【正文】 。其傳熱面積為： 5 1 2 50 ?? tLNdF ? m2 殼體 殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 Q345R、 nR?16 等，現(xiàn)選用鋼。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇 20 號鋼的無縫鋼管。 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強度外，當采用脹管法固定時，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。管程分程隔板采用十字型結構，其主要優(yōu)點是布管緊密。 換熱器的機械設計計算 換熱流程設計 采用 1 殼程 2 管程的換熱器。 管子正方形排列時當量直徑 ? ?2 0 0234 24ed t d d? ????????? 式中 t——相鄰兩管中心距， m； 0d ——管外徑， m。取弓形折流板圓 17 缺高度為殼體內(nèi)徑的 25% ，則切去的圓缺高度為 h=1000=250mm, 取h=250mm。 折流板的作用是可以提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼程流體垂直沖刷管束 ，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結垢。弓形折流板又可以分為單弓形、雙弓形、三弓形。換熱管中心距宜不小于 倍的換熱管外徑，根據(jù)換熱管外徑查管殼式換熱器設計手冊GB151 表 12[12]可得換熱管中心距 S=25mm；分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距38mmnS ? 。 各種排管方式簡圖見圖 1。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) ns 根）( 22 ?????? iis udVn 式中： V——水的體積流量 ， m3/h； di——換熱管的內(nèi)徑 ， mm； ui——水在換熱管中的流速 ， m/s； 按單程計算所需換熱管的長度 L ????? dn SL s?m 式中： S——換熱管傳熱面積 ， m2； ns——單程傳熱管數(shù)； d0——換熱管外徑 ， mm； 按單管程設計，傳熱管過長，根據(jù)本設計實際情況，取傳熱管長 6?l m，則該換熱器的管程數(shù)為 管程）(29 ???? lLNP 傳熱管的總根數(shù) 根）(6 3 023 1 5 ???TN 16 管排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯列三種排列方式。在此選取的無縫鋼管 Φ 192mm 作為換熱管。對清潔的流體，管徑可取小些，而對黏度較大或易結垢的流體，考慮管束的清洗方便或避免管子堵塞，管徑可取大些。 查相關資料取總傳熱系數(shù) ? ? ℃mW300?K 計算熱負荷 乙炔氣計算，即 kWTTCmQ p )40116()( 32111 ???????? 式中： m1——乙炔的流量 ， m3/h； CP1——乙炔的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——乙炔進口溫度 ， ℃ ； T2——乙炔出口溫度 ， ℃ ； 計算冷卻用水量 忽略熱損失，則水的用量為 )( )( 331222 ???????? TTC QmPkg/s= kg/h 式中： m2——水的質(zhì)量流量 ， kg/h； CP2——水的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——水進口溫度 ， ℃ ； T2——水出口溫度 ， ℃ ； 估算傳熱面積 15 0 7 2 86 1 0 0 100 5 9 5 831 ?? ???? mtK QAm2 式中： K——總傳熱系數(shù) ， W/(m2s 水的 普 朗特數(shù)： Pr2= 乙炔的定性溫度： 011 6. 7 40t= = 78 .3 52 C? 乙炔密度： ρ1= kg/m3 乙炔比熱： Cp1= kJ/kg℃ 乙炔導熱系數(shù)： k1= W/m℃ 乙炔粘度： μ1=104 Pa 確定設計方案 兩流體溫度變化情況：熱流體是乙炔，進口溫度 oC，出口溫度 40oC；冷流體（循環(huán)水）進口溫度 30 oC，出口溫度 。浮頭式換熱器 [11]是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。 表 3 各種型號溶解乙炔設備技術參數(shù)表 根據(jù)物料衡算可知，平均每小時生產(chǎn)乙炔 ，所以選擇型號為 NRY80的乙炔發(fā)生器。一旦發(fā)生器超壓，乙炔就會從安全裝置中放空，非常安全。