換熱器課程設(shè)計3

1、<p><b>　　換熱器課程設(shè)計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………………4</p><p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)………………………………………………………………4</p><p>　　1.2 設(shè)計

2、項目……………………………………………………………4</p><p>　　1.3 設(shè)計圖……………………………………………………………4</p><p>　　2 設(shè)計說明書……………………………………………………………4</p><p>　　2.1換熱器的選型…………………………………………………………4</p><p>　　2.1.1 列管

3、式換熱器………………………………………………………4</p><p>　　2.1.2 固定管板式換熱器…………………………………………………5</p><p>　　2.1.3 浮頭式換熱器………………………………………………………5</p><p>　　2.1.4 U型管式換熱器……………………………………………………6</p><p>　　

4、2.1.5 填料函式換熱器……………………………………………………6</p><p>　　2.2換熱器內(nèi)冷熱流體通道的選擇…………………………………………6</p><p>　　2.3流體流速的選擇………………………………………………………7</p><p>　　2.4換熱管的選擇…………………………………………………………7</p><p>

5、;　　2.5流體進(jìn)出口溫度的初步確定……………………………………………8</p><p>　　3工藝計算……………………………………………………………9</p><p>　　3.1確定總傳熱量…………………………………………………………9</p><p>　　3.2確定冷卻劑的流量……………………………………………………10</p><p>

6、　　3.3有效平均溫差…………………………………………………………10</p><p>　　3.4管內(nèi)空氣側(cè)傳熱系數(shù)hi的計算…………………………………………10</p><p>　　3.5管外水側(cè)傳熱膜系數(shù)的計算……………………………………………11</p><p>　　3.6總的傳熱系數(shù)的計算…………………………………………………12</p>&l

7、t;p>　　3.7換熱器所需要的管子數(shù)n……………………………………………12</p><p>　　3.8設(shè)計計算的校核……………………………………………………12</p><p>　　4設(shè)備計算及選型………………………………………………………14</p><p>　　4.1管子在管板上的固定方式……………………………………………14</p>&

8、lt;p>　　4.2管程分布與管子排列…………………………………………………14</p><p>　　4.3分程隔板的連接………………………………………………………14</p><p>　　4.4管板與殼體的連接……………………………………………………14</p><p>　　4.5折流擋板……………………………………………………………14</p>

9、<p>　　4.6拉桿……………………………………………………………15</p><p><b>　　5 機(jī)械設(shè)計</b></p><p>　　5.1殼體壁厚…………………………………………………………15</p><p>　　5.2水壓校核……………………………………………………15</p><p>　　

10、5.3管板參數(shù)…………………………………………………………16</p><p>　　5.4折流板的計算…………………………………………16</p><p>　　5.5接管與管法蘭……………………………………………17</p><p>　　5.6封頭設(shè)計…………………………………………………18</p><p>　　5.7支座設(shè)計…………………

11、…………………………18</p><p>　　6設(shè)計計算結(jié)果匯總表…………………………………………………18</p><p>　　7設(shè)計總結(jié)……………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………20</p><p>　　符號說明…………………………………………………………

12、……… 21</p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b></p><p><b>　　1）空氣</b></p><p>　　處

13、理量 ：體積流量Vh=20000 m3/h 操作壓強(qiáng) ：1.3Mpa（絕對壓）</p><p>　　空氣進(jìn)口溫度 ：270 ℃ 出口溫度 ：50 ℃</p><p>　　2）冷卻劑 ：常溫下的水</p><p>　　水進(jìn)口溫度： 25 ℃ 出口溫度：

14、 75 ℃ </p><p><b>　　1.2設(shè)計項目</b></p><p>　　1)確定設(shè)計方案，確定冷卻器型式，流體流向和流速選擇，冷卻器的安裝方式等。</p><p>　　2)工藝設(shè)計：冷卻器的工藝計算和強(qiáng)度計算，確定冷卻劑用量，傳熱系數(shù)，傳熱面積，換熱管長，管數(shù)，管間距，校對壓降等。3)結(jié)構(gòu)設(shè)計：管子在管板上的固定方式，

15、管程分布和管子排列，分程隔板的連接，管板和殼體的連接，折流擋板等。4)機(jī)械設(shè)計：確定殼體，管板壁的厚度尺寸，選擇冷卻器的封頭、法蘭、接管法蘭、支座等。5)附屬設(shè)備選型。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計圖</b></p><p><b>　　1）主體設(shè)備圖</b></p><p><b>　　2）

16、平面布置圖</b></p><p><b>　　3）工藝流程圖</b></p><p><b>　　2 設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　2.1換熱器的選型</b></p><p>　　本設(shè)計任務(wù)是利用冷流體（水）給熱空氣降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱

