【正文】 ………………………… 45 圖 314 管箱與管板的連接 ………………………………………………………………… 45 圖 315 拉桿的尺寸 ………………………………………………………………………… 46 圖 316 定距管的結(jié)構(gòu)尺寸 ………………………………………… ……………………… 46 圖 317 分程隔板的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… 46 圖 318 鞍式支座的安裝 …………………………………………………………………… 47 圖 41 筒體受力分析 ………………………………………………… …………………… ..50 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 表格清單 表 21 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) ………………………………………………………………………… 6 表 22 換熱器常用的流速范圍 ……………………………………………………………… 8 表 23 常用換熱管管心距 …………………… ……………………………………………… 8 表 24 換熱管最大無(wú)支承長(zhǎng)度 ……………………………………………………………… 9 表 25 合理壓力降的選取 ………………………………………………………………… ..14 表 26 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié) 果一覽 表 …………………………………… ..15 表 31 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 ……………………………………………………… ..19 表 32 法蘭參數(shù) …………………………………………………………………………… ..22 表 33 筒體法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸 ………………………………… …………………………… ..23 表 34 管箱法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸 ……………………………………………………………… ..23 表 35 鞍座尺寸表 ………………………………………………………………………… ..47 表 41 各部件質(zhì)量表 ………………… …………………………………………………… ..48 表 42 原始數(shù)據(jù)表 ………………………………………………………………………… ..49 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 1 引 言 在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)釜中的化學(xué)反應(yīng)都是在一定溫度下進(jìn)行的，物料進(jìn)入到反應(yīng)釜中受到溫度的限制，因此在物料進(jìn)入反應(yīng)釜之前進(jìn)行換熱以達(dá)到所要求的溫度，這就是反應(yīng)釜冷卻器產(chǎn)生的背景。 設(shè)計(jì)的第一部分 是工藝計(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)行換熱器的選型，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。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 摘 要 本文設(shè)計(jì)的列管式換熱器為四管程固定管板式換熱器 。 管殼程壓力降經(jīng)計(jì)算滿足工藝要求。 本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)合適的列管式換熱器，列管式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備， 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能進(jìn)行機(jī)械清洗。而且傳統(tǒng)的列管式換熱器大部分是碳鋼材料，容易 引起腐蝕，現(xiàn)在很多換熱器換上了新材料，比如高分子復(fù)合材料和陶瓷 ,特別是陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕、耐高溫等課題，成為了回收余熱最佳換熱器 ，目前，陶瓷換熱器可以用 于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的手工校核不僅計(jì)算量大，而且稍不注意可能影響校核結(jié)果，所以現(xiàn)在我們的設(shè)計(jì)單位和工廠都采用 SW6 軟件進(jìn)行校核，這也大大減少了工程設(shè)計(jì)人員的工作量。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%~20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%~40%。 換熱器隨使用目的的不同，可分為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。 ：直接接觸式、蓄熱式和間壁式三種類型。 為：管式換熱器（主要有管殼式、套管式、螺 旋盤管式或蛇管式換熱器）； 熱管式換熱器（主要有吸液芯熱管、重力熱管、旋轉(zhuǎn)式熱管換熱器）；板式換熱器（主要有板式、螺旋板式、傘板式、板殼式換熱器）；擴(kuò)展表面式換熱器（主要有板翅式和管翅式換熱器）；蓄熱式換熱器（主要有回轉(zhuǎn)式和固定格室式換熱器）；其他（孔塊式換熱器、空冷器及薄膜式換熱器等）。又如對(duì)于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過(guò)程中的溫度和停留時(shí)間，往往就成為選型的主要前提。 列管式換熱器 列管式換熱器是一種廣泛使用的換熱設(shè)備。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，列管式換熱器仍占主導(dǎo)地位。此種 換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩段，并在其上連接有頂蓋 ，頂蓋和殼體沒有流體進(jìn)出口接管。 為了克服溫差 應(yīng)力必須設(shè)有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差 50℃ 以上時(shí)，為安全起見，換熱器應(yīng)有相應(yīng)的溫差補(bǔ)償裝置。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不受殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外泄的可能，殼程中不宜處理 易揮發(fā)、易燃、 易 爆和有毒介質(zhì)。 此種換熱器 與浮頭式、 U 形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)圖 11 帶膨脹 節(jié)溫差補(bǔ)償型固定管板式換熱器 圖 13 U 形管式換熱器 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 構(gòu)的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。 (2)高效節(jié)能的列管式換熱器：近年來(lái)，能源緊缺，材料費(fèi)用上漲，為此，對(duì)高效節(jié)能的列管式換熱器的研究成為換熱器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。其基本原理為 :將圓截面的特制板安裝在 “ 擬螺旋折流系統(tǒng) ”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一 ， 其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn) 象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng) 。 