換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成稿

1、學(xué)號(hào)11125112131121711218江西理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 學(xué)生班級(jí)： 2011 級(jí) 2 班設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)： 第5設(shè)計(jì)小組 指導(dǎo)教師：李 敏 / 陳火平 冶金與化學(xué)工程學(xué)院2014年 6 月 13 日前言化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門(mén)課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。

2、化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。圍繞以某一典型單元設(shè)備(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸發(fā)器、冷卻器等)的設(shè)計(jì)為中心，訓(xùn)練學(xué)生非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)和定型設(shè)備的選型能力。設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)為2周，其基本內(nèi)容為：(1)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。(2)主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算(含計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算)：物料衡算，能量衡量，工藝參數(shù)的選定，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。(3)輔助設(shè)備的選型：典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)的選定。(4)工藝流程圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料

3、方向，物流量、能流量，主要測(cè)量點(diǎn)。(5)主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。(6)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，目錄，設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介，工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)，輔助設(shè)備的計(jì)算和選型，設(shè)計(jì)結(jié)果匯總，設(shè)計(jì)評(píng)述，參考文獻(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)由論述，計(jì)算和圖表三個(gè)部分組成，論述應(yīng)該條理清晰，觀點(diǎn)明確；計(jì)算要求方法正確，誤差小于設(shè)計(jì)要求，計(jì)算公式和所有數(shù)據(jù)必需注明出處；圖表應(yīng)能簡(jiǎn)要表達(dá)計(jì)算的結(jié)果。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提

4、高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：（1） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；（2） 結(jié)構(gòu)安全可靠；（3） 便于制造、安裝、操作和維修；（4） 經(jīng)濟(jì)上合理。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。40目 錄1.化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)11.1設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)11.2設(shè)計(jì)小組成員情況介紹12換熱器概述22.1列管換熱器結(jié)構(gòu)22

5、.2列管換熱器分類32.3列管換熱器主要部件53設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介83.1設(shè)計(jì)的大體流程83.2換熱器工藝方案確定83.2.1冷卻介質(zhì)選擇83.2.2換熱器類型選擇及流體流動(dòng)路徑選擇83.2.3 流體流速選擇93.2.4換熱器設(shè)備設(shè)計(jì)原則94.列管式換熱器的工藝計(jì)算104.1確定物性數(shù)據(jù)104.2初算換熱器傳熱面積114.2.1熱流量及冷卻水用量計(jì)算114.2.2計(jì)算平均溫差并確定管程數(shù)114.2.3按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù)124.2.4初算出所需傳熱面積124.3主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算124.3.1換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定124.3.2換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定124.3.3管子排列方式及管子與管板

6、的連接方式的選定134.3.4計(jì)算外殼內(nèi)直徑D134.3.5管子在管板上排列間距134.3.6傳熱管排列確定實(shí)際管數(shù)134.3.7折流板切去弓形高度及板間距的確定144.4換熱器核算144.4.1熱量核算144.4.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力165.換熱器主要部件及選擇185.1換熱器筒體尺寸與接管尺寸確定185.1.1殼體壁厚確定185.1.2流體進(jìn)出口接管直徑計(jì)算185.2換熱器封頭及防沖板選擇195.2.1封頭選型及尺寸確定195.2.2封頭厚度選取205.2.3防沖板的選擇205.3管板的確定205.3.1管板尺寸205.3.2管板與殼體的連接215.3.3管板厚度225.3.4管箱接管

7、最小尺寸225.4換熱器支座及法蘭選定235.4.1支座的選擇235.4.2法蘭選擇245.4.3折流板245.4.4拉桿直徑和數(shù)量與定距管選定245.4.5溫度補(bǔ)償圈選用255.4.6列出所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)256輔助設(shè)備的計(jì)算和選型256.1輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)流程256.2 離心泵2的計(jì)算和選型266.3管道設(shè)計(jì)276.4離心泵1的計(jì)算和選型276.5蓄水池的設(shè)計(jì)287設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表：297.1固定管板式換熱器設(shè)計(jì)一覽表307.2輔助設(shè)備一覽表318.設(shè)計(jì)評(píng)述318.1設(shè)計(jì)目的及其意義318.2設(shè)計(jì)過(guò)程的回顧318.3設(shè)計(jì)過(guò)程的問(wèn)題328.4本課程設(shè)計(jì)的不足與經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)338.5課程設(shè)

8、計(jì)總結(jié)349.工藝流程圖及有關(guān)物料衡算表349.1工藝流程圖349.2物料衡算表3510.參考文獻(xiàn)3611.主要符號(hào)說(shuō)明3712.附件說(shuō)明381.化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)某廠因生產(chǎn)工藝擴(kuò)建，需設(shè)計(jì)一套工藝裝置用來(lái)冷卻甲車間的產(chǎn)品A（物理性質(zhì)參考甲苯）。試根據(jù)以下工藝條件和設(shè)計(jì)1 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì). 換熱器設(shè)計(jì). 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1998.要求設(shè)計(jì)合理的輸水工藝（管線布置和輸送機(jī)械的選擇等）及合適的換熱器2 大連理工大學(xué)化工原理教研室. 化工原理課程設(shè)計(jì). 大連：大連理工出版社,1997.。有關(guān)工藝條件及要求如下：該廠附近有一條小河流，但夏季有24個(gè)月的枯水期。

