【正文】 在此感謝我們的 何兵 老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪；這次課程設(shè)計(jì)的每一 細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)老師的細(xì)心指導(dǎo)。 設(shè)計(jì)結(jié)束后 ,我們超級(jí)有成就感 ,但回想整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程 ,我們遇到了許多煩惱，例如 ,我們組兩人在設(shè)計(jì)之前 AutoCAD 知識(shí)一點(diǎn)都沒(méi)接觸 過(guò) ,一切都是從 0開(kāi)始。 化工原理 課程設(shè)計(jì)是我們 所學(xué) 知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練， 也 是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程． “ 千里之行始于足下 ” ，通過(guò)這次課程列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 42 設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義． 此次 課程設(shè)計(jì)， 讓我 學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)． 通過(guò)這次 列管式換熱器的 設(shè)計(jì)， 我 在多方面都有所提高。 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 38 設(shè)備 水用 IS 型泵 體積流量： 32v 2 3m ，q m mρ 0 . 0 1 3 9 / s 5 0 / h????， 查《化工原理》，選取 IS8050200型離心泵 流量為 350 /mh，揚(yáng)程 50 m,轉(zhuǎn)數(shù) r2900 min 電機(jī)功率 15 KW，必須汽蝕余量 ，效率 69%。 管孔 ( Ⅱ 級(jí) 管 束 ） 換熱管外徑為 25 時(shí)，管孔直徑 mm（允許偏差 +） 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 折流擋板的名義外直徑為（ DN— ） = mm 焊接方式 對(duì)于管板和換熱器的材質(zhì)為碳鋼、低合金鋼，管子和管板采用強(qiáng)度焊接，換熱管外伸長(zhǎng)度 1 1. ml 5 m? ， 2 2. ml 5 m? ，坡口深度 3 2. ml 0 m? 。 對(duì)于型號(hào)為 332 .5mm?? 接管， ? ? ? ?H1 d 32L 9b 4 C 4 6 4 3 222 0 m m? ? ? ? ? ? ? ???‘ ，取 1L 90mm? ? 管箱 接管位置的尺寸 查《換熱器 設(shè)計(jì) 手 冊(cè) 》 接 管 中 心 線 聚 管 板 密 封 面 的 最 小 距 離H2fDL h C2? ? ?，其中 4 S(S 為 殼 體 厚 度 ， mm )C ? ， 所以 ，2 250L 1 9 0 32 7 m m2 3 4 ?? ? ?， 圓整 取 2L 350mm? 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 接管法蘭 查 HG/T 205922021，接管公稱直徑和鋼管外徑表示： 公稱直徑 150 25 125 鋼管外徑 A B 159 32 133 板式平焊鋼制管法蘭 公稱直徑 DN 鋼管外徑 法蘭外徑 連接尺寸 法蘭厚度 C 法蘭內(nèi)徑 B 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 n（個(gè)） 螺栓 B 25 32 100 75 11 4 M10 14 33 125 133 240 200 18 8 M16 20 135 150 159 265 225 18 8 M16 20 161 接管法蘭墊片 平面法蘭用 FF 型墊片尺寸： 公稱直徑 DN 墊片內(nèi)徑1D 墊片外徑2D 螺栓孔數(shù)量 n 螺栓孔直徑 L 螺栓孔中心直徑 K 墊片厚度T 25 34 100 4 11 75 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 125 141 240 8 18 200 150 169 265 8 18 225 管箱的計(jì)算 分程隔板選取 查 GB15199，對(duì)于 DN≤ 600 的碳素鋼，分程隔板最小厚度為 8 mm，安全起見(jiàn)，本換熱器分程隔板厚度取 10 mm，隔板槽寬 12 mm，深 8 mm，隔板材料為碳素鋼 。 型號(hào)為 4m59 m1 .5?? 的接管補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 2 30 mD 0 m? ，內(nèi)徑 1 15 mD 4 m? 補(bǔ)強(qiáng) 面積： 2( 5 . 3 1 . 8 ) 5 5 6 . 5 m mA 1 5 9 ? ? ?? 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：d 21A 5 5 6 . 5δ C=D D 3 0 0 1 5 1 . 8 3 . 8 1 . 8 5 . 6 4 mm?? ? ? ? ?? ? 圓整取 dδ 8mm? ，查 JB/T 47362021 補(bǔ)強(qiáng)圈質(zhì)量 kg。 