【正文】 化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。在相同流速時(shí)殼程流動壓降小 。目前出現(xiàn)的最新技術(shù)動向有： (1)計(jì)算流體力學(xué)：計(jì)算流體力學(xué) (CFD)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)，建立流體的流動和熱傳遞模型，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和仿真，從而對流體的流動區(qū)域和熱傳遞的分布進(jìn)行更詳細(xì)的預(yù)測。目前，商品化的專家系統(tǒng)還很少 ,許多廠家開發(fā)的專家系統(tǒng)僅在內(nèi)部使用。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 換熱器的工藝 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 表 21 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 物 料 溫 度 C? 質(zhì)量流量kgh 操作壓力 MPa 比熱KJ kg C?? 密度3kgm 導(dǎo)熱系數(shù)Wm C?? 粘度 310 Pa s??? 入口 出口 有機(jī)液 65 60 40000 水 25 設(shè)計(jì)方案 對于列管式換熱器，確定其設(shè)計(jì)方案應(yīng)從 七個(gè)方面著手： ； b.選擇流體流動空間； ； 冷卻劑； ；； [1]。 (2)選定流體流動空間 安排哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體走殼程，是選用列管式換熱器時(shí)需要確定的，以下各項(xiàng)需要在安排流動空間時(shí)加以考慮： ，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便； 性的流體宜走管程，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕； ，以免殼體受壓，可節(jié)省課程金屬消耗； ，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸氣較清潔，它對清洗無要求； ，使泄漏機(jī)會較少； 宜走殼程，這便于外殼向周圍的散熱，增強(qiáng)冷卻效果； 。 1 65 CT?? 2 60 CT ?? 1 25Ct ?? 2 Ct ?? 熱負(fù)荷 : 31 1 1 2 40000 10 ( 65 60)( ) q C T T ? ? ? ?? ? ? ? (21) 忽略熱損失，則水的用量為 ： 2 32 2 1 1 9 6 3 3 3 . 3 3 1 9 8 9 3 . 0 4 8 k g h( ) 4 . 1 8 0 1 0 ( 3 3 . 5 2 5 )m p Qq C t t? ? ?? ? ? ? (22) 計(jì)算逆流平均溫度差 有機(jī)液溫度： 65 C? →60 C? 冷卻水溫度： C? ←25 C? 因此 1 6 0 2 5 3 5 Ct? ? ? ? ? 2 65 Ct? ? ? ? ? 逆流 溫差 12123 5 3 1 . 5 3 3 . 2 2 Cl n ( ) l n ( 3 5 3 1 . 5 )m ttt tt? ? ? ??? ? ? ? ??? (23) 估算傳熱面積 （ 1）初選總傳熱系數(shù) K 查 參考文獻(xiàn) [1]，參照總傳熱系數(shù)的大致范圍，同時(shí)考慮到殼程冷卻水的壓力較高，故可選較大的傳熱系數(shù)，現(xiàn)假設(shè) 25 6 0 W m CK ? ??。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 表 22 換熱器常用的流速范圍 介質(zhì) 流程 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低黏度油 高黏度油 氣體 管程流速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 5~30 殼程流 速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 2~15 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)換熱管內(nèi)徑和流速確定單程換熱管數(shù) sn 22 ???? ??? iis udVn根 (25) 按單管程計(jì)算所需換熱管的長度 L 1 2 . 1 3 6 8 1 1 . 3 m3 . 1 4 3 . 1 4 1 8 0 . 0 1 9soSL nd? ? ??? (26) 由于按單管程設(shè)計(jì)，換 熱管過長，根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，取換熱管長 3ml? ,則該換熱器的管程數(shù)為 43 ??? lLN P 管程 (27) 換熱管的總根數(shù) 72418 ???TN 根 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 12 ??????? tT ttP (28) 5 88 606512 21 ??????? tt TTR (210) 根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]圖 F2 查得： 1?? 平均傳熱溫差 3 3 .2 2 Cmmtt? ?? ? ? ? ? 由于溫差校正系數(shù) 1 ??? ，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程較合適。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 9 的 (～ ) 3 范圍內(nèi) ； 殼體內(nèi)徑 采用四管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)參考文獻(xiàn) [16]，管板利用率 ~?? ，取 ?? ，則殼體內(nèi)徑 1 . 0 5 1 . 0 5 2 5 7 2 0 . 7 2 6 6 . 2 2 m mTD t N ?? ? ? ? ? (211) 圓整取 300mmD? 。本冷卻器采用弓形折流板，根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 30%，則切去的圓缺高度為 ???h ,取 90mmh? 。 為了防止積液，應(yīng)在折流板上開通液口，如圖 21 所示 ，折流板圓缺水平安裝。 （ 2） 管程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為 ，則管程接管內(nèi)徑為 4 4 1 9 8 9 3 . 0 4 8 ( 3 6 0 0 9 9 6 . 3 ) 6 8 . 6 m m3 . 1 4 3 . 1 4 1 . 5Vd u ??? ? ?? (214) 查參考文獻(xiàn) [2]附錄 7，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 89mm 4mm? ? 