【正文】 管與管板連接管板作用： 用來(lái)排布換熱管； 將管程和殼程流體分開(kāi)，避免冷、熱流體混合； 承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。換熱管與管板連接（強(qiáng)度脹，強(qiáng)度焊，脹焊并用）脹接機(jī)理： 脹接時(shí)，管子端部產(chǎn)生塑性變形，管板產(chǎn)生彈性變形；脹接后，管板彈性變形恢復(fù)——管子與管板之間產(chǎn)生擠壓力。殼程結(jié)構(gòu)：一、殼體 二、折流板 三、折流桿 四、防短路結(jié)構(gòu) 五、殼程分程折流板作用：提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)；減少結(jié)垢。擋管作用：防止管間短路；分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管每隔3～4排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處管板應(yīng)力的調(diào)整方法：※增加管板厚度 ※降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié)一、膨脹節(jié)的作用、換熱管與殼體上的軸向應(yīng)力以及管板與換熱管間的拉脫力。二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷根據(jù)換熱元件的各項(xiàng)應(yīng)力及拉脫力的計(jì)算、校核，不滿(mǎn)足時(shí)需設(shè)膨脹節(jié)；別忽視其他有效方法。振動(dòng)防止： 傳熱強(qiáng)化渠道：增加平均傳熱溫差，擴(kuò)大換熱面積，提高傳熱系數(shù)思考題換熱設(shè)備有幾種主要形式？間壁式換熱器有幾種主要形式？各有什么特點(diǎn)？管殼式換熱器，管子和管板的連接形式有幾種？ 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？如何判斷是否需要設(shè)置膨脹節(jié)？管板設(shè)計(jì)需校核哪些應(yīng)力？ 第七章塔設(shè)備的作用：實(shí)現(xiàn)氣（汽）相液相或液相液相之間的充分接觸，使相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱。對(duì)塔的基本要求：(1) 氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大。 (2) 生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大。 (3) 操作穩(wěn)定，操作彈性大。(4) 阻力小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費(fèi)用低。 (5) 耐腐蝕，不易堵塞。一、總體結(jié)構(gòu) (1) 按操作壓力分：加壓塔、常壓塔及減壓塔。 (2) 按單元操作分：精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、 反應(yīng)塔、干燥塔等。(3) 按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分：填料塔、板式塔。填料塔：——液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；——?dú)怏w呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng)，并進(jìn)行氣液兩相間的傳質(zhì)和傳熱?！獌上嗟慕M份濃度或溫度沿塔高呈連續(xù)變化板式塔：塔板——?dú)庖航佑|和傳質(zhì)的基本構(gòu)件。氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔板上的液層，使氣—液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組份濃度呈階梯式變化。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等。對(duì)于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。內(nèi)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)：（1）填料的支承裝置：位置：安裝在填料層的底部。作用：防止填料穿過(guò)支承裝置而落下；支承操作時(shí)填料層的重量；保證足夠的開(kāi)孔率，使氣液兩相能自由通過(guò)。要求：具備足夠的強(qiáng)度及剛度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，耐腐蝕。 填料塔的液體分布器 （重力式，壓力式）作用—— 液相加料及回流液均勻地分布到填料的表面上， 形成液體的初始分布。設(shè)計(jì)要點(diǎn)——液體分布點(diǎn)密度，分布點(diǎn)布液方式， 布液的均勻性等因素。 包括——分布器結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸確定、液位高度或壓頭大小、阻力等。 液體收集再分布器 作用——消除“壁流”，避免 “干錐”。 消除氣、液的徑向濃度差。做法——在各段填料之間加液體收集再分布器。 