發(fā)展趨勢(shì) 換熱器經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，技術(shù)日臻成熟。將專家系統(tǒng)用于管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型 ,可以輔助設(shè)計(jì)者對(duì)流體流徑、殼體及浮頭類型、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、折流板類型和換熱器整體布置等問(wèn)題進(jìn)行決策。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一臺(tái)合適 的列管式換熱器，其中包括： 1)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告和外文期刊翻譯； 2)換熱器的工藝設(shè)計(jì)； 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 5 3)換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和強(qiáng)度校核 ； 4)通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算 盡可能 提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達(dá)到更高效，更節(jié)能的目的 ； 5)列管式換熱器總裝配圖和零件圖。 并且兩流體的溫差小于 50℃ ，可以不設(shè)置溫度補(bǔ)償。 估算換熱面積 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水用量 ????1mq 有機(jī)液的質(zhì)量流量 kgh ； ????1pC 有機(jī)液的比熱容 KJ kg C?? ； ????2mq 冷卻水的質(zhì)量 流量 kgh ； ????2pC 冷卻水的比熱容 KJ kg C?? ； ????Q 熱負(fù)荷 。 siu ? 。在靠近折流板缺邊位置處應(yīng)布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。 （ 1）切去的圓缺高度 常用 的折流板形式有弓形和圓盤 圓環(huán)形兩種。 表 24 換熱管最大無(wú)支承長(zhǎng)度 換 熱管外徑 (mm) 19 25 32 38 最大跨距 (mm) 1500 1900 2200 2500 取折流板間距 280mmB? ,則折流板數(shù) ????? BlN B (212) 取 9?BN 。 接管 （ 1） 殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)有機(jī)液的流速為 2m/s ，則殼程接管內(nèi)徑為 4 4 4 0 0 0 0 ( 3 6 0 0 7 6 3 . 1 ) 9 6 . 3 m m3 . 1 4 3 . 1 4 2Vd u ??? ? ?? (213) 查參考文獻(xiàn) [2]附錄 7，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 108mm 4mm? ? 。由于有機(jī)液被冷卻，故 ?????????wo?? 。 核算壁溫 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計(jì)算： hhcchhmccmRRRtRTt??????????? ?????????? ??????1111 12 6 5 6 0 6 2 . 5 C22m TTT ? ?? ? ? ? (230) 210 . 4 0 . 6 0 . 4 3 3 . 5 0 . 6 2 5 2 8 . 4 Cmt t t? ? ? ? ? ? ? ? (231) 式中： ?1T 有機(jī)液進(jìn)口溫度 ， C? ； ?2T 有機(jī)液出口溫度 , C? ； ?1t 循環(huán)水進(jìn)口溫度 , C? ； 2t? 循環(huán)水出口溫度 , C? ； 27 4 1 4 .9 W m Cci??? ? ??； 21 7 3 6 .8 6 W m Cho??? ? ??。 管程流動(dòng)阻力按下式計(jì)算 : ? ? spti NNFppp 21 ?????? 根據(jù)參考文獻(xiàn) [1]表 11，取換熱管管壁粗糙度 ?? ，則 ?d? ，而 ?i ，查參考文獻(xiàn) [1]莫迪圖得 ?i? ，流速 m siu ? ，密度 kg m? ? ，所以： 2 21 3 9 9 6 . 3 1 . 7 4 4 50 . 0 3 5 1 0 6 1 2 . 7 P a2 0 . 0 1 5 2ii i ulp d ?? ?? ? ? ? ? ? (233) 2 22 99 44 53 3 45 48 .3 P a22iup ? ?? ? ? ? ? ? (234) 對(duì) 19mm 2mm? ? 的管子有 ?tF ，且 4?pN ， 1?sN ? ? ? ?12 1 0 6 1 2 . 7 4 5 4 8 . 3 1 . 5 4 1 9 0 9 6 6 P ai t p sp p p F N N? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? (235) （ 2） 殼程流動(dòng)阻力 ?????? op 殼程流動(dòng)阻力； ?????? 1p 流體流經(jīng)管束的阻力； ?????? 2p 流體流經(jīng)折流板缺口的阻力； ????sF 結(jié)垢校正系數(shù)。 表 26 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表 參數(shù) 管程 殼程 質(zhì)量流量 /(kg/h) 40000 進(jìn) /出溫度 /℃ 25/ 65/60 設(shè)計(jì)壓力 /MPa 物性參數(shù) 定性溫度 /℃ 密度 /(kg/m3) 定壓比熱容 /(kJ/( kg℃ 污垢熱阻 / m2 設(shè)計(jì)厚度： 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (32) 名義厚度： ???? 1Cdn ?? (33) ???? ? ??? 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 設(shè)計(jì)厚度 : 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (39) 名義厚度： ???? ? ??? 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 設(shè)計(jì)厚度： 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (314) 名義厚度： ???? ? (315) ??? 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和，且接管公稱外徑小于或等于 89mm，只要接管的厚度滿足表 31 的要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng) [3]。 （ 2）開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù) rf ， ? ?? ? 9 57 1 891 81 ??? rtnrf ??，接管有效厚度 4 2 2 m me t n t C??? ? ? ? ?。 （ 4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①封頭多余金屬面積 筒體有效厚度 ? ? 筒體多 余金屬面積 1A ： ? ?? ? ? ?? ?reete fdBA ?????? 121 ????? (324) ? ? ? ? ? ? ? ? 22 0 8 1 0 4 5 . 2 5 3 2 2 5 . 2 5 3 1 0 . 9 5 7 7 2 3 3 . 6 1 9 3 m m? ? ? ? ? ? ?