化工原理課程設(shè)計(jì) 正戊烷冷凝器的設(shè)計(jì)

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1、 《化工原理課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 正戊烷冷凝器的設(shè)計(jì) 目錄 1.1概述2 1.2任務(wù)安排4 1.3確定物性數(shù)據(jù)5 1.3.1確定流體流動(dòng)空間5 1.3.2計(jì)算流體的定性溫度，確定流體流動(dòng)的物性數(shù)據(jù)5 1.4初選換熱器規(guī)格6 1.4.1初選換熱器規(guī)格6 1.4.2核算總傳熱系數(shù)6 1.4.3計(jì)算壓強(qiáng)降7 1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8 1.5.1 列管式換熱器概述8 1.5.2 列管式換熱器的設(shè)計(jì)原則10 1.5.3 流動(dòng)空間的選擇1

2、0 1.5.4 傳熱管排列和分程方法11 1.6總結(jié)表13 1.6.1工藝設(shè)計(jì)匯總表13 1.6.2設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14 1.6.3主要零部件匯總表15 1.1概述 換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，換熱器的類型很多，特點(diǎn)不一，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、過(guò)熱器等。 依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法可分為間壁式、混合式、蓄熱式三類。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛

3、，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器。 在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)?！　? 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 類　 型 特　 點(diǎn) 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結(jié)構(gòu) 用于管殼溫差較小的情況（一般≤50℃），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受

4、高壓，可用于高溫高壓場(chǎng)合 U型管式 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合 釜式 殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合和固定床反應(yīng)器中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體

5、間換熱 螺旋板式 可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫?zé)崮? 平板式 結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈 完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求。 （1）合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件 　　傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過(guò)程所規(guī)定的條件。根據(jù)這些條件進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計(jì)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，使所設(shè)計(jì)的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時(shí)間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。 　　①增大傳熱系數(shù)K: 在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動(dòng)的前提下，盡量選擇高的流速。 　?、谔?/p>

6、高平均溫差: 對(duì)于無(wú)相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因?yàn)檫@樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力。在允許的條件時(shí)，可提高熱流體的進(jìn)口溫度或降低冷流體的進(jìn)口溫度。 　?、弁咨撇贾脗鳠崦鍿 例如在管殼式換熱器中，采用合適的管間距或排列方式，不僅可以加大單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動(dòng)特性。錯(cuò)列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣相，可在氣相一側(cè)的傳熱面上加翅片以增大傳熱面積，更有利于熱量的傳遞。 （2）安全可靠 　　換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵照我國(guó)《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》與

7、《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。 （3）有利于安裝、操作與維修 　　直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。 （4）經(jīng)濟(jì)合理 　　評(píng)價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定的時(shí)間內(nèi)（通常為1年）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)等）的總和為最小。在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標(biāo)尤為重要。 　　 1.2任務(wù)安排 1.處理能力： 2.01*10^4

8、噸/年正戊烷 2.設(shè)備形式： 立式列管冷凝器 3.操作條件 (1)正戊烷：冷凝溫度51.7℃ 冷凝液于飽和溫度下離開(kāi)冷凝器51.7℃ （2）冷卻介質(zhì)：井水，入口溫度22℃，出口溫度35℃ （3) 允許壓強(qiáng)降：不大于10^5Pa (4)每年330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù) 4.設(shè)計(jì)項(xiàng)目 ( 1 ) 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 ( 2 ) 換熱器的工藝計(jì)算：確定

9、換熱器的傳熱面積。 ( 3 ) 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 ( 4 ) 主要輔助設(shè)備選型。 ( 5 ) 繪制換熱器總裝配圖。 設(shè)計(jì)流程圖 確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動(dòng)空間 ① 估計(jì)傳熱總數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算 ② 選擇傳熱管參數(shù)，并計(jì)算管程相應(yīng)參數(shù) 計(jì)算值與假定值相差較大 ③ 估計(jì)冷凝給熱系數(shù) 計(jì)算值與假定值相差較大 ④ 壓降大于設(shè)計(jì)壓力 裕度過(guò)大或過(guò)小

10、 核算冷凝給熱系數(shù) 計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù) ⑤ 總傳熱系數(shù)核算 ⑥ 計(jì)算值與假定值相差不大 折流板計(jì)算 ⑦ 殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比較 ⑧ 壓降小于設(shè)計(jì)壓力 裕度系數(shù)校驗(yàn) 確定換熱器基本尺寸 考慮夏冬季的溫度差異，改變冷流體進(jìn)口溫度 裕度合適 ⑨ 計(jì)算換熱器其余零件 ⑩ 1.3確定物性參數(shù) 1.3.1確定流體流動(dòng)空間 根據(jù)換熱器流體流經(jīng)選擇原則： (1).飽和蒸汽宜走管間，以便于及時(shí)排走冷凝液，且蒸汽較潔凈，它對(duì)清洗