9、已知該廠距離河岸最短水平距離約2公里，該廠與河液面海拔高差約46米。進(jìn)水管道的直管阻力系數(shù)取0.025。設(shè)計(jì)換熱器放置距離地面7.5米處，相應(yīng)管件與直管總長(zhǎng)則依據(jù)所繪工藝流程圖計(jì)算。出水管道的直管阻力系數(shù)取0.018。設(shè)計(jì)要求： 水溫：冬季約5；A產(chǎn)品的溫度從60降為45，用量30噸/小時(shí)； 換熱器管、殼程壓降均不超過(guò)0.1atm。1.2設(shè)計(jì)小組成員情況介紹化工112班課程設(shè)計(jì)第五小組共有4名成員，有111班25號(hào)的何小同，112班13號(hào)楊鍵城，112班17號(hào)張偉康（組長(zhǎng)），112班18號(hào)仇艮龍。為了提高設(shè)計(jì)的進(jìn)度與效率，我們小組進(jìn)行了分工，具體介紹如下：張偉康（組長(zhǎng)）：換熱器的初選及簡(jiǎn)單核算

10、，PPT演講稿，換熱器及輔助設(shè)備的資料的查閱裝配圖的明細(xì)欄填寫(xiě)及部分繪圖的修改訂正；楊鍵城：換熱器的初選及進(jìn)行計(jì)算機(jī)核算，換熱器資料的整理，Word文檔的主要編輯，繪制換熱器的基本裝配圖；仇艮龍：輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)及選擇，工藝流程圖及工藝條件的設(shè)計(jì)，輔助設(shè)備的資料查閱；何小同：輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)及選擇，Word文檔的輔助編輯，工藝流程圖及工藝條件的設(shè)計(jì)，部分設(shè)計(jì)資料的查閱。2換熱器概述換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器在生產(chǎn)中占有重要地位。在一般化工廠的建設(shè)

11、中，換熱器約占總投資的11%。在煉油廠的常、減壓蒸餾裝置中，換熱器約占總投資的20%。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。 隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。今后換熱器的發(fā)展趨勢(shì)將是不斷增加緊湊性、互換性、不斷降低材料消耗，提高傳熱效率和各種比特性，提高操作和維護(hù)的便捷性。換熱器按照換熱介質(zhì)不同可

12、分為水-水換熱器和汽-水患熱器；按冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。雖然換熱器種類繁多，但最常用的還是間壁式換熱器，而其中的列管式換熱器更是廣泛使用的間壁式換熱器的主要類型。2.1列管換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。管殼式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。它的主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性較

13、大。與其它品種換熱器比較,管殼式換熱器的最大缺點(diǎn)是傳熱效率低。例如,對(duì)于水一水換熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器K值范圍一般為11502230W/ ,而板式換熱器K值為15004700W/ ,螺旋板式為20003000W/ 。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。圖1 列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)2.2列管換熱器分類列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種：（1） 固定管板式換熱器(代號(hào)G)此種換熱器

14、管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。固定管板式換熱器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、排管多、緊湊、造價(jià)便宜，等優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)緊湊，固定管板式換熱器的殼側(cè)不易清洗，而且當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大時(shí)，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場(chǎng)合。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器

15、應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。圖2 帶有溫度補(bǔ)償?shù)墓潭ü馨迨綋Q熱器1擋板；2補(bǔ)償圈；3放氣嘴（2）.浮頭式換熱器（代號(hào)F）浮頭式換熱器針對(duì)固定管板式換熱器的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)，浮頭式換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，易于清洗和檢修，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢

16、的場(chǎng)合；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、造價(jià)高限制了它的使用。圖3 .浮頭式列管換熱器1管程隔板；2殼程隔板；3浮頭（3）填料函式換熱器填料函式換熱器也只有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過(guò)高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。（4） U型管式換熱器（代號(hào)Y）U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。

17、其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。圖4 U型管式列管換熱器1U形管；2殼程隔板；3管程隔板2.3列管換熱器主要部件（1）換熱管換熱管的尺寸和形狀對(duì)傳熱有很大影響，管徑越小，單位體積設(shè)備的傳熱面積就越大，這意味著設(shè)備越緊湊，體積則越小，對(duì)流傳熱系數(shù)較高。但制造麻煩，且小管易結(jié)垢，不易機(jī)械清洗。所以對(duì)清潔的流體小管子為宜，對(duì)粘度大或易結(jié)垢的液體管徑則可取大些。目前我國(guó)列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中，所采用的無(wú)縫鋼管規(guī)格多為19mm×2mm和25mm×2.5mm兩種。換熱器一般用光管，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但對(duì)流傳熱

