【正文】 mm02Sn ? 管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算： 22 由工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度為 35C。 八 、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 筒體壁厚計(jì)算：由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度 71C。950D ?? ： 根據(jù)殼 程操作條件（ 有機(jī)料液 ，壓力 ，溫度 71 C。 （四） 外頭蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 外頭蓋軸向尺寸由 固定 管板、法蘭及 強(qiáng)度計(jì)算確定厚度后決定。并確定各結(jié)構(gòu)尺寸，見(jiàn)《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》（化學(xué)工業(yè)出版社出版）。故暫且選定該換熱器，其相關(guān)尺寸規(guī)格如下： DN(mm) 900 管程數(shù) N 2 殼程數(shù) 1 管子根數(shù) n 240 中心排管數(shù) 17 管程流通面積 m2 換熱面積 m2 換熱管長(zhǎng)度 mm 6000 管子規(guī)格 ?? 主要零件 —— 封頭 上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) JB/T47372020 標(biāo)準(zhǔn)，封頭為：。計(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。 ? ?CmWRdbdddRddKosoioiosiiio???????? 2/58111???smAmu ii ii / 00994 13 381 1 ????? ? 3 ?? ???? ?i iii ud ? ? 33 ?????? ?i ipiC ? ?? ? ? ? ? ?CmWi ????? / ?/ / 2424CmR CmR sosi ???? ???? ??)/(45 CmW ????? ?CmWtS Q moo ???????? 21 / 1551500K ??oKK mtK QSm ?????%% %100 ??????? S SSH p 14 4． 3 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力核算 管程為壓力降： ? ? Psti NNFPPP 21 ?????? 其中， Ft=,Ns=1,Np=2 傳熱管的相對(duì)粗糙度為： 查莫狄圖得 則由于流體與管壁摩擦產(chǎn)生的壓降為： 則管程壓力降為： k P aPaP i 1 0 1 8 ) 7 2 6 7( ??????? 殼程流動(dòng)阻力 由此可知本換熱器符合要求。定距管采用與換熱管相同的管子 , 即 Φ 25mm 2 . 5mm 鋼管。各種折流板具體形狀見(jiàn)右圖： 本換熱器采用弓形折流板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%， 則切 去圓缺 高度 為： mmDh ???? 折流板的間距在允許的壓力降范圍內(nèi)希望盡可能的小，一般推薦折流板間距最小值為殼體內(nèi)徑的 倍（或不小于 50mm),最大值取決于支持管所必須的最大間隔。 管間距為 t=≈ 32mm, 則 橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管子數(shù)： 根）( ??? Nn c 殼體內(nèi)徑 對(duì)于多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑采用下式計(jì)算 : 其中η為管板利用率，對(duì)于正三角形排列：兩管程， ，大于 四管程，； 對(duì)于正方形排列：兩管程， ，大于 四管程， 。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)： 按單程計(jì)算，所需傳 熱管的長(zhǎng)度是： )(1 ?????CmW ??? 2/588osoioiosiiio RdbdddRddK???11?????)( )9943600/(133811422 根???????iis udVn?mnd SL so ????? ? 10 若按單程管計(jì)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu) 。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。 mK QStm ????? 考慮 15%的面積裕度，則： 39。 s 輕有機(jī)物μ＜ s 中有機(jī)物μ =～ 1mPa s 有機(jī)物μ＜ s 中有機(jī)物μ =～ 1mPa 所以修正后的傳熱溫差為： CtT mtm ??????? ? ? 總傳熱系數(shù) 總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表 34，有關(guān)手冊(cè)中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。℃） 導(dǎo)熱系數(shù) W/（ m 定性溫度：取流體進(jìn)出口溫度的平 均值。 管程安排 (流動(dòng)空間的選擇 )及流速確定 已知兩流體允許壓強(qiáng)降不大于 60kPa；兩流體分別為 有機(jī)料液 和 冷卻 水。在選擇流體流速時(shí)，除了經(jīng)濟(jì)核算以外，還應(yīng)考慮換熱器結(jié)構(gòu)上的要求。 5 、 流體流速的選擇 換熱器中流體流速的增加，可使對(duì)流傳熱系數(shù)增加，有利于減少污垢在管子表面沉積的可能性，即降低污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大。換熱器的選用也是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算所需的傳熱面積，選擇合適的換熱器。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，如表 21所示。