11、無(wú)要求； (2)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，增強(qiáng)冷凝效果； (3)黏度大的的液體或流量較小的流體宜走管間，因流體有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。 綜合上述原則，對(duì)本次設(shè)計(jì)：冷卻水走管程，正戊烷走殼程 1. 3. 2計(jì)算流體的定性溫度，確定流體流動(dòng)的物性數(shù)據(jù) 兩流體在定性溫度下的物性參數(shù)如下： 物料 溫度 密度 粘度 比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) ℃ kg/m^3 mPas KJ/（kg℃） W/（m℃） 正戊烷 51.7 596 0.18 2.3

12、4 0.13 井水 30 994.8 80.010^(-5) 4.174 0.616 a.假設(shè)井水的出口溫度為35℃，井水入口溫度為22℃ b.由設(shè)計(jì)要求的正戊烷的流量為Wz=201001000/330/24=2537.9 kg/h c.已知51.7℃時(shí)正戊烷的蒸發(fā)潛熱 r=347.5044KJ/kg 熱負(fù)荷為：Q=Wzr=2537.9347.5044=881931.4kg/h=245Kw d.在30℃~50℃之間水的定壓比熱容為4.174KJ/kgK 做能量衡算井水流量為： W h

13、 = Q /（Cpt）= 881931.4/（4.174（35-22）） = 16253.2kg/h e.井水的定性溫度為tm=（22+35）/2 = 28.5℃ 兩流體的溫差Tm-tm=51.7-28.5<50℃，選用固定管板式換熱器 f.有效平均溫度差： T m=（51.7-22-51.7+35）/In{（51.7-22）/（51.7-35）}=22.58℃ g.選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)K值：根據(jù)管程走井水，殼程走正戊烷，選擇總傳熱 系數(shù)Ko=600W/m^2℃ 估算換熱面積： S=Q/KoTm=24510^3

14、/（60022.58）=18.08m^2 考慮15%的面積裕熱：S`=1.15S=18.081.15 = 20.8 m^2 1.4初選換熱器規(guī)格 管子規(guī)格： Φ252.5mm 公稱直徑DN： 400mm 公稱壓力PN： 0.25MPa 管程數(shù)N： 4 管子根數(shù)n： 72 中心排管數(shù)： 9 管程流通面積：

15、 0.00565m^2 換熱管長(zhǎng)度L： 4.000m 計(jì)算換熱面積A： 20.8m^2 1.4.1核算總傳熱系數(shù) a.該換熱器的實(shí)際傳熱面積： So=nπdo（ L-0.1）=723.140.025(4.0-0.1）=16.96 m^2 b.故該換熱器要求的總傳熱系數(shù)為： Ko=Q/SoTm=245000/（16.9622.58）=639.8/m^2℃ 1.4.2計(jì)算壓強(qiáng)降 (1)計(jì)算管程壓降

16、 ∑△Pi=（△P1+△P2）FtNpNs 其中，F(xiàn)t=1.4，Ns=1，Np=4 管程流通面積Ai=（n/N）（πd^2/4）=72/40.7850.02^2=0.00565m^2 Vsi=m/ρ=16253.2/3600/994.8=0.0045m^3/s, Ui=Vsi/Ai=0.0045/0.00565=0.0.8m/s Re=diuiρi/μ i=0.020.8994.8/（80.0010^-5） =19896>10000(湍流) 取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則ε/d=0

17、.0067，而Rei=19896，查閱莫狄摩擦系數(shù)圖知：λ=0.035 △P1=λL/dρu^2/2=0.0354/0.02994.80.8^2/2=2228.4Pa △P2=3ρu^2/2=3994.80.41^2/2=955Pa ∑△Pi=（2228.4+955）14=12733.6Pa<10^5 Pa (2)計(jì)算殼程壓降 ∑△Po=（△P1`+△P2`）FsNs 其中，F(xiàn)t=1.4，Ns=1， △P1`=F f0 nc(NB+1)ρu^2/2， 正方形錯(cuò)列排列的管子，F(xiàn)=0.4，nc=1.19 n =10, n =72， 折流擋板間距h=

18、0.3m,NB=L/H-1=4/0.3-1=13 殼程流通面積Ao=h(D-ncdo)=0.3*(0.3-10*0.025)=0.045m^2 uo =2537.9/3600/596/0.045=0.0263m/s Reo=douoρ/μ = 0.025*0.0263*596/18*100000 = 2177 Fo=5.0Reo-0.228=0.87 所以，△P1`=0.4*0.87*10*（13+1）*596*0.0263*0.0263/2=20.1Pa △P2`=NB（3.5-2h/D)ρ =uo^2/2=13*(3.5-2