18、系數(shù)較低。管子在管板上的固定，原則是必須保證管子和管板連接牢固，不能在連接處產(chǎn)生泄漏，否則會(huì)給操作帶來(lái)嚴(yán)重故障。目前廣泛采用脹接法和焊接法，在高溫高壓時(shí)有時(shí)也采用脹接加焊接的方法，近來(lái)出現(xiàn)了一種爆炸脹管法。脹接法是用脹管器擠壓伸人管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)取出脹管器后，管板孔彈性收縮，管板和管子就會(huì)緊緊擠壓在一起，實(shí)現(xiàn)密封緊固。采用脹接時(shí)，管板硬度應(yīng)比管端高，這樣可免除在脹接時(shí)管板孔產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。脹接法一般多用于壓力低于3.923 Pa,溫度低于300的場(chǎng)合。如果溫度高，管子和管板會(huì)產(chǎn)生蠕變，脹接應(yīng)力松弛而引起連接處泄漏。所以對(duì)高壓、高

19、溫、易燃易爆的流體，換熱管的緊固多采用焊接法。當(dāng)溫度高于300或壓力高于3.923 Pa時(shí)，一般多采用焊接法。這樣可保證高溫高壓時(shí)連接的緊密性，同時(shí)焊接工藝較脹管工藝簡(jiǎn)便，管板孔加工要求低，且壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板，因此焊接法被廣泛采用。但焊接法由于焊接接頭處的熱應(yīng)力，可能會(huì)造成應(yīng)力腐蝕和破裂，同時(shí)管板孔與管子間存在間隙。換熱管在管板上可按等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列管外清潔方便。 （a） （b） （c）圖5 換熱管在管板上的排列（a）正三角形排列；（b）正方形直列；（c）正方形錯(cuò)列（2）管板列管式換熱器的管板

20、一般用圓平板，在上面開(kāi)孔以裝設(shè)換熱管束，管板又與殼體連接。管板與殼體的連接方法與換熱器的形式有關(guān)。對(duì)固定管板式換熱器，常采用不可拆連接方式，即直接將兩端管板焊接在殼體。對(duì)浮頭式、U形管式換熱器，由于管束要從殼體中抽出，故常用可拆連接方式，即把管板夾于殼體法蘭與頂蓋法蘭之間，用螺栓緊固，必要時(shí)卸下頂蓋就可把管板連同管束從殼體中抽出。（3）折流擋板為了加大殼程流體的速度，增強(qiáng)湍動(dòng)程度，以提高殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，往往在殼程內(nèi)裝置折流擋板。另外折流擋板對(duì)換熱管束還起著支撐作用，可防止管子的變形。不利的是擋板的存在使流體阻力增加，另外擋板和殼體間、擋板和管束間的間隙如過(guò)大，部分流體會(huì)從問(wèn)隙中流過(guò)，產(chǎn)

21、生旁流，嚴(yán)重時(shí)反而會(huì)使對(duì)流傳熱系數(shù)減小。折流擋板形式較多，主要有兩種，一種是橫向折流擋板，殼程流體橫向流動(dòng)；另一種是縱向折流擋板，殼程流體平行流過(guò)管束。(4)主要附件封頭封頭有方形和圓形兩種。方形用于直徑小(一般小于300mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體。由于在清洗和檢修管束時(shí)需將封頭拆下，所以封頭結(jié)構(gòu)應(yīng)便于拆裝，一般通過(guò)法蘭與殼體連接。導(dǎo)流筒在殼程流體進(jìn)、出口和管板間必存在一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，這顯然對(duì)傳熱不利。所以常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間，盡量消除死角，提高傳熱效果。放氣孔、排液孔在換熱器的殼體上常安裝放氣孔和排液孔，以排出不凝氣體和冷凝液體。支

22、撐板、緩沖擋板一般臥式換熱器都有折流擋板，它既起折流作用，又對(duì)換熱管起支撐作用。但當(dāng)工藝上無(wú)折流擋板的要求，例如冷凝器，而管子又比較細(xì)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，以便于安裝管子和防止管子變形。緩沖擋板是為了防止殼程流體進(jìn)人換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，在進(jìn)料管口設(shè)置，但距殼壁不應(yīng)太近(不小于30mm)緩沖擋板有圓形和方形兩種。導(dǎo)流筒由于是將流體導(dǎo)至管板處才進(jìn)入管束間，所以對(duì)流體流入殼程時(shí)也起著緩沖作用。有時(shí)將殼程接管在入口處加以擴(kuò)大，做成喇叭形，也是為了緩沖目的。換熱器的其它零部件還有殼體、接管、膨脹節(jié)、支座、法蘭和法蘭蓋等。3設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介3.1設(shè)計(jì)的大體流程設(shè)計(jì)的大體流程可用下面的流程圖表示：選擇

23、換熱器類型冷熱流體流程安排及流速選擇物性數(shù)據(jù)的確定計(jì)算總傳熱系數(shù)工藝結(jié)構(gòu)尺寸的選擇換熱器核算圖- 1 換熱器設(shè)計(jì)基本流程初選冷卻水出口溫度t2冷卻水流速ui的選擇估定K值計(jì)算A估圓整，取管長(zhǎng)L計(jì)算A計(jì)核算S實(shí)計(jì)算裕度選取殼程直徑D計(jì)算殼程流速uo計(jì)算o計(jì)算K實(shí)計(jì)算平均對(duì)數(shù)溫差 圖- 2 換熱器計(jì)算的主要步驟3.2換熱器工藝方案確定3.2.1冷卻介質(zhì)選擇據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇處理后的河水或者自來(lái)水作為換熱器的冷卻介質(zhì)。根據(jù)設(shè)計(jì)條件，冷卻水的入口溫度5，假定出口溫度10。3.2.2換熱器類型選擇及流體流動(dòng)路徑選擇兩流體的溫度變化情況如下：（1）熱流體：甲苯，入口溫度60，出口溫度45；（2）冷流體：經(jīng)處理

