【正文】 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。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。由于本設(shè)計(jì)估算傳熱面積較大所以本設(shè)計(jì)選用mmmm ?? 規(guī)格。 ⑤ 兩流體溫差較大時(shí)，對(duì)于固定管板式換熱器，宜將對(duì)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。由于采用填料函式密封 結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應(yīng)力。 （ 1）固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，管束連接在管板上，管板與殼體焊接。 設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。 [關(guān)鍵詞 ]： 換熱器、換熱面積、管板、換熱管。 回流冷凝器是換熱設(shè)備中的一種，是企業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備。故在尋找新能源的同時(shí) ,也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。 另外，撰寫設(shè)計(jì)說明書時(shí)要概念清楚，內(nèi)容正確，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通暢，用語符合技術(shù)專業(yè)規(guī)范，各種標(biāo)準(zhǔn)資料的運(yùn)用符合學(xué)科、專業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，圖表清楚，圖面質(zhì)量符合要求，書寫格式規(guī)范。 圖 22 浮頭式換熱器 （ 3） U 形管式換熱器 U形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖 23所示，這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，只有 4 一塊管板，管束由多根 U 形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。 s KJ/（ kg若間壁的一側(cè)或兩側(cè)流體沿傳熱面的不同位置溫度不同，即流體從進(jìn)口到出口，溫度有了變化，或是升高或是降低，這種情況的傳熱稱為變溫傳熱。 （ 4）換熱管排列和分程方法 11 在管殼式換熱器中，換熱管的空間排列方式常見的有同心圓、正三角形及正方形三種。 表 36 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 換熱管外徑 od 10 12 14 16 19 20 22 25 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 28 30 32 35 38 40 42 44 換熱管外徑 od 30 32 35 38 45 50 55 57 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 nS 50 52 56 60 68 76 78 80 通過管束中心線的管數(shù)： nnc ? = 32 =（根）取整為 7根 （ 4）殼體內(nèi)徑的確定 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按公式計(jì)算，如下 ?TNtD ? ? — 管板利用率。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。 假設(shè)厚度為 mm16~6 ，設(shè)計(jì)溫度取為 C?65 ，查 GB 1502020《壓力容器》知 Q345R 的許用應(yīng)力 ? ? MPat 170?? 。 （ 2） 確定筒體厚度 由 GB 1502020《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng) ? ??? tcP ? 時(shí)，可用 23 ? ? ct ic PDP ?? ??? 2 計(jì)算。℃） ， 0a =（ m2 管殼式換熱器常用的折流板的形式有弓形和盤環(huán)形。同心圓排布多用在小直徑換熱管中，優(yōu)點(diǎn)是管子與換熱器殼壁間的距離較均勻，但管排數(shù)超過 6排時(shí)空間利用率不及后兩種，故工業(yè)換熱器中換熱管的主要排列方式為正三角形及正方形排 列。本設(shè)計(jì)就屬于變溫傳熱中兩側(cè)變溫傳熱的情況?！妫? 正戊烷 596 105 地下水 25 105 25℃ : hm =30000 1000/330/24= ℃時(shí)正戊烷的蒸發(fā)潛熱 r=熱負(fù)荷為： Qh= hm r== ： T2=Q/(M2C)+T1=+25=℃ tm=（ 25+） /2 = ℃ 兩流體的溫差 Tmtm=50℃，選用固定管板式換熱器 ： T m=（ +） /In{（ ） /（ ） }=℃ 3 換熱器的工藝設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 流徑選擇 （ 1） 選擇原則 7 ① 不清潔或易結(jié)垢的流體宜走容易清洗的一側(cè)。 由于受彎管曲 率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利。通常用水或空氣為冷卻劑以除 去熱量，廣泛用于化工，在精餾操作中和釜式再沸器一起使用，回流冷凝器主要用于提供液相回流，直接影響到精餾塔的穩(wěn)定操作工況與餾出液的產(chǎn)品分率。換熱器由于其在化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用 ,使得換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)一直以來受到研究 人員的重視 ,各種研究成果不斷涌現(xiàn)。因此，循環(huán)水冷卻器的設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)是很重要的，它很可能影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)其的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。接著完成回流冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部分零部件選型，進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度校核，利用 SW6 軟件包完成設(shè)備的強(qiáng)度 計(jì)算，并以此計(jì)算結(jié)果作為最終結(jié)果，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。也可是某一工藝設(shè)備的組成部分 ,如石化、煤炭工業(yè)中的余熱回收裝置等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得一些新型研 究更為方便與快捷，使換熱器更為安全可靠，隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型高效的空冷器所取代。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 ③ 壓力高的流體宜走管程，以避免制造較厚的殼體。 