武漢工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)乙醇水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計(jì)

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課題名稱(chēng) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師 課題工作時(shí)間 材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè) 高材 班級(jí)11高材2 學(xué)生姓名 發(fā)題時(shí)間： 2014 年 6 月 23 日一、 課題名稱(chēng)乙醇-水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計(jì)二、 課題條件（文獻(xiàn)資料、儀器設(shè)備、指導(dǎo)力量）（一）設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一冷凝器，冷凝乙醇-水系統(tǒng)精餾塔頂部的餾出產(chǎn)品，乙醇濃度與處理量如下所示，要求全部冷凝；(1) 處理能力： T/y。(2)產(chǎn)品濃度：含乙醇 %(3) 冷卻劑：自來(lái)軟水，進(jìn)口溫度計(jì)()：，出口溫度()： （二）操作條件：（1）生產(chǎn)方式：連續(xù)操作（2）生間時(shí)間：每年以300天計(jì)

2、算，每天24小時(shí)（3）冷凝器操作壓力為常壓，管程和殼程的壓力降均不大于30KPa。三、 設(shè)計(jì)任務(wù)1 確定設(shè)計(jì)方案，繪制工藝流程圖。2熱力學(xué)計(jì)算21熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取22估算傳熱面積23工藝尺寸計(jì)算24面積核算25壁溫校核26壓降校核3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31冷凝器安裝32管設(shè)計(jì)33管心距設(shè)計(jì)34管板設(shè)計(jì)35折流板設(shè)計(jì)36殼體設(shè)計(jì)37接管設(shè)計(jì)38封頭設(shè)計(jì)39法蘭設(shè)計(jì)310支座設(shè)計(jì)311其它4設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表5設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)6繪制裝配圖7編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四、 設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)物性數(shù)據(jù)：熱容、粘度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等。五、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容1封面2任務(wù)書(shū)3課程設(shè)計(jì)綜合成績(jī)?cè)u(píng)定表4中英文摘要。5目錄及頁(yè)碼6概述7按設(shè)計(jì)任

3、務(wù)順序說(shuō)明8結(jié)語(yǔ)簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)體會(huì)，收獲，提出建議等。9參考文獻(xiàn)10附冷凝裝配圖及流程圖六、 進(jìn)度計(jì)劃（列出完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）6.246.274 繪圖 6.305 整理設(shè)計(jì)資料，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7.36 設(shè)計(jì)小結(jié)及答辯 7.4指導(dǎo)教師（簽名）： 2014 年 月 日 學(xué)科部（教研室）主任（簽名）： 2014 年 月 日 說(shuō)明：1學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前，指導(dǎo)教師應(yīng)事先填好此任務(wù)書(shū)，并正式打印、簽名，經(jīng)學(xué)科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學(xué)生。設(shè)計(jì)裝訂時(shí)應(yīng)將此任務(wù)書(shū)訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首頁(yè)。2如果設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書(shū)后另設(shè)附表列出。3. 所有簽名均要求手簽,以示負(fù)責(zé)。材料科學(xué)與工程

4、學(xué)院課程設(shè)計(jì)綜合成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名學(xué)生班級(jí)設(shè)計(jì)題目指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽字：年 月 日答辯記錄答辯組成員簽字： 記錄人：年 月 日成績(jī)綜合評(píng)定欄設(shè)計(jì)情況答辯情況項(xiàng) 目權(quán)重分值項(xiàng) 目權(quán)重分值1、計(jì)算和繪圖能力351、回答問(wèn)題能力202、綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力102、表述能力（邏輯性、條理性）103、運(yùn)用計(jì)算機(jī)能力和外語(yǔ)能力104、查閱資料、運(yùn)用工具書(shū)的能力55、獨(dú)立完成設(shè)計(jì)能力56、書(shū)寫(xiě)情況（文字能力、整潔度）5綜合成績(jī)指導(dǎo)教師簽名： 學(xué)科部主任簽名： 年 月 日 年 月 日 摘 要 課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實(shí)際性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)課題要求和 課堂講授內(nèi)容，做相應(yīng)的自主練習(xí)，深度理解

