【正文】 eat exchanger area, and then, select a suitable condenser to check heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation . The design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of condenser to design the condenser’ s ponents and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, tube boxes. This part of design mainly include：the choice of materials， identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through assembly drawing and parts drawing to display. The each aspects of the horizontal shell condenser has detailed instructions in the design manual. Key word: ShellTube heat exchanger。 工藝計(jì)算部分主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行冷凝器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)已經(jīng)選定的冷凝器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、折流板、定距管、管箱等）的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、管板的計(jì)算、法蘭的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì) 算等。 Horizontal shell condenser。在化 工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～ 20%35%～ 40%[5]；在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣 [6]。這主要是因?yàn)榱泄苁嚼淠饔幸韵聨追矫娴膬?yōu)點(diǎn)。 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類冷凝器中的臥式殼程冷凝器的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。殼程上初設(shè)有物流進(jìn)出口接管外，還設(shè)有冷凝液排出口和不凝氣排出口。殼 程中的橫向弓形折流板或支承板圓缺面可以水平或垂直安裝，如圖 11 所示。對(duì)于垂直安裝的折流板，為了便于排出冷凝液，應(yīng)切去的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 50%，且左右排列。若要使冷凝液過冷，可以采用阻液形折流板。管程采用雙程時(shí)，冷凝液可以在管程之間引出，這樣可以減少液相的覆蓋面積也可以減小壓降，同時(shí)，用減少第二程管數(shù)的方法使其保持質(zhì)量流速 不變。殼程設(shè)置折流板或支承板，蒸汽流過防沖板后自上而下流動(dòng)，冷凝液由下端排出冷卻水。蒸汽是通過徑向接管注入頂部，在管內(nèi)向下流動(dòng)，在管壁上以環(huán)狀薄膜的形式冷凝，冷凝液在底部排出，為使出口排氣中攜帶的冷凝液量最少，下面的分離端蓋可設(shè)計(jì)成擋板式或漏斗式。這種冷凝器通常是直接安裝在蒸餾塔的頂部，以利于利用冷凝液回流來汽提少量低沸點(diǎn)組分。管束下端延伸到管板外，并切成的傾角，以便于排液。 高效傳熱管的研制管型的改進(jìn)和管表面性質(zhì)的改造是冷凝器發(fā)展的一個(gè)重要方面。冷凝器制造廠家也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)以期為我國冷凝器的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)另外冷凝器生產(chǎn)廠家科研單位和需使用冷凝設(shè)備的企業(yè)相互合作共同設(shè)計(jì)開發(fā)冷凝器也是冷凝發(fā)展的一個(gè)方向。 表 21 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 物性 流體 溫度 ℃ 密度 kg/m3 粘度 mPa??s 比熱容 kJ/ kg??℃ 導(dǎo)熱系數(shù) W/ m??℃ 二甲胺蒸汽 進(jìn) 出 冷卻水 75 冷凝器的類型與流動(dòng)空間的確定 兩流體溫度變化情況熱流體進(jìn)口溫度176。 C。取管內(nèi)流速。 確定了每程管子長(zhǎng)度之后，即可求得管程數(shù)： （ 27）式中：――按單程換熱器計(jì)算的管 子長(zhǎng)度， m； ――選取的每程管子長(zhǎng)度， m； ――管程數(shù)（必須取整數(shù)） 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l 9m，則該換熱器的管程數(shù)為： 取 傳熱管總管數(shù)： （ 28） 式中：――傳熱管總管數(shù) 得，傳熱管總管數(shù)為 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 若選用多管程換熱器，可提高管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱 溫差。 管子排列 管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形錯(cuò)列，正方形直列和正方形錯(cuò)列。 采用正三角形排列時(shí)，管子排列面積是一個(gè)正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的傳熱管數(shù)為： （ 212） 若設(shè) b 為正六邊形對(duì)角線上的管子數(shù)目，則： （ 213） 式中：――排列的管子數(shù)目； ――正六邊形的個(gè)數(shù)。 