處理量4500kgh二硫化碳精餾系統(tǒng)—冷凝器設(shè)計(jì)含10張CAD圖,處理,kgh,二硫化碳,精餾,系統(tǒng),冷凝器,設(shè)計(jì),10,cad I 處理量 4500kg/h 二硫化碳精餾系統(tǒng)——冷凝器設(shè)計(jì) 摘要 某企業(yè)要進(jìn)行工藝改造，需要增加精餾操作單元設(shè)備。本次設(shè)計(jì)主要是為了完成其中精餾操 作系統(tǒng)的塔頂冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到應(yīng)用的要求。是它達(dá)到二硫化碳蒸汽與循環(huán)水之間 的熱量交換從而使二硫化碳蒸汽有效地實(shí)現(xiàn)冷凝效果。在設(shè)計(jì)冷凝器之前考慮冷凝器的造價(jià) 和它的工藝，在本次設(shè)計(jì)之中我選擇的換熱器形式是臥式冷凝器，將其設(shè)計(jì)為管殼式換熱器， 管殼式換熱器是由接管、封頭、管箱筒體、分程隔板、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭、墊片、固定管板并且 管板外延兼做法蘭、筒體、換熱管、拉桿、定距管、折流板等組成并且本次設(shè)計(jì)采用四管程 所以折流板左右布置，與上下布置有所不同。其中，固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、不 宜結(jié)垢、安裝方便。則其缺點(diǎn)為殼程檢查困難當(dāng)殼程和換熱管之間沒(méi)有溫度差補(bǔ)償與器件的 時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生很大的溫度差應(yīng)力，也就是說(shuō)溫度差較多的時(shí)候要設(shè)置膨脹節(jié)或者波紋管等這 些元件來(lái)減小溫差應(yīng)力所帶來(lái)的影響。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是關(guān)于熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校 核，首先是根據(jù)已經(jīng)定下來(lái)的熱交換熱器的型式對(duì)換熱器內(nèi)的各個(gè)元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)然也 包括選擇材料、各個(gè)部件的定位、具體的尺寸、筒體的厚度、法蘭選型、管板厚度的確定以 及通過(guò)計(jì)算是否需要時(shí)間膨脹節(jié)和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。 關(guān)鍵詞：固定管板式換熱器、冷凝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核 II Capacity 4500kg/h carbon disulfide distillation system - condenser design Abstract In order to carry out technological transformation, an enterprise needs to increase the distillation operation unit equipment. This design is mainly to complete the structural design of the top condenser of the rectification operating system to meet the application requirements. It is that it reaches the heat exchange between the carbon disulfide vapor and the circulating water so that the carbon disulfide vapor effectively achieves the condensation effect. Before designing the condenser, consider the cost of the condenser and its process. In this design, the type of heat exchanger I chose was a horizontal condenser, which was designed as a shell-and-tube heat exchanger and shell-and- tube heat exchanger. The device is to take over, seal head, tube box cylinder, split spacer, long neck butt welding flange, gasket, fixed tube plate and tube plate epitaxy and practice blue, cylinder body, heat exchange tube, tie rod, distance Tubes, baffles, etc. and this design uses a four-tube process, so the baffle is arranged left and right, different from the upper and lower arrangements. Among them, the advantages of the fixed tube plate heat exchanger are compact, not suitable for scaling, and easy to install. The disadvantage is that it is difficult to check the shell side when there is no temperature difference between the shell and the heat exchange tube and the device will produce a large temperature difference stress, that is to say when the temperature difference is more to set the expansion joint or ripple Tubes and other components to reduce the impact of temperature differential stress. The content of this design is about structural design and strength check of the heat exchanger. Firstly, the various components in the heat exchanger are designed according to the type of the heat exchange heat exchanger that has been determined. Of course, the selection materials and the various materials are also included. The positioning of the components, the specific dimensions, the thickness