5、課堂所講解的內(nèi)容；通過(guò)分析典型例題或者查閱相關(guān)文獻(xiàn)，針對(duì)此次課題深入研究，鞏固并學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)乙醇-水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。 本次課程設(shè)計(jì)為乙醇-水蒸餾塔塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)一臺(tái)冷凝器，將精 餾塔頂乙醇水氣相產(chǎn)品全部冷凝。設(shè)計(jì)任務(wù)包括：1確定設(shè)計(jì)方案，繪制工藝流程圖 ；2熱力學(xué)計(jì)算 ；3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4繪制裝配圖；5編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算，最終設(shè)計(jì)出符合規(guī)定的冷凝器，并畫(huà)出相應(yīng)裝配圖。關(guān)鍵詞：冷凝器；熱力學(xué)數(shù)據(jù)；傳熱面積；核算；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Curriculum desi

6、gn is a comprehensive and practical teaching link in the teaching of the Principles of Chemical Engineering course.According to the request of the topic and teaching content, we can do the independent practice and deeply understand the content of the class in detail.Through the analysis of typical e

7、xamples or consulting relevant literature,and studying on the subject deeply, we can consolidate and learn to use our knowledge to design the ethanol - water distillation condenser overhead product. At the same time, through the curriculum design,we can also make the students set up the correct desi

8、gn ideas, cultivate practical and realistic, serious and highly responsible work attitude. This course is to design a ethanol - water distillation tower condenser product, and design a condenser, the essence of distillation tower of ethanol - water vapour phase all condensation products.The design t

9、asks include: 1 determine the design scheme,and draw the process diagram; 2 the thermodynamic calculation; 3 structure design; 4 draw assembly drawings; 5 design specification. After careful calculation, the final design conforms to the provisions of the condenser, and draw the corresponding assembl

10、y drawing.Key words: condenser; Thermodynamic data; Heat transfer area. Accounting. The structure design 目 錄第一章 概述 1.1 冷凝的目的- 1 -1.2 換熱器的種類(lèi)- 1 -1.3 固定管板式換熱器的簡(jiǎn)單介紹-2-第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 換熱器的選型- 3 -2.2 流動(dòng)空間安排、管徑及流速的確定- 3 -2.3 物性參數(shù)- 3 -第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1估算傳熱面積- 6 -3.2工藝尺寸計(jì)算- 6 -3.3 面積核算- 6 -3.4 壁溫校核- 9 -3.5 壓降校核- 9 -3

11、.5.1管程壓降計(jì)算- 9 -3.5.2殼程壓降計(jì)算- 10 -第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 冷凝器安裝- 11 -4.2 管設(shè)計(jì)- 11 -4.3 管心距（t）的設(shè)計(jì)- 12 -4.3.1管子在管板上的固定- 12 -4.3.2管心距設(shè)計(jì)- 12 -4.4 管板設(shè)計(jì)- 13 -4.5 折流板設(shè)計(jì)- 13 -4.6 殼體設(shè)計(jì)- 14 -4.7 接管設(shè)計(jì)- 14 -4.8 封頭設(shè)計(jì)- 15 -4.9 法蘭設(shè)計(jì)- 15 -4.10 支座設(shè)計(jì)- 15 - 4.11 其它- 16 -4.12換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果- 16 -第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)-18-致 謝 -19-參考文獻(xiàn)-19- 第一章 概述 1.1

12、 冷凝的目的 在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其目的是：（1）回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品；（2）除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣的有害物質(zhì)，以免污染大氣。氣體和混合物的分離，往往是根據(jù)混合物各組分間某種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)進(jìn)行的。根據(jù)不同性質(zhì)上的差異，可以開(kāi)發(fā)出不同的分離方法，冷凝操作僅為其中之一，它是根據(jù)混合物各組分沸點(diǎn)不同而達(dá)到分離的目的的。1.2 換熱器的種類(lèi) 表1 換熱器的分類(lèi)列管式固定管板式剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般50，關(guān)鍵不能清洗，殼程清洗空難，殼程易走不宜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)帶膨脹節(jié)有一定