填料的壓緊和限位裝置 目的—— 避免氣速較高或壓力波動(dòng)較大時(shí)，填料層松動(dòng)所引起的氣、液相的不良分布，及散裝填料的流化。填料限位器：作用——又稱(chēng)床層定位器，用于金屬、塑料制散裝填料，及所有規(guī)整填料。防止高氣速，高壓降或塔的操作出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，填料向上移動(dòng)而造成填料層出現(xiàn)空隙，影響塔的傳質(zhì)效率。 板式塔的分類(lèi)：泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔等 板式塔的結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)——應(yīng)用最早的板式塔，但目前幾乎被浮閥塔和篩板塔所代替。操作彈性大，氣液比的范圍大，不易堵塞等。缺點(diǎn)——結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、氣相壓降大、安裝維修麻煩等。結(jié)構(gòu)——由泡罩、升氣管、溢流堰、降液管及塔板等部分組成。浮閥塔:優(yōu)點(diǎn):，比泡罩塔提高2040%；；，氣液接觸狀態(tài)較好，氣體沿 水平方向吹入液層，霧沫夾帶較??；，重量較輕，制造費(fèi)用低，僅為泡罩塔的60～80%左右。缺點(diǎn)：，塔板有漏液，效率下降；，導(dǎo)致操作運(yùn)轉(zhuǎn)及 檢修的困難； ，妨礙了它在高氣相負(fù)荷及真空塔中的應(yīng)用。結(jié)論——浮閥塔在蒸氣負(fù)荷、操作彈性、效率方面比泡罩塔有明顯優(yōu)勢(shì)。篩板塔壓降小、造價(jià)低、生產(chǎn)能力大，除操作彈性較小外，其余均接近于浮閥塔。柵板塔操作范圍比較窄，板效率隨負(fù)荷的變化較大。 、裙座與塔體的焊縫 分為 對(duì)接：裙座筒體外徑與塔體下封頭外徑相等，焊縫必須采用全焊透連續(xù)續(xù)焊。搭接：搭接部位在下封頭或塔體上。裙座與下封頭搭接，必須位于下封頭的直邊段，搭接焊縫與下封頭的環(huán)焊縫距離應(yīng)在 ()δs 范圍內(nèi)(δs為裙座筒體壁厚)，且不得與下封頭的環(huán)焊縫連成一體。裙座與塔體搭接，（δn為塔體的名義厚度）。搭接焊縫必須填滿(mǎn)。思考題：塔設(shè)備由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？風(fēng)載荷 ：（1）使塔體產(chǎn)生應(yīng)力和變形；使塔體產(chǎn)生順風(fēng)向的振動(dòng)(縱向振動(dòng))；使塔體產(chǎn)生垂直于風(fēng)向的誘導(dǎo)振動(dòng)(橫向振動(dòng))。（2）過(guò)大的塔體應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定失效。（3）太大的塔體撓度會(huì)造成塔盤(pán)上流體分布不均，分離效率下降。注：A 類(lèi)地面粗糙度指近海海面、海岸、海島、湖岸 及沙漠地區(qū)；B 類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)。C 類(lèi)指具有密集建筑群的城市市區(qū)。D 類(lèi)指有密集建筑群且房屋較高的的城市市區(qū). 筒體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 根據(jù)操作壓力(內(nèi)壓或真空)計(jì)算塔體厚度之后，對(duì)正常操作、停工檢修及壓力試驗(yàn)等工況，分別計(jì)算各工況下相應(yīng)壓力、重量和垂直地震力、最大彎矩引起的筒體軸向應(yīng)力，再確定最大拉伸應(yīng)力和最大壓縮應(yīng)力，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。如不滿(mǎn)足要求，則須調(diào)整塔體厚度，重新進(jìn)行應(yīng)力校核。一、筒體軸向應(yīng)力（1）內(nèi)壓或外壓在筒體中引起的軸向應(yīng)力σ1（2）重力及垂直地震力在筒壁中產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力 σ2（3）最大彎矩在筒體中引起的軸向應(yīng)力σ3 裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定校核 一、裙座筒體 受到重量和各種彎矩的作用，但不承受壓力。危險(xiǎn)截面：（1）裙座底部截面，重量和彎矩在裙座底部截面處最大。（2）裙座上的檢查孔或人孔、管線引出孔的孔中心所在橫截面處。地腳螺栓 作用 ：使高的塔設(shè)備固定在混凝土基礎(chǔ)上，以防風(fēng)彎矩或地震彎矩等使其發(fā)生傾倒。裙座與塔體連接焊縫 :裙座直接焊接在塔體的底部封頭上思考題1. 試分析塔在正常操作、停工檢修和壓力試驗(yàn)等三種工況下的載荷？2. 簡(jiǎn)述塔設(shè)備設(shè)計(jì)的基本步驟。3. 塔設(shè)備設(shè)計(jì)中，哪些危險(xiǎn)截面需要校核軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性？ 塔設(shè)備的振動(dòng) 安裝于室外的塔設(shè)備，在風(fēng)力的作用下，產(chǎn)生兩個(gè)方向的振動(dòng)。