of the cylinder, the selection of the flanges, the determination of the thickness of the tube sheet, and the calculation of whether or not expansion joints and openings are required to be reinforced. Keywords: fixed tube plate heat exchanger； condensation；structural design ；strength check III 目錄 摘要 ................................................................................................................................I 術(shù) 語(yǔ) 表 ......................................................................................................................VI 1.1 熱交換器的工藝計(jì)算 ..............................................................................................1 1.2 確定設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)方案 .....................................................................................1 1.3 確定物性數(shù)據(jù) ..........................................................................................................2 1.4 計(jì)算換熱量及循環(huán)水用量 ......................................................................................2 1.4.1 計(jì)算熱負(fù)荷 Q.......................................................................................................2 1.4.2 計(jì)算有效平均溫差 ...............................................................................................2 1.4.3 計(jì)算循環(huán)水用量 ...........................................................................................3miq 1.5 計(jì)算換熱面積 .........................................................................................................3 1.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 .................................................................................................3 1.6.1 初步選擇合適的換熱管 ......................................................................................3 1.6.2 換熱管的排列和管心距 ......................................................................................3 1.6.3 畫(huà)出實(shí)際布管圓的出實(shí)際的布管 .......................................................................4 1.7 核算總傳熱系數(shù) ......................................................................................................5 1.7.1 計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù) ..................................................................................5i? 1.7.2 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) .......................................................................................5 1.7.3 計(jì)算總傳熱系數(shù) ...................................................................................................5 1.8 折流板和接管的計(jì)算 .............................................................................................6 1.8.1 折流板的計(jì)算 ......................................................................................................6 1.8.2 管程和殼程接管的計(jì)算 ......................................................................................6 1.9 計(jì)算壓強(qiáng)降 .............................................................................................................6 1.9.1 計(jì)算管程壓強(qiáng)降 ..................................................................................................6 1.9.2 計(jì)算殼程壓強(qiáng)降 ...................................................................................................7 1.10 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力的計(jì)算 ............................................................................7 