24、的河水或者自來(lái)水，入口溫度5，假定出口溫度10；由于冷流體是冷卻水，選擇走管程的原因有3 姚玉英.化工原理.天津:天津大學(xué)出版社.P229,2005.1： 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)清洗方便；被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果；流量較小的流體宜走管見(jiàn)，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re>100）即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。冬季操作時(shí)，冷卻水的進(jìn)口溫度較低，而熱流體的溫度較高，但計(jì)算得出的冷熱流體的最大定性溫度差仍小于50攝氏度，從工程經(jīng)濟(jì)性上考慮，可不設(shè)置膨脹節(jié)，故而初步確定選用帶有固定管板式換熱器。3.2

25、.3 流體流速選擇增加流體在換熱器中的流速，將增大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而減少換熱器的傳熱面積。但流速增加使流體阻力增加，動(dòng)力消耗增多。所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算得出。根據(jù)工業(yè)上常用的流速范圍4 黃英.化工設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社.P138.2011.6.選取冷卻水在管內(nèi)流速，選取冷卻水流速為0.74m/s。換熱器設(shè)備設(shè)計(jì)原則滿足生產(chǎn)工藝要求所選用的換熱器，一定要能完成換熱任務(wù)(或稱熱負(fù)荷)。換熱任務(wù)是由生產(chǎn)工藝條件決定的，是生產(chǎn)卜要求流體溫度變化在單位時(shí)間內(nèi)吸收或放出的熱量。它的具體數(shù)值，可由流體熱流量平衡方程，即冷流體的吸熱速率或熱流體的放熱速率來(lái)計(jì)算。其實(shí)，換熱

26、任務(wù)就是對(duì)換熱器換熱能力的要求。所以，所選用的換熱器能否滿足工藝要求，取決于它的換熱能力。這種換熱能力，是在操作條件下?lián)Q熱器所能實(shí)現(xiàn)的傳熱速率，是換熱器本身的特性。它的具體數(shù)值，可由總傳熱速率方程(Q=KA)來(lái)計(jì)算。對(duì)一個(gè)能滿足工藝要求的換熱器，其傳熱速率(換熱能力)應(yīng)大于生產(chǎn)熱負(fù)荷(換熱任務(wù))。 在機(jī)械強(qiáng)度，抗蝕、耐壓能力等方面，所選用的換熱器都應(yīng)滿足工藝要求。操作、維護(hù)、檢修方便經(jīng)濟(jì)上合理在換熱器選型和操作上藝參數(shù)的確定中，要有技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，盡可能地節(jié)能、省材，使操作費(fèi)用和一設(shè)備費(fèi)用處于一個(gè)較合理的范圍內(nèi)。保證生產(chǎn)安全在工藝流程和操作中，若有爆炸、燃燒、中毒等危險(xiǎn)性，則要考慮必要的安全措

27、施。對(duì)設(shè)備材料強(qiáng)度的驗(yàn)算，除應(yīng)有一定的安全系數(shù)外，還應(yīng)考慮防止由于設(shè)備壓力突然升高或造成真空，而需要安裝安全閥等措施。4.列管式換熱器的工藝計(jì)算4.1確定物性數(shù)據(jù)水的定性溫度取進(jìn)出口溫度的平均值，tm=t1+t22=10+52=7.5甲苯的定性溫度取進(jìn)出口溫度的平均值，Tm=T1+T22=60+452=52.5查化工手冊(cè)5 夏清.化工原理.天津：天津大學(xué)出版社.P338,2013.3和姚玉英.化工原理.天津:天津大學(xué)出版社.P350,2005.1資料，可制得以下物性表：表- 1 水和甲苯的物性參數(shù)表物質(zhì)水999.74.191130.77×10-50.5745甲苯838.751.804

28、.24×10-40.12364.2初算換熱器傳熱面積4.2.1熱流量及冷卻水用量計(jì)算熱流量：冷卻水用量：4.2.2計(jì)算平均溫差并確定管程數(shù)根據(jù)所學(xué)知識(shí)已知逆流的換熱效果要比并流的好，故選取逆流流向，同時(shí)先按單殼程單管程考慮，計(jì)算出平均溫度差tm'平均傳熱溫差：tm'=t1-t2lnt1t2=60-10-(45-5)ln60-1045-5=44.8折流時(shí)的平均溫度差：R=T1-T2t2-t1=60-4510-5=3P=t2-t1T1-t1=10-560-5=0.09t=R2+1R-1×ln(1-P1-PR)ln(2P)-1-R+R2+12P-1-R-R2+1=

29、0.994tm=ttm'=0.994×44.8=44.54.2.3按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù)因?yàn)闅こ虦囟容^高，故選取較大K值，又根據(jù)管殼式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值表6 夏清.化工原理.天津：天津大學(xué)出版社.P365,2013.36，查得水有機(jī)溶劑中總傳熱系數(shù)在280850，不妨假設(shè) K估=550W/(m2·）4.2.4初算出所需傳熱面積S估=QK估tm'=225×103550×44.81=9.129(m2)4.3主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)計(jì)算4.3.1換熱管規(guī)格及材質(zhì)的選定查閱有關(guān)資料可得我國(guó)目前使用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有25mm&