17、原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。 </p><p>　　選擇換熱器時，要遵循經(jīng)濟(jì)，傳熱效果優(yōu)，方便清洗，復(fù)合實際需要等原則。不同的換熱器適用于不同的場合。換熱器的選擇涉及的因素很多，如換熱流體的腐蝕性及其他特性，操作溫度與壓力，換熱器的熱負(fù)荷，管程與殼程的溫差，檢修與清洗要求等。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更

18、為普遍。所以首選間壁式換熱器中的列管式換熱器作為設(shè)計基礎(chǔ)。</p><p>　　2.1.1 列管式換熱器</p><p>　　在化工企業(yè)中列管式換熱器的類型很多，如板式，套管式，蝸殼式，列管式。其中列管式換熱器雖在熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但它卻具有結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣等特點(diǎn)，因此成為石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式

19、。列管式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器和U型管式換熱器，而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低，因此應(yīng)用最普遍。</p><p>　　2.1.2 固定管板式換熱器</p><p>　　這類換熱器操作簡單、便宜。最大的缺點(diǎn)是管外側(cè)清洗困難，因而多用于殼側(cè)流體清潔，不易結(jié)垢或污垢容易化學(xué)處理的場合。當(dāng)殼壁與殼壁溫度相差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差

20、應(yīng)力，以致管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞整個換熱器，因此，一般管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置，圖為具有溫差補(bǔ)償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定管板式換熱器。一般這種裝置只能用在殼壁與管壁溫差低于60~70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。殼程壓強(qiáng)超過6×105Pa時，由于補(bǔ)償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償作用，就應(yīng)考慮采用其他結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1.3 浮頭式換熱器</

21、p><p>　　用法蘭把管束一側(cè)的管板固定到殼體的一端，另一側(cè)的管板不與外殼連接，以便管子受熱或冷卻時可以自由伸縮。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)前兩側(cè)傳熱介質(zhì)溫差較大時，不會因膨脹產(chǎn)生溫差壓力，且管束可以自由拉出，便于清洗。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。</p><p>　　2.1.4 U型管式換熱器</p><p>　　此類換熱器只有一個管板，管程至少為兩程。由于管束可以取出，管外側(cè)

22、清洗方便，另外，管子可以自由膨脹。缺點(diǎn)是U型管的更換及管內(nèi)清洗困難。</p><p>　　考慮到換熱器管壁與殼壁溫差不超過50 ℃，而且應(yīng)用廣泛，操作簡單、方便。用水冷卻氨氣不易結(jié)垢，所以選擇帶有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。</p><p>　　2.1.5 填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一

23、端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。</p><p>　　2.2 換熱器內(nèi)冷熱流體通道的選擇</p><p>　　冷、熱

24、流體流動通道的選擇的一般原則：</p><p>　　1）不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。</p><p>　　2）腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕。</p><p>　　3）壓力高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力。</p><p>　　4）飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流速 無關(guān)，而

25、且冷凝液容易排出。</p><p>　　5）流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。</p><p>　　6）若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體通入殼程，以減小熱應(yīng)力。</p><p>　　7）需要被冷

26、卻物料一般選殼程，便于散熱。 </p><p>　　綜上所述本冷卻器的管程走壓縮后的熱空氣，殼程走冷卻水。熱空氣和冷卻水逆向流動換熱。</p><p>　?。?）因為熱空氣的操作壓力達(dá)到1.3Mpa，而冷卻水的操作壓力取0.2Mpa，如果熱空氣走管內(nèi)可以避免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量；</p><p>　?。?）對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對流

27、傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力，防止把管子壓彎或把管子從管板處拉脫。</p><p>　?。?）熱空氣走管內(nèi)，可以提高熱空氣流速增大其對流傳熱系數(shù)，因為管內(nèi)截面積通常比管間小，而且管束易于采用多管程以增大流速。</p><p>　　2.3流體流速的選擇</p><p>　　流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表

28、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數(shù)的大小，特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導(dǎo)致管路堵塞，嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。因此選擇適宜的流速是十分重要的。根據(jù)經(jīng)驗，表1及表2列出一些工業(yè)上常用的流速范圍，以供參考。</p><p>　　表3—1列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍 表3—2不同粘度液體流速</p><p>　　查閱《

29、化工原理（上）》[1]P201表4－9 可得到，熱空氣的流速范圍為5～30 m·s-1；冷卻水的流速范圍為0.2～1.5 m·s-1。初步選擇：熱空氣的流速為10.0 m·s-1， 冷卻水的流速為0.5 m·s-1。</p><p><b>　　2.4換熱管的選擇</b></p><p>　　選用較小直徑的管子，可以提高流體的對