全密封發(fā)生器采用電磁振蕩器 [10]把電石從貯料斗中均勻地振落到發(fā)生器內(nèi)，電磁振蕩器與貯氣柜連鎖控制，當發(fā)生器的發(fā)氣量過大時，電磁振蕩器會自動停止工作。 全密封低壓乙炔發(fā)生器全密封低壓乙炔發(fā)生器是用電石桶把已破碎好的規(guī)格電石加入到發(fā)生器上部的電石貯料斗中。 5. 溶解乙炔車間設備設計與選型 乙炔發(fā)生器的選型 乙炔發(fā)生器 [8]是用水分解電石，制取氣態(tài)乙炔的設備，是溶解乙炔生產(chǎn)裝置中的重要設備之一，乙炔發(fā)生器的性能好壞，將直接影響到成套設備的安全性能和企業(yè)的經(jīng)濟效益。不能夠詳細的列舉數(shù)據(jù)。 （ 8） 充罐乙炔氣體量： 充罐乙炔量 =（充罐后瓶中） （充罐前瓶中） 乙炔最大充罐量可按下式計算： VG ? ? 式中： ＆ 填料孔隙率 % V鋼瓶實際容積 L Gmax乙炔限定充裝量 kg 由上式可得 ： Gmax = （ 9） 生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù) ?年生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù)： 75900（瓶） ?日生產(chǎn)乙炔瓶數(shù)： 253（瓶） （ 10）發(fā)生器的物料衡算： 電石投入量 M1= 熱量的散失 Q 累積 產(chǎn)生的乙炔 V1 電石渣 M2 產(chǎn)生的廢氣 V2 發(fā)生器 11 總物料： ∑m 入 =∑m 出 則： F=W+P M1=M2+V1+V2 （ 11）發(fā)生器的熱量衡算： 由于電石與水在發(fā)生器里是根據(jù)化學反應自發(fā)所產(chǎn)生的熱量，所以我們在這里就只能夠看其本身的熱量衡算了。 （ 4）以日生產(chǎn) 24 小時計算，平均每小時生產(chǎn)乙炔 。 (2)年產(chǎn) 50 萬標 m3 換算成質(zhì)量及 。 4. 物料衡算 本設計是設計年生產(chǎn) 50 萬 標 m3 溶解乙炔，以年工作日 300 天計，則可知日生產(chǎn)溶解乙炔 噸，可得出原 料消耗量為：電石 噸 /天，丙酮充裝量，充灌乙炔氣體量 ，年生產(chǎn)乙炔瓶 75900 瓶。乙炔氣干燥后，送入氯乙烯裝置。乙炔氣先通過換熱器和除霧器脫除大部分水，再進入分子篩干燥器進行吸附脫水。次氯酸鈉液自次氯酸鈉配制槽，先經(jīng)次氯酸鈉泵打入清凈 2 塔頂部，從清凈 2 塔底部流出，然后一部分自身循環(huán)，一部分經(jīng)清凈泵打入清凈 1 塔頂部，清凈 1 塔底部流出的次氯酸鈉液 自身循環(huán)，從第二 9 清凈塔頂部出來的乙炔氣進入中和塔，用氫氧化鈉液洗滌，中和掉從電石中帶入的二氧化碳和清凈時產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。氣柜設置高低位報警，根據(jù)氣柜的高低和發(fā)生器的壓力控制電磁振動下料器，調(diào)節(jié)進入發(fā)生器的電石量。為了安全生產(chǎn)，系統(tǒng)設有安全水封和逆水封。電石渣漿從發(fā)生器溢流管不斷排出，濃渣漿和矽鐵等雜質(zhì)從發(fā)生器底部間隙排出。在發(fā)生器中，電石與水發(fā)生反應，生成乙炔氣和電石渣。用氮氣對一斗、二 斗進行置換，然后在氮氣的保護下，電石從料斗進入加料斗。 乙炔的化工產(chǎn)出指標 不同的化工企業(yè)對自己產(chǎn)出的乙炔的含量要求不同，我所在公司要求產(chǎn)出的乙炔含量必須 ≥，清凈以后的乙炔含量要 ≥。乙炔分子量 氣體比重 （ kg/m3）， 火焰溫度 3150℃ ，熱值 12800（千卡 /m3），純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右，在氧氣中燃燒可達 3600 度。熔點（ ） ℃ ，沸點 84℃ ，相對密度 (82/4℃ )，折射率，折光率 （ 0℃ ），閃點（開杯） ℃ ，自燃點 305℃ 。由碳化鈣 (電石 )制備的乙炔因含磷化氫等雜質(zhì)而有惡臭。在 15℃ 和 時，乙炔在丙酮中的溶解度為 237g/L，溶液是穩(wěn)定的?；瘜W式 C2H2分子結構： C 原子以 sp 雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子。 7 乙炔 乙炔簡介 乙炔又稱 電石 氣。丙酮對金屬不腐蝕，可貯于鐵、鋁等容器中，丙酮毒性低，毒性近于乙醇，對中樞神經(jīng)有麻醉作用，吸入蒸汽會引起頭痛，在空氣中嗅覺界限為 。常溫下不會被硝酸氧化，用高錳酸鉀等強氧化劑氧化時生成二氧化碳、水、乙酸、甲酸等。工業(yè)品密度，熔點 2300℃ ，能導電，純度越高，導電越容易。遇水激烈分解產(chǎn)生乙炔氣和氫氧化鈣，并 6 放出大量的熱。 