30、#215;2.5mm及19mm×2mm兩種規(guī)格的管子，對(duì)于管程流體是冷卻水的換熱器，應(yīng)選用直徑較大的管子，故選用25mm×2.5mm鋼管。4.3.2換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定管數(shù)：ns=4Vsdi2ui=4×38.6536003.14×0.022×0.74=46.2247根管長(zhǎng)：L=A估dons=9.1293.14×0.025×47=2.47(m)按商品管長(zhǎng)系列規(guī)格，取管長(zhǎng)L=1.5m，則管程數(shù)為Np=2.471.52，總管數(shù)N=NpNs=2×47=94根4.3.3管子排列方式及管子與管板的連接方式的選定管子的排列方式

31、：采用正三角形排列，因?yàn)檎切闻帕袝r(shí)，管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高；相同殼程內(nèi)可排列更多的管子。管子與管板的連接方式，采用平焊凹凸法蘭連接法，因?yàn)檫@樣能有效防止甲苯泄漏，管子在管板上排列間距t取0.032m。4.3.4計(jì)算外殼內(nèi)直徑D多管程的殼體內(nèi)徑計(jì)算公式為：D=1.05tN/=1.05×0.032×94/0.7=0.389(m)，其中=0.70.85按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整，可取D=400mm。4.3.5管子在管板上排列間距 t=1.25do=1.25×0.025=0.032m橫過(guò)管束中心線管數(shù)nc=1.1n=

32、1.1×94=10.711根4.3.6傳熱管排列確定實(shí)際管數(shù)根據(jù)殼體內(nèi)徑、管中心距、橫過(guò)管中心線管束及其排列方式可通過(guò)查閱系列標(biāo)準(zhǔn)得到，對(duì)于單殼程雙管程的散熱器，當(dāng)中心排11根管時(shí)，按正三角形排列可排90根,剩余4根按中心對(duì)稱分布在兩側(cè)，具體在CAD裝配圖的左視圖中能夠看到，此處不在引進(jìn)圖片進(jìn)行展示。4.3.7折流板切去弓形高度及板間距的確定常用的為圓缺型擋板，切去高度約為外殼內(nèi)徑的10%40%，一般取20%25%，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。切去弓形高度：0.25D=0.25×400=100mm即可取100mm。 板間距h兩相鄰的擋板的距離h為外殼內(nèi)徑D的0.21倍，標(biāo)準(zhǔn)系列

33、中固定管板式采用的有150、300和600mm三種，但考慮到殼程壓降要符合0.1Mpa以內(nèi)，可選用h=170mm。折流板數(shù)量NB=Lh-1=1.50.17-1=7(塊）折流板圓缺面水平裝配。4.4換熱器核算4.4.1熱量核算（1）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)因甲苯無(wú)相變，故其對(duì)流傳熱系數(shù)應(yīng)對(duì)應(yīng)流體無(wú)相變時(shí)的計(jì)算公式。 殼程流通截面積：A=hD(1-dot)=0.17×0.4×(1-0.0250.032)=0.0149(m2)殼程流體流速及其雷諾數(shù)uo=(×3600)A=30000/(3600×838.75)0.0149=0.668（m/s)Reo=douo=0.02

34、5×0.53×838.750.000424=20964普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr=cp=1.8×103×0.0004240.1236=6.175粘度校正：由于甲苯是熱流體，水是冷流體，水走管程，甲苯走殼程時(shí)可看做是加熱水，故=w0.14=1.05殼程對(duì)流傳熱系數(shù)：由于選用圓缺形折流板，可采用克恩公式計(jì)算： o=0.36odeReo0.55Pr1/3（w)0.14=1159.1W/(m2)當(dāng)量直徑，由正三角形排列得： de=4(32t2-4do2)do=0.020(m)（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù)因水無(wú)相變，故其對(duì)流傳熱系數(shù)應(yīng)對(duì)應(yīng)流體無(wú)相變時(shí)的計(jì)算公式。管程流通截面積：Si

35、=4di2ns=0.01476(m2)殼程流體流速及其雷諾數(shù)：ui=(×3600)A=38670/(3600×999.7)0.01476=0.728(m/s)Rei=diui=0.020×0.728×999.70.0013077=11127.3普朗特準(zhǔn)數(shù)：Pr=cp=4.191×103×0.00130770.5745=9.538由圓直管內(nèi)湍流迪特斯和貝爾特關(guān)聯(lián)式7 姚玉英.化工原理.天津:天津大學(xué)出版社.P254,2005.1可得：因水走管程是被加熱流體，故n取0.4，則i=0.023didiu0.8(cp)n=2811.4/(m2)

36、（3）傳熱系數(shù)K查閱化工手冊(cè)8 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2002.8.有，碳鋼的Rsi=3.4394×10-4Wm2，鋼=45Wm，Rso=1.7197×10-4Wm2，dm=0.025-0.02ln0.0250.02=0.0224K=1doidi+Rsidodi+bdodm+Rso+1o=507.3W/(m2)（4）實(shí)際傳熱面積A計(jì)=QK實(shí)tm=225000507.3×44.5=9.90（m2)S實(shí)=doLN=3.14×0.025×1.5×94=11.07（m2)（5）裕度H=A計(jì)-S實(shí)S實(shí)×100%