冷凝器的正六角形的數(shù)目為 14，六角形對(duì)角線上的管數(shù)為 29。 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算： （ 214）式中：――管板利用率。 取管板利用率η ，則殼體內(nèi)徑為： 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取 D 1200mm 則橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)： 折流板 圓缺形折流板在臥式換熱器中的排列分為圓缺上下方向和圓缺左右方向兩種。在該種情況下一般用德沃爾（ Devore）基于努塞爾的理論公式和實(shí)測(cè)值，提出層流時(shí)的冷凝表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)計(jì)算式如下。 該式的適用條件是： 低粘度流體 雷諾數(shù)； 普朗特?cái)?shù) Pr 在 ~160 之間； 管長(zhǎng)管徑之比； 定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度 的算術(shù)平均值； 特征尺寸取傳熱管內(nèi)徑。 管外側(cè)污垢熱阻 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 管壁熱阻取決于傳熱管壁厚和材料，其值為： （ 220）式中：――傳熱管壁厚， m； ――管壁熱導(dǎo)率。 根據(jù)公式（ 322）可得冷凝器的傳熱系數(shù)： 傳熱面積裕度 在規(guī)定熱流量下，計(jì)算了傳熱系數(shù)和平均傳熱溫差后，則與對(duì)應(yīng)的計(jì)算傳熱面積為 （ 222） 根據(jù)和可求出該冷凝器的面積裕度： （ 223）式中：――面積裕度； ――實(shí)際傳熱面積，； ――計(jì)算傳熱面積。 表 24 列管式冷凝器允許壓降 操作壓力 /Pa 允許壓力 /Pa 管程殼程允許壓降 計(jì)算管程壓降 管程流體的壓降等于流體流經(jīng)傳熱管直管壓降和冷凝器管程局部壓降之和，即 （ 225）式中：――摩擦系數(shù)； ――局部阻力； ――殼程數(shù)； ――管程數(shù)； ――管程總壓降； ――結(jié)垢校正系數(shù)，可近似取 。 計(jì)算殼程壓降 用埃索法計(jì)算殼程計(jì)算殼程壓降： （ 228）式中：――殼程總壓降，； ――流體流過管束的阻力，； ――流體流過折流板缺口的阻力；； ――殼程結(jié)垢校正系數(shù)，液體取 ，氣體取 ――殼程數(shù)。 循環(huán)水的定性溫度： 入口溫度為，出口溫度為 冷卻水的定性溫度為 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如表 25。 因此考慮夏冬季得差異，取水的進(jìn)口平均溫度為 C，冷卻水的出口平均溫度為 38C 進(jìn)行計(jì)算。 管束排列方式：正三角形排列。 對(duì)數(shù)平均溫差為夏季，水溫由 C→ 43C， ℃ 對(duì)數(shù)平均溫差為冬季，水溫由 23C→ 33C， ℃ 夏天生產(chǎn)：需要換熱面積 冬天生產(chǎn)：所需換熱面積 面積裕度 由此可知該換熱器在夏天使用時(shí)若仍按平均流速來計(jì) 算無法達(dá)到生產(chǎn)要求。 C 冷卻水： 33176。 C → 38176。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表 27。 因?yàn)?，筒體計(jì)算厚度可參照 GB1501998 用式（ 31）計(jì)算 （ 31）式中： Pc――計(jì)算壓力， MPa； Di――圓筒公程直徑， mm； φ――焊 縫系數(shù)； δ――筒體的計(jì)算厚度。 筒體的有效厚度為 而由表知可取殼體壁厚為 mm。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)封頭的厚度確定 橢圓形封頭是由長(zhǎng)短半軸分別由 a， b 的半橢圓和高度為 ho 的短圓筒（通稱為直邊）兩部分構(gòu)成的。 1 管板 管板結(jié)構(gòu) 下圖為固定式管板式換熱器兼作法蘭的管板，管板與法蘭連接的密封面為凸面，分程隔板槽拐角處，倒角 10。 進(jìn)出口設(shè)計(jì) 接管的設(shè)計(jì) 殼程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi)氣體流速為，則接管內(nèi)徑為 圓整后可取接管內(nèi)徑為 400mm。 排氣、排液管 為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣）及凝液，凡不能借助其他接管排氣或排液的換熱器，應(yīng)該在其殼程和管程的最高、最低點(diǎn)，分別設(shè)置排氣、排液接管。 管箱接管尺寸的最小位置 圖 35 管箱接管位置 管箱接管位置的最小尺寸，見圖，可按式進(jìn)行計(jì)算： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 mm 不帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 mm 取 C，取 L2 380mm。 折流板質(zhì)量計(jì)算 δ――折流板或支持板厚度， mm。 （ 1）非腐蝕性、非磨蝕性的單相液體，ρ u2 2300kg/ m??s2 者； （ 2）其他液體，包括沸點(diǎn)下的液體，ρ u2 740kg/ m??s2 者； 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 圖 38 拉桿連接尺寸 拉桿的長(zhǎng)度 L 按實(shí)際需要確定，拉桿的連接尺寸由圖 38 和表 310 確定。 第 4 章 強(qiáng)度計(jì)算 殼體、管箱殼體和封頭校核 殼體體校核 對(duì)殼體進(jìn)行強(qiáng)度校核 在設(shè)計(jì)溫度下， 殼體正常工作所受的壓力 （ 41） 故所