19、*0.3/0.4)*596*0.0263*0.0263/2=5.36Pa ∑△Po=(20.1+5.36)*1.15=29.3Pa 經(jīng)上述計(jì)算可知，管程和殼程的壓強(qiáng)降都能滿足題設(shè)的要求。 1.4.3核算總傳熱系數(shù) (1)計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)αi Re=19896>10000(湍流),流體被加熱，n=0.4 Pri=Cpμi/λ=4.17410^379.0010^-5/0.616=5.3 ai=0.023（λ/d）Re^0.8Pr^0.4=0.023（0.616/0.02）11191.15^0.85.3^0.4 = 23

20、91.9W/（m^2℃） (2) 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)ao 因?yàn)榱⑹焦軞な綋Q熱器，殼程為正戊烷飽和蒸汽冷凝為飽和液體后離開(kāi)換熱器，故可按蒸汽在垂直管外冷凝的計(jì)算公式計(jì)算ao Ts=51.7℃ Tw=32℃ a o=1.13（gρ^2λ^3r/μLt）^1/4=1.13（9.81626^20.112^3357400/(0.0002294（51.7-32））^1/4= 1117.1W/m^2℃ （3）確定污垢熱阻 Rso=1.7210^-4m^2℃/W（有機(jī)液體）

21、 Rsi=2.010^-4m^2℃/ W（井水） （4）總傳熱系數(shù)K 1/K=1/ao+Rso+bdo/λdm + Rsido/di+1/aido/di =1/1117.1+0.000172+0.00250.025/(450.0225)+0.00020.025/0.0020+1/2391.90.025/0.020 =2.0810^-3 K=480.8W/m^2℃ 所選換熱器的安全系數(shù)為（600-480.8）/480.8=19.86% （5）核算壁溫 （T-tw）/（1/ao+Rso）=（tw-t）/（1/ai+

22、Rsi） 代入數(shù)據(jù)：（51.7-tw）/（1/1117.1+0.000172）=（tw-22）/（1/2391.9+0.0002） 經(jīng)解：Tw=32.9℃ ，與假設(shè)的32℃相差不大 1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.5.1列管式換熱器概述[1] 列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。

23、 在列管式換熱器中，管束的表面積即為該換熱器所具有的傳熱面積。當(dāng)傳熱面積較大，管子數(shù)目較多時(shí)，為了提高管內(nèi)流體的流速，增大管內(nèi)一側(cè)流體的傳熱膜系數(shù)，常將全部管子平均分成若干組，流體每次只流經(jīng)一組管子，即采用多管程結(jié)構(gòu)。其方法是在封頭內(nèi)裝設(shè)隔板，在一端的封頭內(nèi)裝設(shè)一塊隔板，便成二管程；在進(jìn)口端裝兩塊擋板，另一端裝一塊隔板，便成四管程；如此，還可以設(shè)置其他多管程，但過(guò)多使流體阻力增大，隔板占有分布管面積，而使傳熱面積減小。 列管換熱器（又名列管式冷凝器），按材質(zhì)分為碳鋼列管換熱器，不銹鋼列管換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分

24、為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1～500m2列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種： 　 固定管板式換熱器： 這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 　　為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償

25、裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 　 浮頭式換熱器： 換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)

26、力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 　填料函式換熱器： 　　這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 　 U型管式換熱器： U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。 1.5.2列管式換熱器的設(shè)計(jì)原則[2] 列管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)

27、構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中以熱力設(shè)計(jì)最為重要。本次設(shè)計(jì)主要需完成選擇何種列管式換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)煤油的冷卻，通過(guò)對(duì)煤油產(chǎn)品冷卻的列管式換熱器設(shè)計(jì)，達(dá)到讓我們了解該換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并能根據(jù)工藝要求選擇適當(dāng)?shù)念愋?，同時(shí)還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計(jì)算傳熱面積以及計(jì)算流體阻力。 1.5.3 流動(dòng)空間的選擇 在管殼式換熱器的計(jì)算中，首先需要決定何種流體走管程，何種流體走殼程，這需要遵循些一般原則。 （1）應(yīng)該盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近。 （2）在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失。 （3

28、）管程、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。 （4）應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 （5）對(duì)于有毒的介質(zhì)和氣相介質(zhì)，必使其不泄漏，應(yīng)特別注意其密封，密封不僅要可靠還應(yīng)該要求方便和簡(jiǎn)單。 （6）應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低成本。 1.5.4 傳熱管排列和分成方法 傳熱管管板上的排列方式有正方形直列，正方形錯(cuò)列，三角形直列，三角形錯(cuò)列和同心圓排列。 正方形直列 正方形錯(cuò)列 三角形直列

