【正文】 差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體走 殼程， 以減少管壁與殼體的溫差，減小熱應(yīng)力。℃ h? c? 進(jìn)口 溫度℃ 1T 1t 25 8 出口溫度℃ 1T 2t 傳熱平均溫度差的計算 根據(jù)間壁兩側(cè)流體溫度沿傳熱面是否有變化，即是否有升高或降低，可 將傳熱分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩類。由于本設(shè)計估算傳熱面積較大所以本設(shè)計選用mmmm ?? 規(guī)格。 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 ?NdAPL0? L=(8)= 管程數(shù)： lLPN ? L— 按單程換熱器計算的傳熱管長度為 l— 選取的每層管子長度，無縫鋼管長度系列有 2 3 6 9 12m 等好幾種， 現(xiàn)選取為 9m PN =(取整） ： NNN PT ?? =84=32 根 （ 3） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) R=0 T=（ ） /（ ） = 即選用單殼程、管程較為合適。本換熱器流體的性 質(zhì)屬于比較潔凈和不易結(jié)垢，因此采用正三角形排列。 表 35 常用換熱管中心距 換熱管外徑 od 10 12 14 16 19 20 22 25 換熱管中心距 t 13～ 14 16 19 22 25 26 28 32 換熱管外徑 od 30 32 35 38 45 50 55 57 換熱管中心距 S 38 40 44 48 57 64 70 72 根據(jù)《化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)》 P103，如表 36，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距為 : nS =44mm。 取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 %25 ，則切去的圓缺高度 h 為 h=400=100mm，折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的 1/5， 取折流板間距 B=120mm 根據(jù) GB 1511999《管殼式換熱器》 表 42 可知，換熱管最大無支撐跨距為 mm1500 ，取第一塊折流板距管子左端 mm350 ，最后一塊折流板距管子右端 mm350 ，則折流板數(shù) 120 35029000 ??N +1=70 塊，且折流板圓缺面水平裝配。 壁溫核算 18 由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使換熱管壁溫升高，降低了換熱管和殼體的壁溫之差。 殼程的流通截面積： )]([ ocoO dnDhSS ?? =()= ㎡ u0=V0/A0=（ 3600596） = hhudR ??000e ? = 0 0 0 1 5 9 66 5 2 ?? = 2)1( 21 ohBco uNnFfP ????? =7（ 71+1） 596 = ② 對于 ??2P 的計算 2)( 22 ohB uDBNP ????? (310) 21 = 2 6 5 9 64 0 01 2 2???? ）（ = ③ 對于 ??oP 的計算 Sto NFPPP )( 21 ???????? =（ +） 1 = 計算表明：管程壓強(qiáng)降為 ；殼程壓強(qiáng)降為 ， 都小于 。 筒體厚度 （ 1） 確定計算參數(shù) 由前面計算可知，殼體內(nèi)徑 iD =400，計算壓力 MP aPPc ?? 。 計算管箱短節(jié)、封頭厚度 24 管箱主要由圓筒殼和法蘭等組成。 ? ? M PaM Pat 7 ??????? 則筒體計算厚度 ? ?ctic PDP ?? ??? 2 = ??? ? = GB 1502020《壓力容器》中規(guī)定碳鋼、低合金鋼加工成形后不計腐蝕裕度的最小厚度 min? 不小于 mm3 ；高合金鋼制圓筒 min? 不小于 mm2 。 筒體材料的選擇 在進(jìn)行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取?！妫? 傳熱管平均壁溫： 001111aaataTtimimw??? = 9 2 71 3 5 41 9 2 7 3 5 4?? =℃ 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即 T=℃ 殼體壁溫和換熱管壁溫之差為： t? ==℃ 由于換熱器殼程流體的溫差很小，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。 ?????? ?? tdBDA oo 1=()= ㎡ 殼程流體流速 u0=V0/A0=（ 3600596） = 換熱管呈正三角形排列，則當(dāng)量直徑： 0202 )423(4ddtd????? = 22?????? ）（ = 由雷諾數(shù)hhoeeo udR ??? 有， hhoeeo udR ??? =596/=10000，為湍流 由普朗特數(shù)hhphro CP ??? 有， hhphro CP ??? = 由于 1800，查《化工原理》 P137 可以應(yīng)用殼程蒸汽在垂直管外膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計算 o? ，即 2320 )(00 eRga ? ??? （ 34） 代入數(shù)據(jù)得： 0a = 2 9 7 90 0 0 1 312 32 ???? ）（ =（ m2在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。根據(jù) GB 1511999《管殼式換熱器》 表 13，對于固定管板式換熱器，布管限定圓直徑 LD 為 12 32bDD iL ?? （其中， 3b 為固定管板式或 U形換熱器最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離， odb ? ，一般不小于 mm8 ），則 LD =400225=。正三角形及正方形排列按照管子相對殼程流體的流向，又可分為直列與錯列（又稱轉(zhuǎn)角排列），如圖 31 所示。 表 33 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 sm/ 管程 3~ 1? 30~5 殼程 ~ ? 15~3 表 34 不同黏度液體在列管換熱器中的流速（在鋼管中） 液體黏度 smPa?