表 1 電石質(zhì)量標準 項目 指 標 優(yōu)等品 一等品 合格品 發(fā)氣量（ 20℃ ,g≧ ） 粒度 (mm) 80200 305 285 255 5080 305 285 255 580 300 280 250 550 300 280 250 乙炔中磷化氫， %（ V/V) 乙炔中硫化氫， %（ V/V) 注：本設計采用的電石規(guī)格為優(yōu)等品。工業(yè)用電石純度約為 70%80%，雜質(zhì) 雜質(zhì) CaO 約占 24％，碳、硅、鐵、磷化鈣和硫化鈣等約占 6％。 2. 原料及產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格 電石 電石化學名稱為碳化鈣，分子式為 CaC2，外觀為灰色、棕黃色、黑色或褐色塊狀固體，是有機合成化學工業(yè)的基本 原料，利用電石為原料可以合成一系列的有機化合物，為工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥提供原料。 2020 年以來，隨著政府刺激內(nèi)需政策效應的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，溶解乙炔下游行業(yè)進入新一輪景氣周期從而帶來溶解乙炔市場需求的膨脹，溶解乙炔行業(yè)的銷售回升明顯，供求關系得到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。 解放以后，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，溶解乙炔工業(yè)也有了一些發(fā)展，但由于對推廣使用溶解乙炔氣瓶的優(yōu)越性認識不足，在較長一段時間內(nèi)發(fā)展緩慢，直到 5 1979 年全國生產(chǎn)溶解乙炔的廠也僅有十一家，而且大多數(shù)又是大型企業(yè)的附屬站，規(guī)模都較小，產(chǎn)品主要供給本廠使用，裝置總?cè)萘績H有 300 米 179。 1932 年上海中國煉氣廠從德國引進了技術和設備。因此溶解乙炔的發(fā)展離不開乙炔瓶，所以溶解乙炔的發(fā)展史，也可以說是乙炔瓶的發(fā)展史。 為了將這種危險性大的氣體穩(wěn)定地貯存在鋼瓶中 ，直到 1896 年在法國發(fā)明了一種特殊的鋼瓶，在瓶中填滿一種多孔物質(zhì)，并在多孔物質(zhì)上浸潤丙酮作為溶劑，當乙炔被壓縮充入瓶中時，由于溶劑吸附在多孔物質(zhì)的毛細孔中，而高壓乙炔又被溶解在溶劑中，從而達到安全貯存、運輸和使用的目的。隨后人們又采取像液化氣體那樣把乙炔液化成液體貯存在容器中使用，但液化乙炔更具有爆炸性，稍一不慎就發(fā)生爆炸事故。 起初人們研究把氣態(tài)乙炔像其它氣體一樣，壓縮到鋼瓶中進行了一系列運輸和使用試驗，但是由于高壓的氣態(tài)乙炔，給予很小的能量（例如當乙炔壓縮到15 大氣壓時只需要 10179。小型的乙炔發(fā)生裝置安全性能差，易發(fā)生爆炸事故，使 用不方便。乙炔在被工業(yè)生產(chǎn)大量應用時，它的來源主要依靠使用電石的發(fā)生裝置來供給。隨著工業(yè)的發(fā)展，1903 年法國首先將乙炔用于金屬的焊接與切割。 乙炔是叁健的不飽和的烴類化合物，其化學性質(zhì)活潑，具有爆炸性。所以我選擇干法乙炔發(fā)生作為我這次的畢業(yè)設計的主要內(nèi)容。干法乙炔發(fā)生是對濕法乙炔發(fā)生的改進。而干法乙炔發(fā)生 和濕法乙炔發(fā)生是傳統(tǒng)的制備乙炔的方法，其安全性和穩(wěn)定性都有一定的保障，其中如果考慮環(huán)保的問題，乙炔干法發(fā)生會占很大的優(yōu)勢，其反應以后得電石粉末具有再利用價值。 3 A 天然氣部分氧化法 （ 1）我國的天然氣儲量比較大，便于開采； （ 2）天然氣相對于其它的能源來說比較經(jīng)濟； （ 3）天然氣部分氧化法在工藝上存在一定的危險性； （ 4）天然氣部分氧化法在設備的投資成本上不經(jīng)濟； B 煤等離子體法 （ 1）煤在我國的存儲量比較大； （ 2）煤在相對于石油和其它的新興能源上有一定的價格優(yōu)勢； （ 3）煤在化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染較為嚴重； （ 4）煤等離子體法是一種高技術的手段其可行性和穩(wěn)定性值得商榷； （ 5）煤等離子體法的設備投資成本不經(jīng)濟； C 干法和濕法制乙炔 （ 1）都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)乙炔的方法； （ 2）干法乙炔是用略多與理論的水以霧態(tài)噴在電石粉上使之水解； （ 3）干法乙炔發(fā)生和濕法乙炔發(fā)生的化學原理是相同的； （ 4）濕法乙炔發(fā)生是塊狀電石投入發(fā)生器中（發(fā)生器中有水）使之水解； （ 5）干法制乙炔產(chǎn)生的污染物比濕法制乙炔的少