37、=11.07-9.909.90=11.84%換熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。4.4.2換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1）管程流動(dòng)阻力Pi=P1+P2FtNsNp其中，對(duì)于25mm2.5mm的換熱管，結(jié)構(gòu)校正系數(shù)為Ft=1.4，串聯(lián)殼程數(shù) Ns=1，管程數(shù)Np=1，P1=ildu22，P2=u22考慮到鋼管在使用一段時(shí)間后其相對(duì)粗糙度會(huì)增大，故根據(jù)有換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)（錢頌文），選取相對(duì)粗糙度=0.0120=0.005，查莫狄圖得i=0.034W/(m2)則P1=ildu22=0.034×1.5×999.7×0.72820.02×2=675.53PaP2

38、=u22=3×999.7×0.72822=794.74（Pa）Pi=P1+P2FtNsNp=675.53+794.74×1.4×2×1=4116.76Pa<104Pa（2）殼程流動(dòng)阻力Po=P1'+P2'FtNsP1'=Ffonc(Ns+1)uo22P2'=NB(3.5-2hD)uo22其中，液體結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.15，串聯(lián)殼程數(shù) Ns=1，正三角形管子排列方式對(duì)壓力降的校正系數(shù)F=0.5，殼程流體的摩擦系數(shù)fo=5.0×Re-0.228Re>500P1'=FfoncNB+1uo

39、22=4034.63PaP2'=NB3.5-2hDuo22=3471.36(Pa)Po=P1'+P2'FtNs=4034.63+3471.36×1.15×1=8635.9Pa<104Pa由上述結(jié)果可以看出，管程壓降和殼程壓降都能滿足設(shè)計(jì)要求，換熱面積滿足生產(chǎn)所需，故設(shè)計(jì)的換熱器在理論上是可行的。5.換熱器主要部件及選擇5.1換熱器筒體尺寸與接管尺寸確定5.1.1殼體壁厚確定查閱有關(guān)的設(shè)計(jì)資料9，能得到如下信息：9 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.P136.2002.8.mm的鋼板，即取殼體厚度為8mm。5.1.2流體進(jìn)出口接管直徑

40、計(jì)算殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速0.668m/s，則接口管內(nèi)徑為：d=4Vu=4×30000/（838.75×3600）3.14×0.668=0.1376m查閱相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可取標(biāo)準(zhǔn)管146×6mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速0.74m/s，則接口管內(nèi)徑為d=4Vu=4×38.6736003.14×0.74=0.1360m查閱相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)管146×6mm。5.2換熱器封頭及防沖板選擇5.2.1封頭選型及尺寸確定本設(shè)計(jì)選用的是單殼程、單管程固定板式換熱器，殼徑D=400mm。封頭有方形和圓形兩種，方

41、形用于直徑?。ㄒ话阈∮?00mm）的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為400mm，故選用圓形封頭。上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4737-95橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN=400mm，曲面高度h1=100mm，h2=25mm。如圖所示，下封頭常與裙座焊接，材料用20R鋼。工業(yè)生產(chǎn)上常用的的固定板式管熱器有兩種結(jié)構(gòu)型式8，分別為焊入式和貼面式兩種，考慮到甲苯走殼程時(shí)容易滲漏，故選擇貼面式，由下圖可知，其法蘭是凹凸面法蘭，密封性能好，能有效防止甲苯的泄漏。故可在D=400mm時(shí)選用的換熱器結(jié)構(gòu)如下圖所示：5.2.2封頭厚度選取本課程設(shè)計(jì)的固定板式換熱器DN=400mm，公稱壓力PN=0

42、.6MPa。由下表選取封頭厚度為8mm。5.2.3防沖板的選擇防沖板一般有圓形和方形兩種，目的是為了減少流體對(duì)入口處的管子經(jīng)行沖擊從而引起設(shè)備的腐蝕和破壞。在本換熱器中，考慮到拆卸的方便性，選取比接口管徑大50mm的圓形防沖板。5.3管板的確定5.3.1管板尺寸管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。查得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：尺寸對(duì)照?qǐng)D如下：5.3.2管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，前者的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-15，其中圖1-15（a）形式是在管板上開(kāi)槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對(duì)

43、中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場(chǎng)合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，可采用圖1-15（b）形式，其焊接時(shí)較難調(diào)整。5.3.3管板厚度管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開(kāi)孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。對(duì)于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表1-6-21選用?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。換熱管的外徑為25mm，因而管板厚度取

44、為3/4=18.75，取上述的最小厚度20mm。5.3.4管箱接管最小尺寸查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，可以得到在無(wú)需膨脹節(jié)的情況下，其管箱接管位置的最小尺寸為可取120mm。5.3.5管板到第一塊折流板間距查閱網(wǎng)上的資料,第一塊折流板到管板的距離在設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩個(gè)，一是接管中心到管板的距離L1，這個(gè)考慮接管法蘭跟管板法蘭之間保證一定距離一遍安裝；二是接管中心到第一個(gè)折流板的距離L2，根據(jù)GB 151標(biāo)準(zhǔn)文件：折流板要盡量靠近防沖板，而防沖板要比接管大50mm；L1+L2就是第一塊折流板到管板的距離”，可以計(jì)算出，因此在CAD的裝配圖上管板到第一塊折流板的安裝尺寸應(yīng)為305mm。5.4換熱器支座及法蘭選定5.4