29、 三角形錯(cuò)列 同心圓排列 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 （1） 本次設(shè)計(jì)，焊接法取管心距t=1.5do=37.5mm，隔板中心到其最近一排管中心距離：S=t/2+6=37.5/2+6=24.75 m

30、m 取整S=25mm，各程相鄰管的管心距為;252=50mm （2）外殼直徑的確定 D=t(nc-1)+2b` D——?dú)んw內(nèi)徑，m t——管中心距，m，通常，脹管法t=（1.3~1.5）d0,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm,即t >= d0 + 6 b`——管束中心線上最外層管中心至殼體內(nèi)壁的距離，一 般取 b`= （1~1.5）d0 對(duì)于按正方形錯(cuò)列排列的管子，nc=1.19 n = 10，b`=1.5*19=22.8mm，t = 28m

31、m D=t(nc-1)+2b`=28*(10-1)+2*22.8=297.6mm,取整D=300mm 最小壁厚：10mm （3）折流板 （支撐板） 對(duì)立式換熱器設(shè)置折流板，能夠有效的防止傳熱管有破壞性振動(dòng)。 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓 高度為 h=0.25D=0.25（300-10）=72.5mm 取折流板間距B=0.4D=0.4400=160mm，取板間距B=200mm 折流板數(shù)Nb=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距=4000/200-1=19塊 選取折流板與殼體間的間

32、隙為4mm，因此折流板直徑 Dc=300-24=292mm （4）拉桿 拉桿數(shù)量與直徑可查表選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為400mm，故拉桿直徑為Φ12mm，拉桿數(shù)量不得少于4個(gè)，取10個(gè)。 （5）接管 流速u的經(jīng)驗(yàn)值可?。簩?duì)液體： u=1.5~2m/s 對(duì)蒸氣：u=20~50m/s 對(duì)氣體：u=（0.1~0.2）m/s a．管程接管 Wi=16253.2kg/h/3600=4.5kg/s，接管井水的流速ui=1.5m/s

33、 di=4v/πu=0.06m選取公稱直徑為73mm， b．殼程接管 殼程入口處接管設(shè)管內(nèi)氣體流速為us=0.1m/s di =ws/3600/ρ/0.785/us=0.015m,查表選公稱直徑為20mm， 殼程出口處接管設(shè)接管內(nèi)流體速度為us=1m/s di=ws/3600/ρ/0.785/us==0.0015m,查表選公稱直徑為57mm. 1.6總結(jié)表 1.6.1工藝設(shè)計(jì)匯總表 工藝設(shè)計(jì)匯總表 項(xiàng)目 符號(hào) 單

34、位 計(jì)算結(jié)果 冷卻水流量 Wh Kg/s 4.5 正戊烷流量 Wz Kg/s 0.705 冷卻水進(jìn)水口溫度 t 1 ℃ 22 蒸汽入口溫度 T ℃ 51.7 冷卻水出口溫度 t 2 ℃ 35 總傳熱量 Q KJ/h 881931.4 總傳熱系數(shù) K計(jì) W/（m^2℃） 480.8 所需傳熱面積 A計(jì) m^2 18.08 實(shí)際傳熱面積 A m^2 20.8 裕度 H 19.9% 管內(nèi)流速 u m/s 0.51 管程壓降 △Pi Pa 12733.6 殼程壓降 △Ps Pa 29.3

35、 1.6.2設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 程數(shù) 2 材料 碳鋼 臺(tái)數(shù) 1 殼體mm Φ30010 傳熱面積 20.8 管徑mm Φ252.5 折流板形式 上下 管數(shù)（根） 72 折流板數(shù)/個(gè) 19 管長(zhǎng)（mm） 4000 折流板間距（mm） 300 管子排列方式 正方形錯(cuò)列 切口高度mm 97.5 管間距mm 25 折流板厚度 5mm 封頭法蘭 D=300 隔板 b=10mm 拉桿4根 d=12mm 支座 JB/T 4712-92 管箱 D=400 U型膨脹節(jié) R=

36、35mm 定距管 Φ252 管板 b=40mm 殼程接管 Φ573.5 殼程接管法蘭 D=140mm 管程接管 Φ733.5 管程接管法蘭 D=160mm 封頭內(nèi)徑mm 300 封頭厚度mm 10 封頭曲面高度mm 100 封頭直徑高度mm 40 1.6.3主要零部件匯總表 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要零部件匯總表 項(xiàng)目 厚度 材料 殼體 管板 封頭 筒體法蘭 墊片 螺柱 冷卻水進(jìn)口法蘭 殼程進(jìn)口法蘭 殼程出口法蘭 10mm 40mm 10mm 19mm 3mm M16 M16 M16 M12 Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 耐油石棉橡膠板 Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 18