（1）順風(fēng)向的振動(dòng)，即振動(dòng)方向沿著風(fēng)的方向；（2）橫向振動(dòng)，即振動(dòng)方向沿著風(fēng)的垂直方向，又稱(chēng)橫向振動(dòng)或風(fēng)的誘導(dǎo)振動(dòng)。二、升力升力——由旋渦交替產(chǎn)生及脫落而在沿風(fēng)向的垂直方向產(chǎn)生的推力稱(chēng)為升力。拽力——風(fēng)在沿風(fēng)向產(chǎn)生的風(fēng)力成為拽力。通常升力要比拽力大得多（在產(chǎn)生橫向振動(dòng)時(shí)）臨界風(fēng)速 定義——作用在塔體上的交變升力的頻率與旋渦脫落的頻率相同，所以當(dāng)旋渦脫落的頻率與塔的任一振型的固有頻率一致時(shí)，塔就會(huì)產(chǎn)生共振。塔產(chǎn)生共振時(shí)的風(fēng)速稱(chēng)為臨界風(fēng)速 塔設(shè)備的防振 共振的危害：輕者使塔產(chǎn)生嚴(yán)重彎曲、傾斜，塔板效率下降，影響塔設(shè)備的正常操作。重者使塔設(shè)備導(dǎo)致嚴(yán)重破壞，造成事故。因此，在塔的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)避免共振的發(fā)生。一、增大塔的固有頻率 降低塔高，增大內(nèi)徑，可降低塔的高徑比，增大塔的固有頻率或提高臨界風(fēng)速；二、采用擾流裝置 合理地布置塔體上的管道、平臺(tái)、扶梯和其它的連接件可以消除或破壞卡曼旋渦的形成。三、增大塔的阻尼增加塔的阻尼對(duì)控制塔的振動(dòng)起著很大的作用。當(dāng)阻尼增加時(shí)塔的振幅會(huì)明顯下降。思考題：簡(jiǎn)述塔設(shè)備振動(dòng)的原因及預(yù)防措施。結(jié)構(gòu)：攪拌容器（由筒體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件組成）和攪拌機(jī)（由攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等組成）組成。支座，小型用懸掛式支座，大型用裙式支座或支承式支座。一、夾套結(jié)構(gòu)在容器外側(cè)，用焊接或法蘭連接方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。質(zhì)流通特點(diǎn)： 載熱介質(zhì)流經(jīng)夾套與筒體的環(huán)形面積，流道面積大、 流速低、傳熱性能差。提高傳熱效率的措施：① 在筒體上焊接螺旋導(dǎo)流板，減小流道截面積，增加冷卻水流速。② 進(jìn)口處安裝擾流噴嘴，使冷卻水呈湍流狀態(tài)，提高傳熱系數(shù)；③ 夾套的不同高度處安裝切向進(jìn)口，提高冷卻水流速，增加傳熱系數(shù)。4．蜂窩夾套 特點(diǎn)以整體夾套為基礎(chǔ)，采取折邊或短管等加強(qiáng)措施；提高筒體的剛度和夾套的承壓能力，減少流道面積；減薄筒體壁厚，強(qiáng)化傳熱效果。二、內(nèi)盤(pán)管當(dāng)反應(yīng)器的熱量?jī)H靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時(shí)常采用內(nèi)盤(pán)管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：浸沒(méi)在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，檢修較困難。 攪拌器與流動(dòng)特征 定義：攪拌器又稱(chēng)攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件。功能：提供過(guò)程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。原理：攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)把機(jī)械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動(dòng)的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。流型：流體循環(huán)流動(dòng)的途徑。上述三種流型通常同時(shí)存在：軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，切向流應(yīng)加以抑制采用擋板可削弱切向流，增強(qiáng)軸向流和徑向流。二、擋板與導(dǎo)流筒(1) 擋板 目的——消除打漩和提高混合效果。(2) 導(dǎo)流筒作用——上下開(kāi)口圓筒，安裝于容器內(nèi)，在攪拌混合中起導(dǎo)流作用。三、流動(dòng)特性攪拌器從電動(dòng)機(jī)獲得機(jī)械能，推動(dòng)物料（流體）運(yùn)動(dòng)。攪拌器對(duì)流體產(chǎn)生二種作用，剪切作用和循環(huán)作用。一、攪拌器分類(lèi)按流體流動(dòng)形態(tài)：（1）軸向流攪拌器 （2）徑向流攪拌器 (3)混合流攪拌器漿式攪拌器，推進(jìn)式攪拌器、渦輪式攪拌器、錨式攪拌器。 攪拌器的選用攪拌器選型一般從三個(gè)方面考慮： （1）攪拌目的 （2）物料粘度 （3）攪拌容器容積的大小選用時(shí)除滿(mǎn)足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費(fèi)用省，以及制造、維護(hù)和檢修方便等因素。推進(jìn)式攪拌器——用于低粘度流體的混合，循環(huán)能力強(qiáng)，動(dòng)力消耗小，可應(yīng)用到很大容積的攪拌容器中。 