45、.1支座的選擇本換熱器為臥式內(nèi)壓容器，應(yīng)該選用鞍式支座，依照J(rèn)B/T4712-92雙鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)，選用DN=400 mm B1型鞍式支座。根據(jù)鞍式支座在換熱器上的布置原則：如圖所示：在本換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，L=1500mm ，取LB=0.6L=900mm，LC=LC，則LC=LC=300mm。 5.4.2法蘭選擇按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)JB/T 81-1994文件進(jìn)行選擇,上文也提到該換熱器應(yīng)使用凹凸面法蘭，此處不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。5.4.3折流板折流板的有關(guān)設(shè)計(jì)資料如下：a.折流板的最大無(wú)支撐間距換熱管外徑（mm）141619253238最大無(wú)支撐間距(mm)11001300150018502200250

46、0由上表可知 本換熱器的最大無(wú)支撐間距為1850mm。b.折流板的厚度可由下表得出：(參考文獻(xiàn)：化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) 朱有庭，曲文海主編)公稱直徑DN（mm）換熱管無(wú)支撐跨距<3003006006009009001200120015001500折流板的最小厚度(mm)<4003458101040070045610101270090056810121690015006810121616由上表知折流板的厚度取3mm，支撐板厚度為4mm。5.4.4拉桿直徑和數(shù)量與定距管選定根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，應(yīng)選用鋼拉桿，數(shù)量6條，但考慮到換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)稱更有利于設(shè)備使用壽命，故本換熱器選擇8根鋼拉

47、桿。又根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件GB/T 8163-2008流體輸送用無(wú)縫鋼管，故應(yīng)采用的定距管，并設(shè)定每個(gè)擋板的間距為170mm。5.4.5溫度補(bǔ)償圈選用冷熱流體的定性溫度差為：，從工程的經(jīng)濟(jì)性上考慮，可不設(shè)置補(bǔ)償圈。5.4.6列出所設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)基本參數(shù)根據(jù)以上計(jì)算可初步得出換熱器的基本參數(shù)，如下表所示：表- 2 換熱器基本參數(shù) 外殼直徑： D=400mm換熱面積： S=11.07換熱管數(shù)量： 94根管長(zhǎng)： 1500mm管子規(guī)格： 25mm2.5mm（鋼管）管中心距： t=32mm 管子排列方式： 正三角形排列管程數(shù) 2殼程數(shù)： 1折流板數(shù)： 7折流板間距： h=170mm拉桿數(shù)量： 8拉桿直徑： 1

48、2mm定距管： 與換熱管相同規(guī)格25mm2.5mm（鋼管）通過(guò)管板中心的管子數(shù)： nc=116輔助設(shè)備的計(jì)算和選型6.1輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)流程輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)流程如下：冷流體出口溫度流量管徑大小離心泵進(jìn)出口流速壓頭損失及相應(yīng)壓頭離心泵類型必須氣蝕余量離心泵理論安裝高度離心泵實(shí)際安裝高度圖- 3 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)流程6.2 離心泵2的計(jì)算和選型質(zhì)量流量： 總傳熱截面積：取離心泵的入口管內(nèi)徑 此段工序中，采用一個(gè)彎頭，取其當(dāng)量長(zhǎng)度L=1.73m,入口阻力系數(shù),一個(gè)截止閥，其當(dāng)量長(zhǎng)度,取離心泵的出口管長(zhǎng)L =150m。管路阻力： =12.555m.又因?yàn)閾Q熱器距地面7.5m，所以所需壓頭不低于（12.555

49、+7.5)=19.555m 。參考天津大學(xué)出版社（化工原理上冊(cè)）附錄，可選型號(hào)為IS80-65-125.可知必需氣蝕余量.允許安裝高度：通常為了安全起見(jiàn)，離心泵的實(shí)際安裝高度比允許安裝高度低0.5-1.0m。即，實(shí)際的安裝高度之間。6.3管道設(shè)計(jì)管道設(shè)計(jì)采用地下鋪設(shè)，這是由于地形因素，水管冰凍及節(jié)約投資等多種因素限制而采用這種鋪設(shè)方式。采用的管道管徑應(yīng)較一般管徑大，參考天津大學(xué)出版社（化工原理上冊(cè)），附錄P350。可選用109×9mm的無(wú)縫鋼管，與該管相連的離心泵入水口管徑可選用114×10mm的無(wú)縫鋼管。從河邊到蓄水池的管路應(yīng)根據(jù)地形適當(dāng)設(shè)置一些彎管，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)淖饔?，?/p>