30、流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中的傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體。大管徑的管子用于粘性較大或易結(jié)垢的流體。</p><p>　　我國列管式換熱器常采用無縫鋼管，規(guī)格為外徑×壁厚，常用的換熱管的規(guī)格：φ19×2，φ25×2.5，φ38×3。</p><p>　　在此項目設(shè)計中選擇換

31、熱管的規(guī)格為φ25×2.5碳鋼管</p><p>　　2.5流體進(jìn)出口溫度的初步確定</p><p><b>　　管內(nèi)流體（空氣）：</b></p><p>　　體積流量：Vh=20000m3/h=5.56m3/s（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）</p><p>　　進(jìn)口溫度：t1=270℃ 出口溫度：t2=50℃</

32、p><p>　　操作壓力：Ph=1.3Mpa 設(shè)計壓力：Pdh=1.4Mpa</p><p>　　管外流體（冷卻水）：</p><p>　　進(jìn)口溫度：T1=25℃ 出口溫度：T2=75℃</p><p>　　操作壓力：Pc=0.2Mpa 設(shè)計壓力：Pdc=0.3Mpa</p><p><b>　　空氣物

33、性：</b></p><p>　　（1）空氣的定性溫度 ： ℃</p><p>　?。?）空氣的設(shè)計壓力：Pdh=1.4Mpa</p><p>　　查閱《化工原理（上）》[1]的附錄三（P268）：干空氣的物理性質(zhì)（101.33Kpa）和附 錄七，運(yùn)用內(nèi)插法：</p><p>　?。?）導(dǎo)熱系數(shù)：λh=0.03637 W·

34、;m-1·℃-1</p><p>　?。?）粘度：μh=2.45x10-5Pa·s</p><p>　?。?）定壓比熱容：Cp，h=1017J/（㎏·K）</p><p>　?。?）密度校正ρh=1.293＝1.293×(1.4MPa/0.101MPa)×273/(273+160)＝11.30 kg·m-3

35、 </p><p><b>　　冷卻水的物性:</b></p><p>　?。?）冷卻水的定性溫度 ： ℃</p><p>　　（2）冷卻水的設(shè)計壓力：Pdc=0.3Mpa</p><p>　　查閱《化工原理（上）》[1]的附錄二（P261）水的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法： </p><p&

36、gt;　?。?）導(dǎo)熱系數(shù)：λc=0.6473W/m.k</p><p>　?。?）粘度：μ=5.49x10-4Pa?s</p><p>　?。?）定壓比熱容：Cp，h=4174J/㎏?K</p><p>　　（6）密度校正：ρc=988.1 kg/m3</p><p>　　空氣與冷卻水的物理性質(zhì)表：</p><p>&

37、lt;b>　　3工藝計算</b></p><p><b>　　3.1確定總傳熱量</b></p><p>　　熱負(fù)荷分為兩種，即工藝熱負(fù)荷和設(shè)備熱負(fù)荷，工藝熱負(fù)荷是指工藝上要求的在單位時間內(nèi)需要對物料加入或取出的熱量，用QL表示，單位為W。設(shè)備熱負(fù)荷是熱交換器所具備的換熱能力，所以設(shè)備熱負(fù)荷也就是熱交換器的傳熱速率Q。當(dāng)熱損失不可忽略時，為滿足工藝要

38、求，Q應(yīng)大于QL。 由熱量衡算得到的是工藝熱負(fù)荷QL。如果流體不發(fā)生相變化，比熱取平均溫度下的比熱，則有： </p><p>　　式中 ：W---流體的質(zhì)量流量，kg/h； ----流體的平均定壓比熱，kJ/(kg?℃); T----熱流體溫度，℃； t----冷流體溫度，℃； （下標(biāo)h和c分別表示熱流體和冷流體

39、，下標(biāo)1和2表示熱交換器的進(jìn)口和出口）式3-29是熱交換器的熱量衡算式，也稱為熱平衡方程。若流體在換熱過程中有相變，例如飽和蒸汽冷凝成同溫度冷凝液時，則有： 式中 ----飽和蒸汽的冷凝速率，kg/h； r----飽和蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kg； 為滿足工藝要求，應(yīng)該使熱交換器的傳熱速率等于或略大于工藝熱負(fù)荷，即：Q≥QL

40、 </p><p>　　Ql=WcCpc(t2-t1)=VcρCp，c（t2-t1） 【來自[1]P214】</p><p>　　空氣體積流量：Vc=5.56m3/s</p><p>　　單位時間的總傳熱量：</p><p>　　Q=VhρCp，h（t1-t2）=5.56x11.30x1017x（270-50）=1.41