1.10.1 計(jì) 算 換 熱 管 內(nèi) 流 動(dòng)阻力 ...............................................................7 1.10.2 計(jì)算殼程流動(dòng)阻力 .............................................................................................8 1.11 熱交換器工藝計(jì)算數(shù)值 .......................................................................................8 2 熱交換器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 .................................................................................................9 2.1 接管的選擇 ..............................................................................................................9 2.1.1 殼 程的接 管壁厚的計(jì)算 .................................................................................9 2.1.2 管程接管計(jì)算 .....................................................................................................10 2.2 防沖擋板的設(shè)計(jì) ....................................................................................................10 2.2.1 防沖擋板的設(shè)置條件 .........................................................................................10 2.2.2 防沖板的型式 .....................................................................................................11 2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定 ...................................................................................................11 2.4 筒體 .......................................................................................................................12 2.5 管箱計(jì)算 ................................................................................................................13 IV 2.5.1 管箱材料的選取 .................................................................................................13 2.5.2 管箱結(jié)構(gòu)尺寸和形式 .........................................................................................13 2.5.3 管箱法蘭 ............................................................................................................14 2.6 管板的結(jié)構(gòu)尺寸 ....................................................................................................15 2.7 換熱管的選取 .......................................................................................................15 2.8 換熱管排列方式及管心距 ...................................................................................16 2.8.1 換熱管的排列 .....................................................................................................16 2.8.2 換熱管與管板連接的選擇 .................................................................................17 2.8.3 換熱管管孔開(kāi)槽尺寸 .........................................................................................18 2.9 拉桿和定距管的選用 ............................................................................................18 2.9.1 拉桿選型和結(jié)構(gòu) .................................................................................................18 2.9.2 拉桿的尺寸和數(shù)量 .............................................................................................18 2.9.3 拉桿孔尺寸 .........................................................................................................19 2.10 管板重量計(jì)算 ......................................................................................................20 2.11 分程隔板設(shè)計(jì) ......................................................................................................20 2.11.1 確定分程隔板槽 ...............................................................................................20 2.11.2 分程隔板材料及結(jié)構(gòu)尺寸的確定 ...................................................................20 2.11.3 分程隔板的墊片的設(shè)計(jì) ...................................................................................21 2.12 接管設(shè)計(jì) .............................................................................................................22 2.12.1 接管尺寸設(shè)計(jì)及選材 .......................................................................................22 2.12.2 接管最小位置的確定 .......................................................................................22 2.13 接管法蘭的確定 ..................................................................................................24 2.13.1 接管和法蘭的焊接接頭及坡口尺寸 ...............................................................25 2.14 折流板的設(shè)計(jì) .....................................................................................................26 2.14.1 折流板的結(jié)構(gòu) ..................................................................................................26 2.14.2 折流板的布置 ...................................................................................................26 2.15 折流板的質(zhì)量的計(jì)算 ..........................................................................................27 2.16 膨脹節(jié)的設(shè)計(jì) .....................................................................................................28 2.17 支座的設(shè)計(jì) .........................................................................................................30 2.17.1 支座的選型 ......................................................................................................30 2.17.2 支座的位置 ......................................................................................................31 2.18 總體質(zhì)量的計(jì)算 ..................................................................................................32 3 熱交換器的校核計(jì)算 ..............................................................................................33 3.1 對(duì)筒體進(jìn)行水壓試驗(yàn) ............................................................................................33 3.2 厚度校核 ................................................................................................................34 3.2.1 筒體厚度校核 .....................................................................................................34 3.2.2 封頭厚度校核 .....................................................................................................34 3.2.3 分程隔板的校核 .................................................................................................34 3.2.4 接管厚度校核 .....................................................................................................34 3.3 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) ................................................................................................................35 V 3.3.1 殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .........................................................................................35 3.3.2 管箱上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .........................................................................................36 3.4 管板強(qiáng)度計(jì)算 ........................................................................................................37 3.5 支座的校核 ............................................................................................................43 總結(jié) ..............................................................................................................................49 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................50 致謝 ..............................................................................................................................51 VI 術(shù) 語(yǔ) 表 1t管程介質(zhì)定性溫度 ℃ T殼程介質(zhì)定性溫度 ℃ i?