槳式攪拌器 ——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在小容積的流體混合中應(yīng)用較廣，對(duì)大容積的流體混合，循環(huán)能力不足。 渦輪式攪拌器——應(yīng)用范圍較廣，各種攪拌操作都適用， 但流體粘度不宜超過(guò)50Pas。生物反應(yīng)攪拌過(guò)程要求：1）打碎空氣氣泡，使氣泡細(xì)化以增加氣液接觸界面，提高氣液面的傳質(zhì)速率；2）發(fā)酵液要有較大的流動(dòng)循環(huán)量，使液體中的固形 物保持懸浮狀態(tài)。結(jié)論——攪拌器既要有較強(qiáng)剪切力，又要有較大的流體循環(huán)特性。 往往采用徑向流和軸向流相結(jié)合的多層攪拌器組合式攪拌系統(tǒng)。影響攪拌功率的因素很多，主要有以下四個(gè)方面：1. 攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速 2. 攪拌容器的結(jié)構(gòu) 3. 攪拌介質(zhì)的特性 4. 重力加速度 攪拌軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)攪拌軸應(yīng)考慮的四個(gè)因素：① 扭轉(zhuǎn)變形；② 臨界轉(zhuǎn)速；③ 扭矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度； ④ 軸封處允許的徑向位移。三、按臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸的直徑 臨界轉(zhuǎn)速nc——攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率達(dá)到軸自振頻率，發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)共振，共振時(shí)對(duì)應(yīng)軸的轉(zhuǎn)速稱(chēng)之為臨界轉(zhuǎn)速。五、按軸封處允許徑向位移驗(yàn)算軸徑 軸封處徑向位移的大小直接影響密封的性能，徑向位移大，易造成泄漏或密封的失效。軸封處的徑向位移主要由三個(gè)因素引起：（1）軸承的徑向游隙；（2）流體形成的水平推力；（3）攪拌器及附件組合質(zhì)量不均勻產(chǎn)生的離心力。攪拌軸軸徑必須滿(mǎn)足強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速的要求。當(dāng)有要求時(shí)，還應(yīng)滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)變形、徑向總位移的要求。六、減小軸端撓度、提高攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的措施(1) 縮短懸臂段攪拌軸的長(zhǎng)度 (2) 增加軸徑 (3) 設(shè)置底軸承或中間軸承 （4）設(shè)置穩(wěn)定器 密封裝置——軸封目的：1）避免介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏2）避免外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。軸封主要有兩種 ：填料密封 、機(jī)械密封一、填料密封 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、密封要求不高、并允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備。二、機(jī)械密封特點(diǎn)：泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長(zhǎng)，在攪拌反應(yīng)器中得到廣泛地應(yīng)用。（當(dāng)介質(zhì)為易燃、易爆、有毒物料時(shí)，宜選用機(jī)械密封）攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟（1） 工藝設(shè)計(jì)Ⅰ. 工藝設(shè)計(jì)條件確定 ——最大工作壓力、工作溫度、介質(zhì)腐蝕性Ⅱ. 設(shè)備工藝尺寸確定 ——反應(yīng)釜容積、傳熱面積、各種工藝接管尺寸及方位 Ⅲ. 傳動(dòng)裝置工藝計(jì)算 ——攪拌型式、轉(zhuǎn)速、功率計(jì)算（2）機(jī)械設(shè)計(jì)Ⅰ. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——封頭形式，傳熱方式，傳動(dòng)裝置類(lèi)型、密封形式和各種附件結(jié)構(gòu)。 Ⅱ. 選擇材料 ——依據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性，同時(shí)考慮材料是否對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響Ⅲ. 強(qiáng)度設(shè)計(jì) ——確定釜體、封頭、夾套的強(qiáng)度尺寸，確定攪拌軸的直徑Ⅳ. 選用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件Ⅴ. 編制技術(shù)要求和相關(guān)技術(shù)文件（3）設(shè)計(jì)圖紙繪制—— 繪制總圖和零部件圖 53