/ 最大流速 ）（ sm// 液體黏度 smPa?/ 最大流速 ）（ sm// 5000? 35~100 500~1000 1~35 100~500 1? （ 2）管程數(shù)和換熱管數(shù) 流體從換熱管的一端流到另一端，稱為一個流程。 根據(jù)兩側(cè)流體變溫下的溫度差變化情況，可分為逆流、并流、錯流和折流。 ⑧ 黏度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低 eR 下 （ 100?eR ）即可達(dá)到湍流。對于直管管束，宜走管程；對 于 U 形管管束，宜走殼程。 5 圖 24 填料函雙殼程換熱器 圖 25 填料函分流式換熱器 （ 5） 釜式重沸器 釜式重沸器的結(jié)構(gòu)如圖 26所示，這種換熱器的管束可以為浮頭式、 U形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、 U形管式換熱器的特性。當(dāng)管子泄漏損壞時，只有管束外圍處的 U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而壞一根 U形管相當(dāng)于壞兩根管，報廢率較高。 圖 21 固定管板式換熱器 （ 2）浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖 22 所示，兩管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。我國出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢，大量的強(qiáng)化傳熱元件推向市場，國內(nèi)外傳熱技術(shù)的代表作有 折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等一大批優(yōu)良的換熱器。最后利用計算繪圖軟件繪制設(shè)備的整套設(shè)計圖紙，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。各種不同結(jié)構(gòu)和種類的換熱器發(fā)展很快 ,新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器層出不窮。 在工業(yè)生產(chǎn)中，回流冷凝器主要是利用地下水冷凝蒸汽，使蒸汽經(jīng)冷凝后變?yōu)橐后w，以滿足化工行業(yè)的需要。 首先查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解回流冷凝器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用，在化工生產(chǎn)中的地位和作用、回流冷凝器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、設(shè)計的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義，對回流冷凝器設(shè)計有一個大體上的認(rèn)識和理解。 本科畢業(yè)設(shè)計 回流冷凝器設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 過程裝備與控制工程 年級班別 2020 級 2 班 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2020 年 05 月 29 日 回流冷凝器設(shè)計 [摘要 ]： 傳熱過程是化工生產(chǎn)過程中存在的及其普遍的過程，實現(xiàn)這一過程的換熱設(shè)備種類繁多，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。 然后 根據(jù)工藝要求進(jìn)行工藝流程計算，確定設(shè)備類型、結(jié)構(gòu)，并完成設(shè)備工藝設(shè)計部分，借助化工模擬軟件完成。此外，換熱設(shè)備也可以回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。換熱器既可是一種單獨的設(shè)備 ,如加熱器、冷卻器和凝汽器等 。 畢業(yè)設(shè)計是在完成各項設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，按上述內(nèi)容闡述設(shè)計的目的、過程、成果及結(jié)論?，F(xiàn)在換熱器的研究及發(fā)展方向有：物性模擬研究；分析設(shè)計研究；大型化及能耗研究；強(qiáng)化技術(shù)研究；新材料的研究；控制結(jié)垢與腐蝕的研究等。浮頭有浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。 結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板 式的場合。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸氣品質(zhì)所決定。 ② 腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時被腐蝕。 （ 2） 選擇流徑 正戊烷蒸汽相對比較潔凈，選擇正戊烷蒸汽走殼程，地下水走管程，既有利于地下水水冷卻效率高，也可借助外界溫度加速地下水冷卻。在逆流（即冷、熱兩流體在傳熱面兩側(cè)流向相反）操作時，熱流體和冷 流體用可以比并流操作時少，所以工程上多采用逆流操作，在本設(shè)計中先按逆流計算，再校正。在換熱管長度和數(shù)量一定 10 時，為了提高管內(nèi)流速和傳熱效率，常采用管束分程的辦法，使介質(zhì)在管束內(nèi)的流通面積減少，流程加長和流速提高。錯列時殼程流體對換熱管外壁的沖刷程度優(yōu)于直列。 管板上兩換熱管中心距離成為管心距。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動，效率較低?！妫? （ 3）計算總傳熱系數(shù) oK )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? （ 35） 17 其中： io??, —— 殼程、管程對流傳熱系數(shù)， ）（ CmW ??2/ ； mio ddd , —— 換熱管外徑、內(nèi)徑和內(nèi)外徑平均值 ,mm ， md 為 ； sosiRR, —— 管內(nèi)側(cè)、外側(cè)污垢熱阻， W/2 Cm ?? ，均取為 WCm / 24 ??