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，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（板翅式、管翅式等） 3 在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的 10%～ 20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%～ 40%。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交 換器。 （三） 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算 傳熱計(jì)算 管、殼程流體阻力計(jì)算 管板 厚度計(jì)算 U 形膨脹節(jié)計(jì)算 管束振動(dòng) 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu) （四）繪制換熱器裝配圖（ A3圖紙） 1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括：封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表、參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)自評(píng)表、換熱器裝配圖等。已知有機(jī)料液的流量為 104 kg/h，循環(huán)冷卻水入口溫度為 30℃，出口溫度為 40℃，并要求管程壓降與殼程壓降均不大于 60kPa，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù) 。它 是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱(chēng)熱交換器。 換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。 換熱器的類(lèi)型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較為潔凈且不易結(jié)垢的物料。 1擋板 2補(bǔ)償圈 3放氣嘴 圖 列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則 換熱器的設(shè)計(jì)即是通過(guò)傳熱過(guò)程計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積以及換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸，以完成生產(chǎn)工藝中所要求的傳熱任務(wù)。但是有時(shí)在動(dòng)力設(shè)備允許的條件下，將上述流體通入多管程中也可得到較高的對(duì)流傳熱系數(shù)。充分利用系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的允許壓降來(lái)提高流速是換熱器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。 ? 三、換熱器的選型 3工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì) 初選換熱器的類(lèi)型 兩流體的溫度變化情況如下： （ 1） 有機(jī)料液 ：入口溫度 102℃，出口溫度 40℃； （ 2）冷卻 水： 入口溫度 30℃，出口溫度 40℃； 該換熱器用循環(huán)冷 卻水進(jìn)行冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考略到這一因素，估計(jì)所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，需考慮熱膨脹的影響，相應(yīng)地進(jìn)行熱膨脹的補(bǔ)償， 故而初步確定選用帶有膨脹節(jié)的管板式換熱器。 表 流體種類(lèi) 流速 /（ m/s） 管程 殼程 一般液體 ~3 ~ 6 易結(jié)垢液體 1 氣體 5~30 3~15 表 （以普通鋼壁為例） 液 體 粘 度/mPa． s ＞1500 1500～ 500 500～100 100～35 35～ 1 ＜ 1 最大流速 /（ m/s） 由上表，我們初步選用 Φ 25 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui =。 s 比熱容 CP kJ/（ kg如果溫度校正系數(shù)低于 ，則應(yīng)該采用多殼程結(jié)構(gòu)或其他流動(dòng)方式。 ℃ ） 1 3 0 2 3040 401 0 211121221??????????????tTttPttTTR 8 水（流速為 ～ ） 水 冷水 冷水 冷水 鹽水 有機(jī)溶劑 輕有機(jī)物μ＜ s 水溶液μ＞ 2mPa s 水 水 水 水 水 水 水 水 水（流速為 ～ ） 水（流速較高時(shí)） 輕有機(jī)物μ＜ s 有機(jī)溶劑μ =～ s 水蒸氣（有壓力）冷凝 水蒸氣（常壓或負(fù)壓）冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 有機(jī)物 蒸氣及水蒸氣冷凝 重有機(jī)物蒸氣（常壓）冷凝 重有機(jī)物蒸氣（負(fù)壓）冷凝 飽和有機(jī)溶劑蒸氣（常壓）冷凝 含飽和水蒸氣的氯氣（＜ 50℃ ） SO2冷凝 NH3冷凝 氟里昂冷凝 582～ 698 814～ 1163 467～ 814 290～ 698 116～ 467 233～ 582 198～ 233 233～ 465 116～ 349 58～ 233 2326～ 4652 1745～ 3489 1163～ 1071 582～ 2908 582～ 1193 291～ 582 114～ 349 582～ 1163 116～ 349 58～ 174 582～ 1163 174～ 349 814～ 1163 698～ 930 756 1） .管程傳熱系數(shù)： 2） .殼程傳熱系數(shù)： 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)是： )/(1 3 0 0 2 CmWo ???? 污垢熱阻： CmR si ??? 20 0 0 3 4 CmR so ??? 20 0 0 1 7 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)：