50、以綜上所述取河邊到工廠蓄水池的管路全長(zhǎng)為2100m。6.4離心泵1的計(jì)算和選型取水的質(zhì)量流量為，離心泵的進(jìn)水管長(zhǎng)為4m(包括彎頭、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度) ，則進(jìn)水口的流速為：管路阻力：又因?yàn)樵搹S與河面的海拔高度差為4-6m，所以所選泵的壓頭不低于49.65m。參考天津大學(xué)出版社（化工原理上冊(cè)），附錄P355，可離心泵的型號(hào)為IS80-50-200.其必需氣蝕余量為2.5m。其允許安裝高度為：6.5蓄水池的設(shè)計(jì)根據(jù)，并假設(shè)水的損失率為1%，所以水的損失流量為據(jù)此，可，并假設(shè)對(duì)蓄水池內(nèi)水的補(bǔ)償周期T=10天，即240h，所以蓄水池在半個(gè)月內(nèi)所需補(bǔ)償誰(shuí)的體積為。根據(jù)所選離心泵的汽蝕余量為3m,所以蓄水池的

51、深度定為5m（即蓄水池深度大于所需汽蝕余量）且蓄水池設(shè)計(jì)為圓柱體型。由此可求出該蓄水池的直徑根據(jù)實(shí)際情況，考慮到蓄水池附近員工的生活、消防等用水，則所需蓄水池的體積應(yīng)大于144m3因此，蓄水池的直徑，則蓄水池的實(shí)際體積為：根據(jù)此工藝設(shè)計(jì)，離心泵2每天工作24h,離心泵1的工作周期為10天，即每隔10天抽水1次，工作時(shí)間為6.5h。7設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表7.1固定管板式換熱器設(shè)計(jì)一覽表表- 3 固定管板式換熱器設(shè)計(jì)一覽表?yè)Q熱器型式：固定管板式換熱器冷卻甲苯處理量：30噸/h主要工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱處理后的水甲苯操作壓力 MPa0.60.6操作溫度 進(jìn)/出 5/1060/45流量 kg/h386

52、5030000流體密度 kg/m³993.7838.75流速 m/s0.7280.668傳熱量 kw225總傳熱系數(shù) w/（·）507.3對(duì)流傳熱系數(shù) w/·k2811.41159.1污垢系數(shù) ·/w3.4394×10-41.7197×10-4壓強(qiáng)降 Pa4114.28635.9程數(shù) 21使用材料碳鋼碳鋼換熱管管規(guī)格 25mm2.5mm管數(shù) N94管心距 mm32中心排管數(shù) Nc11管排列方式正三角形定管距25mm2.5mm拉桿數(shù)量8拉桿直徑12mm折流擋板型式圓缺形折流板數(shù) NB7折流板間距 mm170折流板厚度 mm12殼體內(nèi)徑

53、mm400傳熱面積 S（）11.07封頭類型橢圓形殼體壁厚 mm8管板厚度 mm20封頭壁厚 mm8裕度 %11.84管長(zhǎng) mm15007.2輔助設(shè)備一覽表表- 4 輔助設(shè)備一覽表設(shè)備參數(shù)離心泵1離心泵2型號(hào)IS80-50-200IS80-65-125轉(zhuǎn)速r/min29002900流量40.0038.67揚(yáng)程/m49.6519.56效率%6972軸功率/KW9.873.63電機(jī)功率/KW155.5必需汽蝕余量/m2.53.0質(zhì)量（泵/底座）/Kg64/12044/46出口管道直徑/mm108×9mm75×2.5進(jìn)口管道直徑/mm114×10mm108×4

54、mm允許安裝高度/m6.74-7.246.23-6.83蓄水池大小/8.設(shè)計(jì)評(píng)述8.1設(shè)計(jì)目的及其意義化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。其次，化工設(shè)計(jì)所涉及到的知識(shí)全面性更是對(duì)我們自身所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，同時(shí)更是以實(shí)際工程問(wèn)題鍛煉著我們對(duì)問(wèn)題的思考能力以及解決能力，這兩種能力也是我們立足競(jìng)爭(zhēng)社會(huì)的制勝法寶。8.2設(shè)計(jì)過(guò)程的回顧本次化工原理課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，是自本人上大學(xué)以來(lái)第一次以小組合作形式來(lái)完成的實(shí)踐課程。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查閱方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能運(yùn)用CAD制圖軟件畫(huà)出簡(jiǎn)單的工藝流程、換熱器裝配圖；在設(shè)計(jì)過(guò)程中本人明白到了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該不停地詢問(wèn)著自己?jiǎn)柺裁匆@樣子選擇，因?yàn)檫@不僅只是我們?cè)O(shè)計(jì)的依據(jù)，更是我們鍛煉自己活躍思維的有效方法?；叵肫鹪O(shè)計(jì)的第一天，當(dāng)?shù)弥覀冃〗M的設(shè)計(jì)題目是用水溫為5的河水將60的甲苯冷卻到45，且甲苯流量為30t/h時(shí)，我們根本不知道應(yīng)該如何下手，雖然有化工原理課程設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)參考書(shū)籍，但經(jīng)過(guò)與化工原理課本相比，發(fā)現(xiàn)書(shū)上的計(jì)算公式都不盡相同，當(dāng)然，其結(jié)果也會(huì)截然不同。在這些計(jì)算結(jié)果面前，我們顯得有些不知所措，于是查閱更多的文獻(xiàn)，例如：化工工藝