脱塔体附带气体吹脱盘，液体分布盘，夹套；冷凝塔体采用蛇管式。为了达到冷凝效果，将冷凝的蛇管设计为附图CTQ02—02所示。
但是随着对参考文献的进一步研究，发现初步设计的吹脱器存在着一些问题。例如塔体直径选择过大（DN＝2000mm），而致使一些配套设备没有可供选择的型号，冷凝部分采用的是蛇管式，为了达到冷凝效果，导致冷凝塔体部分过高。另外，中试试验也揭示了一些问题，如实际操作中，高氨水蒸汽在冷凝筒体部分并不能完全冷凝，试验的效果和煤气吹脱盘的设计有很大的联系等等。
由此我们在附图附图CTQ02—01的基础上对吹脱器的设计又做了稍许的改动，塔径约微改小，取DN＝1800mm，冷凝筒体部分设计为长方体和两端的圆筒部分采用圆弧
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连接。冷凝管采用列管式，这样能在保证冷凝效果的基础上减小冷凝筒体的高度。同时在塔顶加入了抽雾层，减少气体的夹带，保证吹脱效果。
同时对煤气进气盘，和氨水分布盘做了较细致的设计，在环形钢管上加上一些莲蓬头，再在莲蓬头上开小孔，尽量使气液混合均匀。具体设计如下述：
本设计中吹脱器塔体分为裙座，吹脱塔体，冷凝塔体，抽雾层，封头五个部分。裙座和封头部分依塔径选择；吹脱塔体附带气体吹脱盘，液体分布盘，夹套；抽雾层采用填料式；冷凝塔体采用列管式。具体计算如下。
（1）筒体，封头，反应器底的形式
根据剩余氨水处理工艺以及主要设备工艺的比较分析，选择的吹脱器属于夹套的低压反应釜类型，根据容器设计的有关内容，采用圆柱形筒体和椭圆形封头的形式。反应器底选用平底结构，因为平底结构简单，制造容易。
（2）确定吹脱部分筒体和封头的尺寸 估算容器盛装物料的容积：
反应器的有效容积可以用下式来计算：
VR=V0? （3.2）式中： VR――反应器的有效容积，m3；
V0－－平均每小时加入物料的体积，m3/h；
?――每批操作所需的时间，h
由于吹脱时间为120min，由此可得： ?＝2h V0＝15.3 m3/h VR=V0?＝15.3×2＝30.2 m3
由上可见，算出每批加入物料容积很大，当采用一个反应器时，常常会因反应容积大造成物料搅拌不均匀，同时还会因反应器内温度不均匀而引起较多的副反应，这时就需要采用几个较小的反应器，这里我们选用两个反应器
即 每个吹脱器的吹脱部分体积 Vg= VR÷2=15.3 m3
根据文献[5]，物料在反应过程中要起泡或呈沸腾状态，应考虑装料系数η，此处选为η=0.85。
Vg?V*η （3.3）
式中：V ―― 反应釜的体积，m3；
Vg ―― 反应釜中物料的体积，m3； η ―― 装料系数
故有 V=Vg÷η=15.3÷0.85=17.7m3
设圆筒部分容积为V，筒体的内径为Di，筒体高度为H。
1V? ?Di2H （3.4）由于
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取 Di =1800mm
1则有 17.7＝?3.14?1.82H
4得 H＝6.9m 取整得 H＝7.5m
封头根据筒体直径Di的形式按标准选取，选择最常用的椭圆形封头，其标准为JB /T4729-94。
由文献[5]查得，公称直径DN(mm)=1800时，曲边高度h1=450 mm，直边高度h2=40 mm，内表面积Fi=3.738 m2，容积Vh=0.865m3。符合要求。
（3）确定夹套的直径和高度
由文献[4]得夹套直径与筒体直径的关系，得到筒体Di=1800mm时取直径Dj=Di+100=1900 mm。夹套的主要结构型式有整体夹套、型钢夹套、半管夹套、蜂窝夹套和螺旋板蜂窝式夹套等。根据剩余氨水处理工艺条件，煤气的进口管分两段式进入，所以不能采用传统的U型整体式夹套，而是如附图CTQ01－02所示采用分段式夹套。这种夹套是在圆筒部分包有夹套，传热面积大，是最常用的结构。为了有利于传热，当夹套用饱和蒸汽加热时，蒸汽从夹套上部进入，底部排出冷凝水；当夹套用冷却介质冷却时，冷却水从夹套的底部进入，从夹套的上部排出。
夹套的翻边部分，允许采用焊接领环的办法来代替。领环的直边长度不得小于三倍的夹套壁厚。
表3.2 夹套直径与筒体直径的关系
Di Dj
500~600 Di+50
700~1800 Di+100
2000~3000 Di+200
[4]
由于煤气的进口管是分两段进气，则夹套的高度要考虑筒体的高度，进气管宽度，温度计，窥镜，液面计，压力计，等诸多因数，如附图CTQ01－02所设计，取夹套上部与筒体顶部的距离H1＝450mm，夹套下部与筒体底部的距离H2＝250mm，两夹套之间的距离H3＝800mm。
则夹套的高度
Hj＝（H－H1－H2－H3）÷2 （3.5）
＝（7500－450－250－800）÷2 ＝3000mm
（4）冷凝筒体部分计算
冷凝塔部分使用列管，整个塔体设计为长方体，底面棱长Lp为1500mm。 冷凝部分采用25×2.5mm的钢管。
选定了管子的规格后，可由下式来求出单程所需的管子数目：
n?4Vs （3.6） 2?diu23
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式中： n――单程管子数目；
Vs――管内流体的体积流量，m3/s； u――管内流体的适宜流速，m3/s； di――管子内径，m 由文献[2]取u＝0.46m/s
4?181.4＝372根
3.14?0.022?3600?0.43由上述估算得管子数目又可以计算出单程管束长度：
得所需管子数目 n＝
L?S0 （3.7）?nd0式中： L――管束长度，m； S0――所需换热面积，m2； d0――管子外径，m
174.4＝6m
3.14?372?0.025参照文献[5]，若计算出的单程管束长度L过长，应按实际情况选择每程管子的长度
由此可得，单程管束长度L＝
L1。国标（GB151）推荐的传热长度为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m，但是本设计中，下部的吹脱部分筒体公称直径一定为1800mm，所以这里选用1.5m的管子。
确定了每程管子长度以后，就可以求出管程数Np： Np＝
L （3.8）L1式中： L――按单管程换热器计算的管子长度，m； L1――选定的每程管子长度，m Np＝
L6＝＝4 L11.5那么，换热器的总传热管子数N为
N＝nNp （3.9）
＝370×4＝1480根
管板上得两管子中心距离t称为管心距，管心距取决于管板的强度，清洁管子外表时所需的空隙，管子在管板上的固定方法等。当管子采用焊接方法固定时，相邻两管的焊缝太近，会相互受影响，使焊接质量不易保证，一般取t＝1.25d0（d0为管子外径）。当管子采用涨接固定时，过小管心距会造成管板在涨接时由于挤压的左右发生变形，失去管子与管板之间的连接力，故一般采用t＝（1.3～1.5）d0。常用d0与t的对比关系见表3.3。
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