先求逆流時(shí)的傳熱平均溫度差： 211 tTt ??? , 122 tTt ??? ； ??mt （ ） /ln()=℃ 計(jì)算傳熱面積 根據(jù)熱流體為低沸點(diǎn) 烴類蒸汽冷凝，冷流體為水，根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》有表 32取傳熱系數(shù) 計(jì)K =900 )]/([ 2 CmW ?? ， 表 32 管殼式換熱器中 K 值的大致范圍 熱流體 冷流體 傳熱系數(shù) K )]/([ 2 CmW ?? 水 水 1700~850 輕油 水 910~340 重油 水 280~60 氣體 水 280~17 水蒸汽冷凝 水 4250~1420 水蒸汽冷凝 氣體 300~30 低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓） 水 1140~455 高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝（常壓） 水 170~60 9 水蒸汽冷凝 水沸騰 4250~2020 水蒸汽冷凝 輕油沸騰 1020~455 水蒸汽冷凝 重油沸騰 425~140 則有估算的傳熱面積： mtKQA ??計(jì)` =（ 900） = ㎡ 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1） 管徑和管內(nèi)流速 ① 管徑 選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過規(guī)定的流速范圍。因此，換熱管的空間排列方式一般采用正方形錯(cuò)列或正三角形錯(cuò)列。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會(huì)沉積在圓環(huán)后面，使傳熱面積失效，此外，如有惰性氣體活溶解氣體放出，是不能有效地從圓環(huán)上部排出，所以一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。 ① 對(duì)于 1P? 的計(jì)算： 管程流通截面積 nNdA Tii 24??=32/4= 由管程流體流速ii AVu? 有，ii AVu? = 由雷諾數(shù)cciiei udR ??? 有， cciiei udR ??? = ?? =10000 ，為湍流 設(shè)管壁粗糙度 ?? ， ??id? 由《化工原理》 eiR? 關(guān)系圖查得 ?? ，代入 1P? 計(jì)算式 221 iic udlP ?? ????= 2 2? = ② 對(duì)于 2P? 的計(jì)算： 23 22 iup ???=3 ③ 對(duì)于 ??iP 的計(jì)算： spti NNFPPP )( 21? ????? =(+)4= （ 2）殼程壓強(qiáng)降校核 sto NFPPP ）（ ???????? 21 (38) 其中： ??1P —— 流體橫過管束的壓力降， Pa ， 21 201 uNnFfP hBco ?）（ ????； ??2P —— 流體橫過折流擋板缺口的壓力降， Pa ， 20 202 uDBNP hB ?）（ ????； tF —— 結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，液體取 ； sN —— 殼程數(shù)，為 1。 （ 3） 校核水壓試驗(yàn)壓力 查 GB 1502020《壓力容器》， ? ? M P aRM P a eL 3 4 51 7 0 ?? ，? 采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力 ? ?? ? M P aPPtT 21 7 01 7 ????? ?? 現(xiàn)校核試驗(yàn)壓力，筒體 mmCCne 420621 ??????? ?? 試驗(yàn)壓力 eie2 )( ??? DPTT ?? = 42 44002 ? ?? ）（ =101MPa TeL M P aR ?? ????? ，所以水壓試驗(yàn)壓力校核合格。 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇 Q345R 為殼體的材料。 )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? =0 2 2 0 2 0 2 3 5 4 2520250 0 0 1 0 0 1 9 2 711? ??????? = ）（ CmW ??2/ a 選用該換熱器時(shí)要求過程總傳熱系數(shù) 計(jì)K =900 ）（ CmW ??2/ ，在換熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下計(jì)算 K= ）（ CmW ??2/ KK計(jì)=900/= 在 ~ 之間，所以合理。管心距取決于管板的強(qiáng)度、清洗管子外表面時(shí)所需的空隙、管子在管板上的固定方法等。我國規(guī)定有 12七種分程數(shù)，最常用的是 2程和 4 程。 確定物性參數(shù) 由前面計(jì)算可知，正戊烷的定性溫度 為 ℃ ，地下水水的定性溫度為℃ . 根據(jù)定性溫度，分別查取正戊烷和水的有關(guān)物性參數(shù)，列表 31 如下： 表 31 物性參數(shù)表 物性 殼程 (正戊烷 ) 管程 (地下水 ) 符號(hào) 數(shù)據(jù) 符號(hào) 數(shù)據(jù) 密度 3/mkg h? 596 c? 比熱容 )/ Ckgkj ??（ hC? cC? 粘度 Pa 產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以 小些。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。在撰寫設(shè)計(jì)說明書的過程中，理論依據(jù)要充分，數(shù)據(jù)要準(zhǔn) 確，公式計(jì)算要正確，能將所學(xué)的知識(shí)和技能應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)中。例如，煙道氣（約 C?300~200 ）、高爐爐氣（約 C?1500 ）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（ C?1000~300 ）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。由于使用條件不同，換熱設(shè)備可以有各種各樣的型式和結(jié)構(gòu)。在化工廠中，回流冷凝器主要與釜式再沸器配合使用保 證精餾塔內(nèi)氣體冷凝成的液體有足夠的摩爾分率以滿足各行各業(yè)的需求。接著完成回流冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部分零部件選型，進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度 2 校核，利用 SW6 軟件包完成設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算，并以此計(jì)算結(jié)果作為最終結(jié)果，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。但溫度很高的流 體，其熱能可以利用，宜選管程，以減少熱損失。根據(jù)《化工原理》 P174 有，管殼式換熱器常用流速的范圍如表 33 和不同黏度液體在列管換熱器中的流速（在鋼管中）如表 34，取管內(nèi)流