管箱出口接管校核 液壓 試驗(yàn) ? ? ? ?TcP 5P 5 2 .5 3 .1 25 M Pa ? ? ? ?? ??? ? ??? ? ?? ? ?T i eT e3 . 1 2 5 2 5 3 . 5 1 . 8PD δζ2δ 2 ( 3 . 5 1 . 2 4 . 5 48 ) 1 MPa ? ???s0. 9 0. 9 34 5 31 0. 5 MP a ??? ,符合液壓測(cè)試的強(qiáng)度要求。 管板 查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》，碳鋼、低合金鋼管板的隔板槽寬度為 12 mm，槽深不小于 4 m。 代入數(shù)據(jù)得 2 . 5 4 0 02 1 7 0 0 . 8 5 2 . 5t 1. 8 5 . 3 m m? ? ??? ? ? 查取 GB1501998 nt 8 mm? 滿足要求。 C1— 鋼材厚度負(fù)偏差，取 mm 。取 20K W / m（ K）?? 核算裕度 需要的換熱面積： 30mQ 4 6 0 . 7 9 2 1 0K t 4 5 9A . 8 5 6 4 3 . 8 7 9?? ?? ?需 ∴ 面積裕量在 10%25%之間， 該 冷凝 器換熱面積裕度符合要求。 井水： 2siR 1 / 43 00 m / WK?? 乙醇蒸汽： 2soR 1 / 86 00 m / WK?? 碳素鋼的熱傳導(dǎo)系數(shù)： 245 W / m? ??K 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 0K 由于殼程內(nèi)流體 是通過(guò) 相變 傳熱 ，且酒精是通過(guò)管壁上的液膜傳熱給冷卻水， 假設(shè)壁溫為 48℃ ,則殼體內(nèi)的定性溫度為 80 48t 642???℃。 TtlnTt? ? ?????? ℃ m t m mt φ t 39。 粘度 mPa?s 比熱kJ/(kg 流體的定性 參數(shù) 95%乙醇蒸汽溫度 T=80C? ，因乙醇在殼程內(nèi)只發(fā)生相變，飽和蒸汽的定性溫度 mT =80C? 。對(duì)于 25 ?? 的管子 tF 取為 ，對(duì)于 19 2mmmm??的管子 tF 取 ； pN— 管程數(shù)； sN — 串聯(lián)的殼程數(shù)。所用到的公式見(jiàn)下： 假設(shè)殼程中的流體在殼體內(nèi)層流，對(duì)流傳熱系數(shù)： ? ??1/ 40 23ρ gλ rμ ( )， 并用下列公式校正酒精在殼程內(nèi)的流型： 4 l tR e 2021rμ? ??? 總傳熱系數(shù)的計(jì)算 總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為： ? ? ? ? ?0 0 0s 0 s i0 0 i i m id b d d11 RRK α α d λ dd 面積裕量 用校核出的理論傳熱系數(shù) K 計(jì)算出需要的換熱面積 A需。 換熱管實(shí)際傳熱面積的計(jì)算： 換熱管實(shí)際傳熱面積： 0n ( )???S d L 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 換熱管實(shí)際傳熱系數(shù)的計(jì)算： 由算出的實(shí)際面積計(jì)算代入公式： ??mQK St，計(jì)算換熱器的實(shí)際總傳熱系數(shù)。管箱具有一個(gè)可拆蓋板，因此在檢修 或清洗管子時(shí)無(wú)須卸下管箱。 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。 管子和管板的連接可脹接或焊接。一般切口高度與直徑之比為 —— ，常見(jiàn)的有 和 兩種。 折流擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要依據(jù)工藝過(guò)程和要求來(lái)確定，設(shè)置折流擋板的主要目的是為了增加殼程流體的流速，提高殼程的傳熱膜系數(shù) ，從而達(dá)到總傳熱的目的。當(dāng)流體有腐蝕性時(shí)，管板應(yīng)采用耐腐蝕材料，工程上多采用軋制成的符合不銹鋼，或在碳鋼表面堆焊一層厚度不小于 5mm 的覆蓋層。在殼程需要進(jìn)行機(jī)械清洗時(shí)，一般采用正方形排列，管間通道 沿整個(gè)管束應(yīng)該是連續(xù)的，且保證 6 mm 的清洗通道。 換熱管排列方式 我國(guó)列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中，傳熱管僅用 25 ?? 、 25 2mmmm??、19 2mmmm??,這幾種規(guī)格。 管程數(shù) m 可按下式計(jì)算，即 m uu?? ， 式中， u — 管程內(nèi)流體的適宜流速， ms ； u? — 按單管程計(jì)算的管內(nèi)流速， ms 。 管程數(shù)和殼程數(shù)的確定 當(dāng)管內(nèi)流體較小時(shí)，會(huì)使管內(nèi)流速較低，因而對(duì)流傳熱系數(shù)小。 冷卻介質(zhì) 井水 的 入口溫度 32℃ ，出口溫度 40℃ ，冷熱流體溫差不超列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 過(guò) 50℃，且固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，于是， 初步確定 選擇固定管板式換熱器。 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 （ 3） U 型管殼式換熱器 U 型管殼式換熱器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，但管內(nèi) 清洗困難，管板利用率低，適用高溫高壓的場(chǎng)合，但管內(nèi)必須為清潔流體。 