管程介質(zhì)密度 3kg/mO?殼程介質(zhì)密度 3kg/mpc 管程介質(zhì)定壓比熱容 J()?℃ poc殼程介質(zhì)定壓比熱容 J()?℃ i?管程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù) 2W/℃ ?殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù) 2W/℃? 管程介質(zhì)粘度 Pas??殼程介質(zhì)粘度 Pas?K估 總傳熱系數(shù)估計(jì)值 Q換熱量 kmt?逆 對(duì)數(shù)平均溫差 ℃ oq殼程介質(zhì)粘度 3/hA 換熱面積 3 u管程介質(zhì)流速值 ms sn單程換熱管數(shù) L換熱管長(zhǎng)度 pN管程數(shù) pN管程數(shù) a管心距 cn橫過(guò)中心線管數(shù) id換熱管內(nèi)徑 iD殼體內(nèi)徑 ?管板利用率 .0d換熱管外徑 h折流板圓缺高度 mB 折流板間距 m BN折流板數(shù) '布管圓限定圓直徑 o?殼程傳熱系數(shù) e當(dāng)量直徑 'A估算換熱面積 2 ou殼程介質(zhì)實(shí)際流速 /s Re殼程雷諾數(shù) Pr殼程介質(zhì)普朗特?cái)?shù) cp接管壓力 MPa i管程介質(zhì)實(shí)際流速 / i管程雷諾數(shù) 管程介質(zhì)普朗特?cái)?shù) ?管程傳熱系數(shù) 2W/(m)?℃ siR管程污垢熱阻so 殼程污垢熱阻 K實(shí)際總傳熱系數(shù)值 2W/(m)?℃ A實(shí)際傳熱面積 'H面積裕度 ip??管程流動(dòng)阻力 Pa sF結(jié)構(gòu)矯正系數(shù) sN殼程數(shù) ?傳熱管壁相對(duì)粗糙度o 殼程流動(dòng)阻力 1p?流體流經(jīng)管束的阻力 Pap 流體流經(jīng)折流板的阻力 Pa of殼程流通摩擦系數(shù) s殼程設(shè)計(jì)壓力 Mt管程設(shè)計(jì)壓力 M tF管程結(jié)構(gòu)校正系數(shù) ?計(jì)算厚度 m i管程設(shè)計(jì)溫度 ℃ o殼程設(shè)計(jì)溫度 ℃ []st?殼程設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 Pa []t?管程設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 Pa 1C鋼板負(fù)偏差 m 2C腐蝕余量 ?殼程焊接接頭系數(shù) t?管程焊接接頭系數(shù) e?有效厚度 mm d?設(shè)計(jì)厚度 第 1 頁(yè) 共 51 頁(yè) 1.引言 石油化工在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)著主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，換熱器在化工行業(yè)使用最為廣泛 ，其中換熱 器的傳熱對(duì)換熱器的使用效率是至關(guān)重要的。換熱器實(shí)際上是一種有溫度差異的兩種或者是 更多的流體種介質(zhì)之間彼此進(jìn)行換熱的裝置。熱交換器的功能是使熱量從溫度高的介質(zhì)傳向 溫度較低的介質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作流程所要求的溫度。 有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查表明在熱交換器的資本投入上其實(shí)是非常小的才大約百分之十到百 分之二十之間另外在化工煉油之中，它的投資達(dá)到 35%-40%所以相對(duì)于其他設(shè)備其占的比例 是較高的，其實(shí)不僅僅是在煉油行業(yè)其才他行業(yè)也使用較多例如食品加工企業(yè)、輕工制造業(yè)、 原子能、制藥工程、甚至是航天部門(mén)也有使用熱交換其因此我們值得去研究它。然而，換熱 器的種類(lèi)極其的多不同的換熱器又有不同的性能有不同的結(jié)構(gòu)特征。 相較于國(guó)外的發(fā)展形勢(shì)，我國(guó)在換熱器的制造技術(shù)方面相對(duì)不發(fā)達(dá)。在二十世紀(jì)的時(shí)候 換熱器的設(shè)計(jì)及其制造其實(shí)技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)積累上都是很不發(fā)達(dá)的，因此換熱器的制造和設(shè)計(jì) 上還沒(méi)有現(xiàn)在的發(fā)達(dá)所以制造就想對(duì)來(lái)說(shuō)是比較簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展換熱器的應(yīng)用越 來(lái)越廣泛了人們開(kāi)始更加的重視換熱器的應(yīng)用所以換熱器得到極大的發(fā)展再然后從各種各樣 的換熱器中出現(xiàn)了一些性能和價(jià)格都比較優(yōu)越的換熱器。其中固定管板式換熱器就是其中之 一，它的應(yīng)用是非常廣泛的，還有他的應(yīng)用是很廣泛的在很多行業(yè)都又在使用。 隨著時(shí)代的進(jìn)步在工業(yè)、制藥業(yè)、化工等行業(yè)的升級(jí)，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Q熱器高 性能的追求。 這就需要不斷的對(duì)各種換熱器進(jìn)行研究對(duì)各種換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)置、優(yōu)化進(jìn)行研究。就目前而 言我們?cè)谛滦?換熱 器的開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外還有一些不足還需要繼續(xù)發(fā)展繼續(xù)投入研發(fā)，因此我 們可以學(xué)習(xí)國(guó)外的熱交換器的創(chuàng)新制造中的方法 和總結(jié)，發(fā)展合適我們的國(guó)家的生產(chǎn)需要的 那鐘熱交換器，以滿(mǎn)足我們的國(guó)家在各個(gè)需要熱交換器的領(lǐng)域，用以提升本國(guó)工業(yè)，故對(duì)換 熱器的研究尤為需要。 