41、x10-7 J</p><p>　　3.2確定冷卻劑的流量</p><p>　　根據(jù)上面的公式Q=VcρCp，c（T2-T1）得到</p><p>　　VC=1.41x10-7 /[988.1x4174x(75-25)]=0.068 m3/s</p><p><b>　　3.3有效平均溫差</b></p>

42、<p>　　= 【來自[1]P182（4-124）】</p><p>　　（2）溫度校正系數(shù)：</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù),查閱《傳熱過程與設(shè)備》[2]得</p><p>　　【來自[2]P61( 3-9)】</p><p>　　溫度校正系數(shù)為查《傳熱過程與設(shè)備》[2]P61圖3-10得</p>

43、<p><b>　　FTx=0.82</b></p><p>　　于是得傳熱溫差校正值為：Δt=FTxΔtm=0.82x82.77=67.87 ℃</p><p>　　又因為FT>0.8；所以應(yīng)該采用單殼程N(yùn)s=1。</p><p>　　3.4管內(nèi)空氣側(cè)傳熱系數(shù)hi的計算 </p><p>　?。?）選

44、用φ25×2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；</p><p>　?。?）空氣流速：uh＝10m/s</p><p>　　（3）空氣總的流通截面積：S=Vh/uh=5.56/10=0.556m2</p><p>　?。?）雷諾數(shù)Re的計算</p><p>　　==92244.89</p><p>　　可得，流體流動

45、形態(tài)為湍流</p><p>　?。?）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr、對流傳熱系數(shù)hi</p><p><b>　　==0.685</b></p><p>　　A1=0.023λ/dRe0.8x=0.023xxx0.03637/0.02=350.01W/(m2·℃)</p><p>　　3.5管外水側(cè)傳熱膜系數(shù)的計算</

46、p><p>　?。?）由[1]P226得，管間距：s=32mm</p><p>　?。?）換熱管長：取管長L=6m</p><p>　?。?）依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p>　　n=Vh/（uhπr2）=5.56/（10x3.14x0.012）=1770.7≈1771 (根)</p><p><

47、b>　?。?）計算外殼直徑</b></p><p>　　由[1]P203,4-129得</p><p>　　Di=s（Ne-1）+2b</p><p>　　管子按正三角形排列時，橫過中心管束中心線的管數(shù)：</p><p>　　Ne=1.1 =65.47≈66根</p><p>　　b=（1~1.5）d

48、o 取b=1.5do=37.5mm</p><p>　　即：Di=s（Ne-1）+2b=32x（66-1）+2x37.5=2155mm</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》[4]P126，表9-3，采用16MnR鋼板(GB3274)，其中鋼密度＝7850kg·m3</p><p>　　由Pc＝1.2P=1.68MPa， Di＝2155mm，再查閱

49、[4]P124，表9-6,對殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無損探傷時，焊接接頭系數(shù)＝0.7。</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P124，表9-4, 碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：[]t=170MPa ，σs＝345MPa</p><p>　?。剑?.68x2.155)/（2x170x0.7-1.68）≈15.32(mm)</p><p>　　查閱《化

50、工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P127，表9-10,鋼板厚度負(fù)偏差，取C1＝0.8mm， C2＝1mm。圓整后： δn=15.32+0.8+1＋△≈20(mm) </p><p>　　采用公稱直徑為D=φ2200x22.5mm</p><p>　　(5)當(dāng)管子為正三角形排列時：</p><p>　　de＝＝＝0.0202 m 【來自[1]P106】</p>

51、<p>　　兩折流擋板距離：H=（0.2~1.0）D=100~500 取H=0.3m</p><p>　　板數(shù)NB=L/H-1=6/0.3 -1=19</p><p>　?。?）水在兩折流擋板間的最大截面積：</p><p>　　A=HDi（1-do/s）=0.3x2.2x（1-0.025/0.032）=0.14m2</p><p&g

52、t;　　（7）殼程冷卻水的流速：</p><p>　　uc=Vc/A=0.068/0.14=0.49m/s</p><p><b>　?。?）雷諾數(shù)：</b></p><p>　　Re==988.1x0.49x0.0202/0.000549=17638.21</p><p>　　2000<Re<100000，

53、在應(yīng)用范圍內(nèi)，可選用。</p><p>　?。?）普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr和對流傳熱系數(shù)h0:：</p><p>　　Pr==4174x0.000549/0.6473=3.54 【來自[1]P153 表4-1】</p><p>　　A2= 0.023λ/dRe0.8x=0.023xxx0.6473/0.02=3080.12W/(m2·℃)【來自[1]P1

54、56】</p><p>　　3.6總的傳熱系數(shù)的計算</p><p>　　由《化工原理（上）》P210查表6-6得</p><p>　　冷卻水側(cè)的熱阻Rso＝0.000172m2·℃·W-1</p><p>　　熱空氣側(cè)的熱阻Rsi＝0.000344m2·℃·W-1</p><p&g