。 當(dāng)量直徑由正三角形排列得 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 11 2 2 2 2334 4 2 4 2 4 m m oeotdd d???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? (215) 殼程通 流截面積 20 . 0 1 91 0 . 2 8 0 . 3 1 0 . 0 2 0 1 6 m0 . 0 2 5oo dS B D t?? ??? ? ? ? ? ? ????? ???? (216) 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)分別為 ? ?40 00 0 36 00 76 22 m 20 16ou ??? (217) 6 2 6 5105 8 6 37 2 1 7 3 ?? ??? ?o (218) 33 ????? ?o (219) ? ? 10. 55 6 16 26 9 10 .78 6 5 17 36 .86 W m 17 3o? ? ? ? ? ? ? ? ? (220) （ 2） 管程給熱系數(shù) 管程通流截面積 2 3 20 . 7 8 5 0 . 0 1 5 1 8 3 . 1 7 9 2 5 1 0 miS ?? ? ? ? ? (221) 管程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)分別為 ? ?319 89 48 36 00 99 44 5 m 79 25 10iu ????? (222) 3 ?? ??? ?i (223) 33 ????? ?i (224) 因?yàn)椋?(1)Re 10000i ? ； (2) 160rP?? ； (3)管長與管徑之比 50ld? ，即進(jìn)口段只占換熱管總長很小一部分，管內(nèi)的流動是充分發(fā)展的； (4)流體是低黏度的（不大于水粘度的 2 倍）。 取 兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算壁溫，得換熱管平均傳熱壁溫： 6 2 . 5 7 4 1 4 . 9 2 8 . 4 1 7 3 6 . 8 6 3 4 . 8 7 C1 1 1 7 4 1 4 . 9 1 1 7 3 6 . 8 6m c m hchTtt ??? ?? ? ? ??? (232) 式中： ?mT 有機(jī)液平均溫度， C? ； ?mt 循環(huán)水平均溫度， C? ； ?c? 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 2W m C?? ； ?h? 管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 2W m C?? 。 殼程流動阻力按下式計(jì)算： ? ? Sso NFppp 21 ????????? （對于液體 ?sF ） 流體流經(jīng)管束的阻力： ? ? 21 21 oBco uNnFfp ????? 式中： ????F 管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)，正三角形排列 ?F ,正方形直列?F ，正方形錯(cuò)列 ?F ； ????of 殼 程 流 體 的 摩 擦 系 數(shù) ， 當(dāng) Re 500o ? 時(shí)，? ? 4 7 0 4 9 ???? ??oof ； ???? 橫 過管束中心線的管數(shù)， ??? Tc Nn 。℃ ) 黏度 /(Pa℃ / W 阻力 損失 /MPa 熱負(fù)荷 /W 傳熱溫差 /℃ 傳熱系數(shù) / W/(m2 有效厚度： 12 8 0 .7 5 2 5 .2 5 m men CC??? ? ? ? ? ? ? (34) 水壓實(shí)驗(yàn)壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .1 1 1 .3 7 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (35) 所選材料的屈服應(yīng)力 345MPas? ? 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 : ? ? ? ?1 . 3 7 5 3 0 0 5 . 2 5 3 9 . 9 7 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (36) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗(yàn) 強(qiáng)度滿足要求 。 有效厚度： 12 men CC??? ? ? ? (310) 水壓試驗(yàn)壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (311) 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (312) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度滿足要求。 有效厚度： 12 men CC??? ? ? ? (316) 水壓試驗(yàn)壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (317) 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (318) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度滿足要求。 表 31 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 因此只需要對 108mm 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)校核。 開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 ： ? ?ret fdA ??? 12??? (320) ? ? 21 0 4 3 2 3 2 1 0 . 9 5 7 7 3 1 2 . 5 0 7 6 m m? ? ? ? ? ? ? ? （ 3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ① 有效寬度 B 2 2 1 0 4 2 0 8 m mBd? ? ? ? 2 2 1 0 4 2 8 2 4 1 2 8 m mn n tBd ??? ? ? ? ? ? ? ? ? (321) 取以上兩式 的最大值，故 208mmB? 。 管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)校核 （ 1） 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法的判別 ： ①補(bǔ)強(qiáng)判別 管箱開孔處接管 分別為 89mm 4mm? ? 無縫鋼管（ 80mmDN? ）和 25mm 2mm? ? 無縫鋼管（ 20mmDN? ）。 （ 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