當(dāng)管束和殼體之間的溫度太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，會(huì)使管子和管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄露。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。 它包括 :固定管板式換熱器、 U 型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。又如設(shè)備的材料強(qiáng)度的演算，除按規(guī)定應(yīng)有一定的安全系數(shù)外，還應(yīng)考慮防止由于設(shè)備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。 2 設(shè)計(jì)條件 處理能力 ： 10? 噸 95%乙醇蒸汽 設(shè)備型式 ： 立式 列管式換熱器 操作條件 ： （ 1） 乙醇蒸汽 ： Dx 95%? ,冷凝溫度 80℃ ， 冷凝液于 80℃ 下離開(kāi)冷凝器 （ 2）冷卻介質(zhì)： 井水 ，入口溫度 32℃ ，出口溫度 40℃ （ 3）允許壓強(qiáng)降： 不大于 510 Pa （ 4）每年按 330 天計(jì)算，每天 24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行 （ 5）熱損失為總傳熱速率的 5% （ 6）設(shè)備最大承受壓力： P= MPa 3 設(shè)計(jì)方案的確定 設(shè)計(jì)原則： 滿足工藝和操作的要求 設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 門和計(jì)量?jī)x表等，并自確定方案時(shí)，考慮到各種流體的流量，溫度和壓強(qiáng)變化使采取什么措施來(lái)調(diào)節(jié)，而在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，加修應(yīng)方便。任何時(shí)候?qū)嵺`都是知識(shí)創(chuàng)新的源泉，是檢驗(yàn)真理的試金石，是鍛煉成長(zhǎng)的有效途經(jīng)。 參照任務(wù)書(shū)的任務(wù)量 ,需設(shè)計(jì) 年冷卻 15000 噸乙醇 的列管式換熱器 ，設(shè)計(jì)時(shí)先確定流體流程，殼程走乙醇，其進(jìn)、出口溫度都為 80℃，相變放出潛熱，井水走管程冷卻乙醇，進(jìn)口溫度為 32℃，出口溫度為 40℃。再進(jìn)行熱量衡算、傳熱系數(shù)校核，初選冷凝器的型號(hào)，然后通過(guò)進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度校核等一系列的計(jì)算和選型，最終確定的設(shè)計(jì)方案為固定管板式換熱器，所選用 型號(hào)為 Ⅰ ， 換熱器 殼徑為 400mm， 總換熱面積為 ,管程為 2，管子總根數(shù)為 60， 管長(zhǎng) 6000 mm,管束為正三角排列，兩端封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。大學(xué)是一個(gè)提升學(xué)生綜合能力的平臺(tái)，在給學(xué)生授知識(shí)解疑惑的過(guò)程中，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及教師們高度重視學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)，譬如開(kāi)設(shè)認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等課程。 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 在確定某些操作指標(biāo)和治標(biāo)和選定設(shè)備型式以及儀表配置時(shí)，要有經(jīng)濟(jì)核算的觀點(diǎn) ， 既能滿足工藝和操作要求，又使施工簡(jiǎn)便 ， 材料來(lái)源容易 ,造價(jià)低廉。以上提到的都是為了保證安全生產(chǎn)所需要的。 管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。 列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 換熱器 工作 原理 管殼式換熱器屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。因此，固定管板式換熱器使用時(shí)，兩流體的溫差不大于 50℃ 。由于最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，易使殼體流體短路而影響殼程傳熱。 流動(dòng)空間的選擇 從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使酒精走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。 增加管程數(shù)雖然使管內(nèi)流速提高， 從而提高了管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)也會(huì)提高，對(duì)于相同