55、t;　　鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝45W·m-1·℃-1</p><p>　　可得： 【來自 [1]P211（6-118）】</p><p>　　推出Ki =302.98W/(m2·℃)</p><p>　　由Si=Qi/（KiΔtm）=14100000/（302.98x82.77)=562.25m2</p><p

56、>　　Si’=1.15Si=646.59m2</p><p>　　3.7換熱器所需要的管子數(shù)n</p><p>　　n=Si/（3.14xLxdi）=646.59/(3.14x0.02x6)=1716根</p><p>　　加上4條拉桿，管板1720個孔</p><p>　　3.8設(shè)計計算的校核</p><p>

57、<b>　?。?）熱空氣流速:</b></p><p>　　Uh=Vh/（3.14nr2）=5.56/(1976x3.14x0.012)=10.32m/s，</p><p>　　熱空氣驗證速度稍大于假設(shè)的速度10m/s，符合設(shè)計要求</p><p>　　管程數(shù)Np=2較適宜</p><p><b>　?。?）管

58、程壓降</b></p><p>　　管內(nèi)流體： (11.3x0.02x10.32)/2.45x10-5=9.52x104>105</p><p>　　由顧毓珍光滑管公式：λi=0.0056+=0.02 【來自[1]P46（1-105）】</p><p><b>　　直管部分的壓降：</b></p>

59、<p>　　△p1==0.02x(6/0.02)x(10.322/2)x11.30 = 3610.43Pa</p><p><b>　　彎管回路中的壓降：</b></p><p>　　△p2＝=3x10.322/2x11.30＝902.16 Pa 【來自[1]P204（4-133）】</p><p>　　總壓降：∑△pi＝（△p

60、1+△p2）Ft Ns Np＝（3610.43+902.16）×1.5×1×2</p><p>　　＝12636.51Pa< 1.3MPa（符合設(shè)計要求）</p><p>　　其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；</p><p>　　Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；Np為管程數(shù)，取2。</p><p><b

61、>　?。?）殼程壓降</b></p><p>　　△’p1=Ffonc(NB+1) 【來自[1]P204（4-135）】</p><p><b>　　其中：F=0.5</b></p><p>　　fo=5.0×（17638.21）-0.228=0.54</p>&

62、lt;p><b>　　nc=66</b></p><p><b>　　NB=19</b></p><p>　　uo=0.49m/s</p><p>　　△’p1=0.5×0.54×66×(19+1)×(988.1×0.492)/2 ＝42276.67Pa</p&

63、gt;<p>　　△’p2＝NB（3.5－） 【來自[1]P205(4-136)】</p><p>　?。?9×（3.5－2x0.3/2.155）×(988.1×0.492)/2＝7260.81Pa</p><p>　　總壓降：∑△po＝（△’p1＋△’p2）Fs Ns</p><p&

64、gt;　?。剑?2276.67+7260.81）×1.15×1</p><p>　　＝56968.10Pa < 1.3MPa（符合設(shè)計要求）</p><p>　　其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對于液體取1.15；</p><p>　　Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。</p><p><b>　　4設(shè)備計算及選

65、型</b></p><p>　　4.1管子在管板上的固定方式</p><p>　　采用焊接法在管板上固定管子，其優(yōu)點(diǎn)是：焊接連接能保持連接的緊密性；管板孔加工要求低，可節(jié)省孔的加工工時；焊接工藝比脹接工藝簡單；在壓力不太高可使用較薄的管板。由《換熱器設(shè)計手冊》[5]P172，表1-6-20，管子伸出長度約為3+2=5mm，管子與管孔間保留2mm的距離，防止管子受熱膨脹，使管板受

66、壓變形。</p><p>　　4.2管程分布與管子排列</p><p>　　管束分程時主要依據(jù)：要盡量采用偶數(shù)管程（單管程除外）；各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過28℃；各種程間的密封長度應(yīng)最短；分程隔板的形式應(yīng)簡單。</p><p>　　本設(shè)計中選用雙管程。</p><p>　　管子的排列方式選正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)如下

67、：三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板子上管子比正方形多排10%左右，同一體積傳熱面積更大。</p><p>　　管間距：s=32mm</p><p><b>　　總管數(shù)：1716根</b></p><p><b>　　拉桿數(shù)：m=4根</b></p><p><b>　　開孔數(shù)：1720個

68、</b></p><p>　　4.3分程隔板的連接</p><p>　　查閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》【3】P127，表4-1，可知</p><p>　　當(dāng)設(shè)計換熱器的公稱直徑Di=2200mm時，隔板最小厚度bmin=8mm，取b=10mm。</p><p>　　4.4管板與殼體的連接</p><p>