13、溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力，不超過(guò)0.6MPa浮頭式適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和結(jié)垢的場(chǎng)合，造價(jià)比固定式高20%U形管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難，管子難以更換填料函式外填料函管間容易泄露，不易處理易揮發(fā)，易爆炸及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函密封性能差，不能用于壓差較小的場(chǎng)合。釜式殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間，用于再沸蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)合和固定反應(yīng)器1.3 固定管板式換熱器的簡(jiǎn)單介紹 固定管板式換熱器的管端以焊接或膨脹的方法固定在管板上，管板與殼體以焊接的方式連接。主要部件有管箱、管板、管子膨脹節(jié)、定距管、折流板等組成。在殼體中設(shè)置有平行的管束，管束的兩端

14、用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼體的進(jìn)出管直接焊接在殼體上，裝有進(jìn)口或出口管的封頭管箱用螺栓與外殼兩管板緊固。管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可用管板分成任何程數(shù)。 第二章 設(shè)計(jì)方案2.1 換熱器的選型兩流體溫度變化情況：塔頂熱流體（乙醇蒸汽）進(jìn)口溫度78.33，出口溫度78.33oC。（91的乙醇常壓下沸點(diǎn)為78.33,過(guò)程中有相變，冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度30oC，而冷卻水的出口溫度為40oC，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用臥式的固定管板式換熱器。2.2 流動(dòng)空間安排、管徑及流速的確定雖然冷卻水較易結(jié)垢，但

15、乙醇易揮發(fā)、易爆炸走殼程不易漏，雖然流速太低將會(huì)加快污垢的增長(zhǎng)速度使換熱器的熱流量下降.再者,飽和蒸汽宜走管間,以便于及時(shí)排除冷凝液,工業(yè)生產(chǎn)也都是先從安全穩(wěn)定角度考慮的，所以總體考慮冷卻水應(yīng)該走管程，乙醇蒸汽走殼程冷凝，取管徑為25mm×2.5mm，在此，先假設(shè)水的流速=0.9m/s2.3 物性參數(shù)1、原始數(shù)據(jù)表 表1 原始數(shù)據(jù)表冷卻水進(jìn)口溫度 =30o冷卻水出口溫度 =40oC凝器操作壓力 p=101.325kpa冷凝蒸汽質(zhì)量含量 含乙醇91 根據(jù)已有條件，進(jìn)行以下計(jì)算與查表，得出我們所需的基本物性參數(shù)。乙醇蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)= 冷凝蒸汽的泡點(diǎn)：根據(jù)乙醇蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)，查下表可知該乙

16、醇蒸汽的泡點(diǎn) 。 圖1 乙醇水溶液（常壓）氣液平衡的溫度組成圖由上圖，得到乙醇水溶液的泡點(diǎn)為78.33則其定性溫度為結(jié)合參考資料的相關(guān)內(nèi)容得到以下物性參數(shù)78.33下乙醇液體的物性：密度： h=745.54kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)： h=0.1638W/（m·K）粘度： h=0.50032×10-3 Pa·S定壓比熱容： Cph=3549J/（kg·K）氣化熱： rh=794.35kJ/kg78.33下水液體的物性：密度： =972.00kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)： =0.632W/（m·K）粘度： =0.3653×10-3 Pa·S定壓

17、比熱容： Cp=4192J/（kg·K）冷凝液體密度=815.19kg/m3冷凝蒸汽的流量：一年以300天計(jì)，每天24小時(shí)，則 F=80000×103kg/(300×24)h11111.11kg/h汽化熱 r=r純乙醇×91+r×9 =794.35KJ/kg×91+1375KJ/kg×9 =846.7KJ/kg （注：飽和蒸氣的冷凝熱計(jì)算）蒸汽的密度： =4.628kg/ m3 在35下，水的黏度=0.727mpa.s 水的密度=993.95kg/ m3 將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納如下： 表2乙醇-水蒸汽的物性參數(shù)（78.33）