1.1 熱交換器的工藝計(jì)算 通過(guò)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)所提供的條件選擇換熱器的設(shè)計(jì)類(lèi)型，換熱系數(shù)進(jìn)行壓降計(jì)算，計(jì)算理 論布管圓布管數(shù)目，布管方式的選擇等工藝計(jì)算。通過(guò)工藝計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足使用要求。 1.2 確定設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)方案 （1）選擇熱交換器的類(lèi)型 冷熱流體的變化情況如下：熱流體是二硫化碳蒸汽，為氣態(tài)，進(jìn)出口溫度 T= ，46.38℃ 冷卻水，進(jìn)口溫度是 ，出口溫度是 35℃，該冷凝器利用循環(huán)冷卻水冷卻二硫化碳蒸汽。30℃ 因?yàn)槎蚧级拘陨跷?，而且氣態(tài)流體壓力非常的小余 1MPa，流速較大。因此使用固定管 板式換熱器。 （2）流動(dòng)空間的確定 該設(shè)計(jì)是利用循環(huán)冷卻水冷卻二硫化碳蒸汽，其為處理量為 4500kg/h 二硫化碳精餾系 統(tǒng)中的冷凝器，并且，管程冷卻循環(huán)水的進(jìn)口溫度是 30℃，出口溫度 35℃，壓力為 ，0.8MPa 殼程進(jìn)出口溫度為 46.38℃，流量為 ，殼程走二硫化碳蒸汽。24kg/hmq? 表 1-1 冷凝器流體和設(shè)計(jì)條件 第 2 頁(yè) 共 51 頁(yè) 管程條件 殼程條件 流體名稱(chēng) 物料蒸氣 循環(huán)冷卻水 流量/（ ）kg/h2412 根據(jù)換熱量計(jì)算 進(jìn)口工作溫度/出口工作溫度( )℃ 30/35 46.38 工作壓力/ ( )MPa0.8 0.11 1.3 確定物性數(shù)據(jù) 由殼體二硫化碳的進(jìn)出口溫度 46.38℃和工作壓力 0.11MPa 以及水的進(jìn)出口溫度和工壓力查 物性參數(shù)如下表： 表 1-2 設(shè)計(jì)參數(shù)的物性數(shù)據(jù) 介 質(zhì) 密度 （ ）3kg/m 比熱容 ( ）KJ/kg?（ ℃ ） 黏度 （ ）Pas? 導(dǎo)熱系數(shù) （ ）W/m?（ ℃ ） 水 991.6 4.08 0.771×10-3 0.61 二硫化碳蒸氣 3.05 0.613 0.011×10-3 0.0085 根據(jù)以上物質(zhì)物料，初步選熱交換器為固定管板式熱交換器。 1.4 計(jì)算換熱量及循環(huán)水用量 1.4.1 計(jì)算熱負(fù)荷 Q （1.3）10.6735.129KWmqr??? Q—熱負(fù)荷，KW —二硫化碳蒸汽流量，kg/s1mq 1.4.2 計(jì)算有效平均溫差 逆流溫差計(jì)算如下 ℃ （1.4）12, 1tt46.38046.385===1.7lnlnmTt???逆 （ ） （ ） （ ） （ ）（ ） （ ） （ ）（ ） 1.4.3 計(jì)算循環(huán)水用量 miq （1.5） mipiip239q==1.7kg/st4.085t5./(.)QCKJ???? 第 3 頁(yè) 共 51 頁(yè) 即水的用量為 42120kg/h 1.5 計(jì)算換熱面積 初步估計(jì)換熱系數(shù) ，估計(jì)換熱面積 為260W/(m)KC???估 A、 （1.6） 3' 291.7mQAt???估 實(shí)際中需要去增加換熱面積 H’為 15%的裕度，所以實(shí)際的換熱面積使用以下的公式計(jì) 算 ' 21.5.9=3.4Am?? （1.7） 1.6 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 1.6.1 初步選擇合適的換熱管 選用 換熱管，材料為 20 號(hào)鋼，管內(nèi)循環(huán)水的流速可根據(jù)， 《化工原理課程設(shè)計(jì)》.25?? 表 2-2 換熱器常用的流速范圍選擇 1m/siu? 確定換熱管總數(shù)為 22410/(36)38.78591.siVndu???? （1.8） 單 管 程計(jì)算的換 熱 管長(zhǎng)度為 （1.9）03.412.1058sALmdn???? 多管程管程 l 取 3m 則 （1.10）2=43pNl? 1.6.2 換熱管的排列和管心距 換熱管中心距離不宜小于 1.25 倍的換熱管外徑 [1] 管心距 ，取 1.25.2531.moad???32 殼體內(nèi)徑管板利用率 查化工原理課程設(shè)計(jì) 59 頁(yè) 068=0.7???此 處 取 殼體內(nèi)徑為 ./.5/4m9DaN?? 則換熱管的數(shù)目 '34=152?? 橫過(guò)管束中心線的管數(shù) cn.9.1? 第 4 頁(yè) 共 51 頁(yè) 1.6.3 畫(huà)出實(shí)際布管圓的出實(shí)際的布管 圖 1-1 實(shí)際布管圖 由布管圖可得實(shí)際布管數(shù)為 136 則之后的計(jì)算均已實(shí)際的不管數(shù)作計(jì)算；殼體內(nèi)徑向上 圓整取 又殼體內(nèi)徑距離布管圓的距離要大于或等于 0.25 倍 換熱管的外徑且其距 離不 50m 宜小于 8mm， 所以在此取其值為 20mm 則有此可知布管 圓直徑3b.25d=0.6.25m?? 為 D’=500-40=460mm 則 表 1-3 熱交換器的初選參數(shù)值 殼體內(nèi)徑 mm 換熱面積 2m 管程數(shù) 換熱管數(shù) 換熱管的 長(zhǎng)度 mm 換熱管的 尺寸 mm 布管圓直 徑 mm 500 33.4 4 136 3000 25.??460 換熱器的實(shí)際換熱面積 （1.11）o2=ndl0.136.0253.3mA????（ ） （ ） 32oom2910==6W/m.tQCA?? 則K（ ） （1.12） 1.7 核算總傳熱系數(shù) 1.7.1 計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? （1.13）30.219.Re28051(7iidu???????湍 流 ） 第 5 頁(yè) 共 51 頁(yè) （1.14） 3ip4.081.7Pr 4.956iC????? （1.15）3miviq.=2/s9? （1.16） 2 2iidn.140=.01mPAN?π （1.17）viiq.u=.9/s （1.18） 0.8.4 0.80.42.61.3RePr23(52)(79475W/(m)ii idC??????? 1.7.2 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 因?yàn)樵摾淠鳛樗焦苁饫淠齽t使用如下公式進(jìn)行計(jì)算 1/4 1/423 323o/ 2/5o2rg356.710.469.85=0.75=0.ndt19W(m.)C???????? ?????? ??? ??? （1.19） 查 GB151-2014 附錄 E 的到二硫化碳和循環(huán)水的污垢熱阻如下 42o 42oi1.760./w =1.70m./wSO SRRC? ????（ 循 環(huán) 水 ）（ 二 硫 化 碳 ） 1.7.3 計(jì)算總傳熱系數(shù) ooososiowi4 44 4 44odd1b=0.25251.7611.7095 70.0.6.6=137.5K???? ??????????則 K （1.20） 2o2oo=740W/(m.)61/(.)KCC? （1.21%?? 第 6 頁(yè) 共 51 頁(yè) ） 740612%0.9??? 