69、;　　管板兼做法蘭，固定板與殼體采用不可拆焊接式，管板與封頭采用法蘭連接。</p><p><b>　　4.5折流擋板</b></p><p>　　本次設(shè)計的冷卻器采用弓形折流板。取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，</p><p>　　即h=0.25x2200=550mm，H=300mm，NB=6000/300-1=19塊</p&g

70、t;<p><b>　　4.6拉桿</b></p><p>　　本換熱器殼體內(nèi)徑為500mm，查閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P135，表4-7，表4-8，得：</p><p>　　拉桿直徑：d=16mm； 拉桿螺紋公稱直徑：dn=16mm；</p><p>　　前螺紋長：La=20mm；后螺紋長Lb=60mm；</p&g

71、t;<p><b>　　拉桿數(shù)：4</b></p><p><b>　　5 機(jī)械設(shè)計</b></p><p>　　5.1殼體壁厚 </p><p>　　查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》[4]P126，表9-3，采用16MnR鋼板(GB3274)，其中鋼密度＝7850kg·m3</p

72、><p>　　由Pc＝1.2P=1.56MPa， Di＝500mm，再查閱[4]P124，表9-6,對殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無損探傷時，焊接接頭系數(shù)＝0.7。</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P124，表9-4, 碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：[]t=170MPa ，σs＝345MPa</p><p>　?。剑?.56x0.5/（2x170x0.

73、7）-1.56）≈3.3(mm)</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P127，表9-10,鋼板厚度負(fù)偏差，取C1＝0.8mm， C2＝1mm。圓整后： δn=3.3+0.8+1＋△≈10(mm) </p><p><b>　　5.2水壓校核</b></p><p>　　由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P130，公式（9-8），（9-10），得

74、：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=79.92MPa</b></p><p>　　而0.9φσs=0.9×0.85×345=263.93MPa</p><p>　　因為<0.9φσs，所以水壓試驗時強(qiáng)度足夠。</p>&l

75、t;p><b>　　5.3管板參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，以及殼程壓力小于管程壓力，查閱《換熱器設(shè)計手冊》P154，表1-6-11（A） 管板尺寸表具體參數(shù)列于下表：</p><p><b>　　注：管板體積</b></p><p><b>　　=0.0125m3</b>

76、</p><p>　　單塊管板質(zhì)量：m=0.0125×7850＝98.125kg</p><p><b>　　5.4折流板的計算</b></p><p>　　查閱《熱換器設(shè)計手冊》P181-182，表1-6-26和表1-6-33得：</p><p>　　折流板直徑：Da=500-4.5-0.5（允許偏差0.5）

77、=495mm</p><p>　　折流板切去面積的弓形高度：ha=0.25x500=125</p><p>　　折流板厚度：查表可知其最小值為5mm，故取δ=8mm</p><p>　　圓缺部分面積：=C×=0.15615×0.4952＝0.03826 【來自[5]P184】</p><p>　　其中C由ha/Da=0.2

78、53查表1-6-35得C=0.15615。</p><p><b>　　折流板體積：</b></p><p><b>　　xδ</b></p><p>　　=0.000633m3</p><p>　　折流板質(zhì)量：9x0.000633x7850=44.72Kg</p><p>

79、　　由國家標(biāo)準(zhǔn)【GB151-1999】，表17，管孔直徑d1=25+0.4=25.4mm；</p><p>　　由國家標(biāo)準(zhǔn)【GB151-1999】，5.6.5.1（15），拉桿孔直徑d2=16+1=17mm；</p><p>　　n1：管孔數(shù)量,132；</p><p>　　n2：拉桿孔數(shù)量，4。</p><p><b>　　5.5

80、接管與管法蘭</b></p><p>　　根據(jù)[1]P204 接管公式，同時也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng)管、殼程流速的1.2~1.4倍，得</p><p>　　（1）殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)的水流速ui=1.8m/s，則</p><p>　　=（4x0.0138/3.14/1.8）1/2=98.8mm</p><p>　　取

81、標(biāo)準(zhǔn)管徑為125mm，查《材料與零部件（上）》[6]P123無縫鋼管（YB231-70）表1-1-86，</p><p>　　外徑=108mm，管厚=4mm；P655表2-8-1，伸出高度=150mm</p><p>　　進(jìn)水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱《材料與零部件（上）》P384，表2-2-23，取</p><p>　　法蘭直徑＝205 mm</p

82、><p><b>　　厚度b=18mm</b></p><p>　　螺栓孔間距D1＝170mm</p><p><b>　　孔直徑＝18mm</b></p><p>　　法蘭重量：凹法蘭＝6.04kg</p><p>　　凸法蘭=6.9kg，</p><p&g

83、t;<b>　　螺栓規(guī)格：M16</b></p><p><b>　　螺栓數(shù)量：4。</b></p><p>　?。?）管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)空氣的流速為 uo= 15 m/s，則</p><p>　　=（4x0.2/3.14/15）=130.33mm</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為125m

84、m，查《材料與零部件》P123無縫鋼管（YB231-70）表1-1-86，</p><p>　　外徑=159mm，管厚=4.5mm；P655表2-8-1，伸出高度=150mm</p><p>　　進(jìn)氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭，查閱《材料與零部件(上)》P384，表2-2-23，取</p><p>　　法蘭直徑＝280 mm</p><p&g

85、t;<b>　　厚度b=28mm</b></p><p>　　螺栓孔間距D1＝240mm</p><p><b>　　孔直徑＝23mm</b></p><p>　　法蘭重量：凹法蘭＝7.34kg</p><p>　　凸法蘭=8.5kg，</p><p><b>　　

86、螺栓規(guī)格：M16</b></p><p><b>　　螺栓數(shù)量為8。</b></p><p><b>　　5.6封頭設(shè)計</b></p><p><b>　?。?）封頭</b></p><p>　　本換熱器采用橢圓型封頭（JB1154-73）兩個，材料使用高合金鋼，

87、以內(nèi)徑為公稱直徑，D=500mm。查閱《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P307，總附表3，得：</p><p>　　曲面高度h1=125</p><p><b>　　直邊高度h2=25</b></p><p>　　內(nèi)表面積A=0.309m2</p><p><b>　?。?）管箱</b></p>

88、<p>　　管箱長度L=360，</p><p><b>　　管箱外徑=500</b></p><p><b>　　壁厚=10mm</b></p><p>　　管箱質(zhì)量：m=3.14x0.5x0.3x0.008x7850=29.58Kg</p><p>　　管的總長=3682mm<

89、;/p><p><b>　　（3）法蘭</b></p><p>　　查閱《材料與零部件（上）》P386，表2-2-22，采用凹法蘭，在公稱壓力為1.0-1.6Mpa范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)D=640mm，公稱直徑=500，孔間距D1=600。孔直徑d2=23mm，厚度b=42mm，所用螺栓規(guī)格M20，螺栓數(shù)目24。</p><p>　　一個法蘭焊接在

90、管箱，再與前管板連接；另一個法蘭焊接在封頭，與后管板連接。</p><p><b>　　5.7支座設(shè)計</b></p><p>　　查閱《材料與零部件（上）》P627-628，表2-7-1鞍式支座尺寸，得</p><p>　　當(dāng)公稱直徑=500mm時，L=460，B=120，b=90，m=200，質(zhì)量=14.84Kg</p>&l

91、t;p>　　換熱器總長=3682mm</p><p><b>　　6 計算結(jié)果匯總表</b></p><p>　　換熱器的工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表：</p><p><b>　　7 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　當(dāng)初此當(dāng)初次接觸化工原理課程設(shè)計，還荒謬地以為是像

92、其他課程一樣是實驗類的，聽課的時候也一頭霧水，根本不知道該做什么，該怎么做，無從下手，只是覺得好難。 尤其是做過化工設(shè)計之后，覺得換熱器設(shè)計挺簡單的，可實際上當(dāng)我真的開始做設(shè)計的時候，才發(fā)現(xiàn)自己的知識有多么的不充實。</p><p>　　所以自己設(shè)計的時候只能是根據(jù)老師提供的模板，用新的數(shù)據(jù)代替舊的數(shù)據(jù)，其他的公式完全照抄，花了好久的時間，終于把計算部分完成了。再細(xì)看模板和自己的設(shè)計的時候，發(fā)現(xiàn)了很多問題，我的設(shè)

93、計根本是行不同，果真用這設(shè)計的話，也是謀財害命。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中，遇見了很多的困難，不知道怎樣開始，不知道怎樣根據(jù)老師的模板設(shè)計，尤其是做到了工藝計算中的物料衡算和熱量衡算的時候完全不知道怎么樣開始，只有自己開始琢磨，想了好久好久查閱了化工原理等資料，才知道怎樣設(shè)計。</p><p>　　因此，有花了好多的時間在計算上。</p><p>　　那

94、么接下來就是畫圖了，由于學(xué)過機(jī)械制圖還有AUTO CAD，以為畫圖比較簡單，一天左右可以完成，誰知道，畫圖更難，這主要是因為在設(shè)計的時候，沒有兼顧考慮到畫圖，因此設(shè)計出來的管數(shù)很難安排，冥思苦想了好久，換了好多方案，查了好多資料，換了多種排列方法，還是行不通。</p><p>　　最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。其實， 在整個的設(shè)計過程中，自己還是學(xué)習(xí)到了很多的知識，比如對知識的掌握，對軟