本次換熱 器的安 全系 數(shù)為 2 0.9 %在 1 5%～25%內(nèi)說(shuō)明滿(mǎn)足傳熱面積 裕 度 符合要 求。 1.8 折流板和接管的計(jì)算 1.8.1 折流板的計(jì)算 采 用弓 形折 流 板 [2]，根據(jù)相 關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn)，可以取弓 形 折 流 板的圓 缺高度為殼 體內(nèi) 徑的 2 5%，則 相應(yīng)的切去的圓 缺 高度為 （1.22）0.251mh?? 取折流板之間的距離 。則0.3=.501mBD?? （塊） （1.23）39BlN? 根據(jù)實(shí)際情況得折流板的數(shù)量是 17 塊同時(shí)可以取折流板的厚度為 4m 1.8.2 管程和殼程接管的計(jì)算 該冷凝器的管程和殼換程介質(zhì)不同，則管程和殼程中介質(zhì)的流速也不同。可以根據(jù)《化 工原理課程設(shè)計(jì)》54 頁(yè)表 2-2 換 熱 器 常用的流 速范圍取管程接 管內(nèi)流 體流 速和殼程接 管流 體流速 [3]，進(jìn)行接管的計(jì)算。 取殼程入口接管內(nèi)流體流速為 ，則管程接管內(nèi)徑為15m/s （1.24）043/603.4150.iiVDu????（ ） 取標(biāo)準(zhǔn)管程接管尺寸為為 mm159? 取管程接管內(nèi)流體流速為 ，則殼程接管內(nèi)徑為/s （1.25）00420(3691.)20m.4oVu????? 取標(biāo)準(zhǔn)殼程接管尺寸為 mm1? 1.9 計(jì)算壓強(qiáng)降 1.9.1 計(jì)算管程壓強(qiáng)降 （1.26）12()i sptPNF???? 其中 ——管程結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，無(wú)量綱，tF ——是管程數(shù),pN ——?dú)こ虜?shù)，s =1， =4， =1.4ptF 第 7 頁(yè) 共 51 頁(yè) 取碳鋼的管壁粗糙度 則相對(duì)粗糙度 0.1m??/0.1/2.5d?? （1.27） 2368680.1.057Re2di???????????????? （1.28） 21 91.30.74.9Pa.iulP???? （1.29） 2223.5.76.i?? ??12()428.9176.523491MPa0.8i sptPNF????????? （1.30） 1.9.2 計(jì)算殼程壓強(qiáng)降 殼 程為恒 溫 恒壓 蒸 汽冷 凝，可忽 略 壓 降。由此可之所選的換 熱 器是合 適的。 1.10 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力的計(jì)算 1.10.1 計(jì) 算 換 熱 管 內(nèi) 流 動(dòng)阻力 （1.31）12()i sptPNF???? ——管程結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，無(wú)量綱，tF ——是管程數(shù),pN ——?dú)こ虜?shù)，s =1， =4， =1.4ptF （1.32） 21iluPd???? （1.33） 22? 由于 換 熱管的相 對(duì)粗 糙 度 查莫 狄圖的 流Re805?/0.1/2.5d??0.18i?? 速 則1.9/iums1.6kg/s? （1.34） 2 21 391.60.8590Pa.2iluPd????? （1.35） 2291654a??? （1.36）??12()903.62894.Pai sptPNF???????? 由于操作壓力是 0.8MPa（查化工原理課程設(shè)計(jì)表 2-11）其合理壓降為 第 8 頁(yè) 共 51 頁(yè) 60.3510Pa?? 即 i??? 管程流動(dòng)阻力在允許范圍內(nèi) 1.10.2 計(jì)算殼程流動(dòng)阻力 （1.37）'12(')ostPNF?? 取 [查化工原理課程設(shè)計(jì)]sN.5t 流體流經(jīng)管束的阻力 （1.38）?? 2'11oocBuPFfn???? 其中 0.28c=Re(5)n14Bo ocfn????管 子 排 列 方 式 對(duì) 壓 力 降 校 正 系 數(shù) ， 取 F.N折 流 板 的 數(shù) 目為 殼 程 流 體 摩 擦 系 數(shù) ,f橫 過(guò) 管 束 中 心 線 的 管 數(shù) 隔 板 兩 側(cè) 正 方 形 排 布 ， （1.39）???? 2 2'1 3.01=.56149=5PaoocBuPFf?????? （1.40） 2 2'2 25.3.593. 76.4oBND????????????????? 則總的阻力如下 （1.41）??'12(')5076.41.350PaostPF?????? 所以殼程流體阻力合適 1.11 熱交換器工藝計(jì)算數(shù)值 根據(jù)以上工藝計(jì)算數(shù)值，列出工藝計(jì)算數(shù)據(jù)及接管表 1-4 表 1-4 熱交換器工藝計(jì)算數(shù)據(jù) 名稱(chēng) 換熱面積 （ ） 2m 物料名稱(chēng) 操作壓力， MPa操作溫度，℃ 流量， kg/h流體密度， 3/m流速， /s 熱交換器 型式 固定管板 式熱交換 器 管程 33.4 冷卻循環(huán) 水 0.8 30/35 42120 991.6 1 第 9 頁(yè) 共 51 頁(yè) 殼程 二硫化碳 蒸汽 0.11 46.38 2412 3.05 15 表 1-5 熱交換器工藝計(jì)算數(shù)據(jù) 名稱(chēng) 對(duì)流傳熱系數(shù)， 2W/ mK?污垢系數(shù)， 2/?阻力降， MPa程數(shù) 推薦使用材料 管程 4750 41.70??0.02 4 20 鋼 殼程 1915 61 Q345R 其中 管子規(guī)格?25×2.5mm；長(zhǎng)為 3000mm；管子數(shù) 136；管間距 32mm ；排列方式：正三角形 排布折流板型式：弓形；間距 150mm；殼體內(nèi)徑 500mm 2 熱交換器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 2.1 接管的選擇 通過(guò) 1.24 和 1.25 計(jì)算可得殼程進(jìn)口接管選取標(biāo)準(zhǔn) mm 因此熱交換器的管程接管選1594?? 取標(biāo)準(zhǔn)?133× 4mm 接管的長(zhǎng)度 從而確接管長(zhǎng)度 [4] （查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1-6-6） 。150lm? 2.1.1 殼 程的接 管壁厚的計(jì)算 材料是 20 鋼則 （查 GB151.2-2011 表 6） ，腐蝕裕度 ??47MPat? 21.5Cm?10. 鋼材的附加厚度 取接管流速為 15m/s120.52C? （2.1）?? ' 66190.1.2citpDm???????? 其中 —接管壓力，cpMPa —接管直徑， 'iDm —鋼材的許用應(yīng)力， ??t? —焊接系數(shù)，全部無(wú)損檢測(cè)取 ?1?? 已知計(jì)算厚度 則0.1?? 設(shè)計(jì)厚度 2.mdC? 1.54n ???故 可度 取名 義 厚 第 10 頁(yè) 共 51 頁(yè) 有效厚度 42menC???? 所以殼程接管取 mm 合適長(zhǎng)為 159??150 2.1.2 管程接管計(jì)算 接管材料是 20 鋼則 （查 GB151.2-