95、件的運(yùn)用，對公式文檔的編排與設(shè)計，都有了很大的進(jìn)步。相信通過了這次的化工原理設(shè)計，自己在以后的學(xué)習(xí)生活中將會有很大的益處。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】鐘理，伍欽，馬四朋.《化工原理（上）》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.8.</p><p>　　【2】鄒畢生，鐘理，伍欽等《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》

96、.華南理工大學(xué)出版社.2007.6</p><p>　　【3】匡國柱. 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【4】趙軍. 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社. 2000.</p><p>　　【5】錢頌文. 《換熱器設(shè)計手冊》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8</p><p>　　

97、【6】《材料與零部件（上）》. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 1982.7.</p><p>　　【7】 賈紹義 柴誠敬 主編《化工原理課程設(shè)計》，天津大學(xué)出版社，第1版，2002年8月，35頁至59頁 </p><p>　　【8】 陳南英 劉玉蘭 主編《常用化工單元設(shè)備的設(shè)計》，華東理工大學(xué)出版社，第1版，2005年4月，41~42頁：2.3.4折流板和支撐板</p><p

98、>　　【9】 蔣維鈞 余立新 主編《化工原理—流體流動與傳熱》，北京，清華大學(xué)出版社，第1版，2005年10月</p><p>　　【10】 錢頌文 主編《換熱器設(shè)計手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，第1版，2002年8月，34頁</p><p><b>　　符號說明</b></p><p><b>　　英文字母</b>

99、</p><p>　　：傳熱面積，㎡ </p><p>　　A’：計算所需傳熱面積，㎡ </p><p>　　: 管心距，mm </p><p>　　B ：折流板間距，mm</p><p><b>　　b ：管壁厚

100、度，m</b></p><p>　　Cp : 比熱容，J/kg℃</p><p><b>　　:換熱器殼內(nèi)徑，</b></p><p><b>　　:殼程當(dāng)量直徑，m</b></p><p><b>　　:導(dǎo)熱管外徑，</b></p><p>

101、;<b>　　:導(dǎo)熱管內(nèi)徑，</b></p><p>　　F ：管子排列方法對壓力降的修正字?jǐn)?shù)，0.5</p><p>　　Fs ：殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，1.15</p><p>　　：結(jié)構(gòu)校正因素（對25 2.5mm的管子，1.4）</p><p>　　fo ：殼程流體摩擦因數(shù)，fo = </p>&

102、lt;p>　　h ：折流板圓缺高度，mm</p><p>　　：總傳熱系數(shù)，W/㎡℃</p><p><b>　　:管子長度，m</b></p><p>　　NB ：折流板數(shù) </p><p><b>　　：管程數(shù)</b></p><p><b>　　:串聯(lián)

103、的殼程數(shù)</b></p><p><b>　　：總管數(shù)</b></p><p>　　nc ：管束中心線上的管數(shù)</p><p>　　P，R ：校正系數(shù)Δt的輔助量 </p><p><b>　　Pr ：普朗特常量</b></p><p><b>　　:

104、 殼程壓力降，</b></p><p>　　: 流體橫過管束的壓力降，</p><p>　　:流體通過折流板缺口的壓力降，</p><p><b>　?。汗艹虊毫?，</b></p><p>　　: 流體流過直管由摩擦引起的壓力</p><p>　?。毫黧w流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降，<

105、;/p><p>　?。毫黧w經(jīng)回彎管由摩擦引起的壓降，</p><p><b>　　Q：熱負(fù)荷，J</b></p><p>　　qm : 質(zhì)量流量，kg/h </p><p>　　qv ：體積流量，m³/s</p><p><b>　　:雷諾數(shù) </b></

106、p><p>　　：污垢熱阻，㎡℃/ W</p><p>　　T ：熱流體溫度，℃ </p><p><b>　　: 殼程溫度，℃</b></p><p>　　t ：冷流體溫度，℃ </p><p>　　tw：換熱管壁溫，℃</p><p>　　:傳熱平均溫度差，℃&

107、lt;/p><p>　　:校正平均溫度差，℃</p><p>　　u ：流體的流速，m/s </p><p>　　uo ：按殼程流通截面積Ao計算的流速，m/s</p><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　o：管外傳熱膜系數(shù)，W/㎡℃</p>

108、;<p>　　：管內(nèi)傳熱膜系數(shù)，W/㎡℃</p><p><b>　　Δt:校正系數(shù)</b></p><p><b>　?。汗馨謇寐?lt;/b></p><p>　　: 導(dǎo)熱率，W/m℃ </p><p>　?。耗Σ烈驍?shù)，=64/Re</p>