18、氣體密度（kg/m）汽化熱（kj/kg）粘度（mpa.s）導(dǎo)熱系數(shù)（w/（m.oC）冷凝液密度（kg/m） 4.628 846.7 0.484 0.1642 815.19 表3水的物性參數(shù)（35） 水的密度（kg/m）粘度（mpa.s）導(dǎo)熱系數(shù)（w/（m.oC）比熱容（kj/(kg.k) 993.95 0.727 0.626 4.174選取25mm×2.5mm的不銹鋼管，管內(nèi)流速 4000為湍流。取4500時(shí)，得u0.165m/s,取水的流速u(mài)=0.9m/s 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1估算傳熱面積傳熱效率 （水的比熱容）因此，水的流量其中，F(xiàn)-冷凝蒸汽的流量 F=80000×

19、103kg/(300×24)h11111.11kg/h r-汽化熱 Q-傳熱效率計(jì)算平均溫度 選取K=450w/(. ) 則 3.2工藝尺寸計(jì)算管數(shù)其中，-水的密度 -管的內(nèi)徑 -水的流速管長(zhǎng) 其中，-管的外徑 所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取9m的管子則管程數(shù) 管數(shù)殼程 溫度校正： 按單殼程和R,P值查表得（校正系數(shù))=1>0.8,則合適。所以選用單殼程的列管式換熱器。實(shí)際溫差 采用正三角形排列焊接時(shí)，取整為32mm過(guò)中心線(xiàn)的管數(shù) 殼徑 圓整可取600mm水的流速3.3 面積核算水的普朗克常數(shù)Pr=4.865 雷諾數(shù)=0.02×0.9×993.95/(0.727

20、5;0.001)=24609.5>4000 為湍流其中，d-管的內(nèi)徑 u-水的流速 -水的密度水的導(dǎo)熱系數(shù)=(0.618+0.634)/2=0.626w/(m.k)管程傳熱系數(shù)的計(jì)算得=4415.58殼程設(shè)壁溫為54 殼程傳熱系數(shù)的計(jì)算修正得其中，-蒸汽的密度 -蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù) r -蒸汽的汽化熱 n-過(guò)管中心的管子數(shù) -蒸汽的黏度 -管子的外徑 N-管子的總數(shù)目污垢熱阻 不銹鋼的熱導(dǎo)率=17w/(m.k)總傳熱系數(shù) ，其中dm=(0.02+0.025)/2=0.0225m -管子的外徑 -管子的內(nèi)徑 -管程的傳熱系數(shù) -殼程的傳熱系數(shù)帶入數(shù)據(jù)得，求得K=519.61W/()>45

21、0 W/() 所選換熱器的安全系數(shù)為：(519.61-450)/519.61=13.4%表明該換熱器的傳熱面積裕度符合要求。 （A估As)/A估=（134.61116.58)/134.61=13.4% 符合規(guī)定，因此假設(shè)合理3.4 壁溫校核外壁其中，T-乙醇蒸汽的溫度 Q-傳熱效率而假設(shè)的是54，與假設(shè)相符，因此壁溫合適3.5 壓降校核實(shí)際流體在流動(dòng)過(guò)程中因克服內(nèi)摩擦，而消耗機(jī)械能，流體通過(guò)水平的等徑直管時(shí)產(chǎn)生的壓力降是阻力損失的直觀(guān)表現(xiàn)。同時(shí)，局部阻力也會(huì)引起機(jī)械能損耗。我們要計(jì)算壓降，是要以此來(lái)選擇泵、鼓風(fēng)機(jī)等動(dòng)力裝置，以此為基礎(chǔ)來(lái)選擇高位槽以及評(píng)價(jià)能量損耗問(wèn)題。壓降是有一定范圍的，如果P

22、增大，泵功率消耗增加，對(duì)傳熱面的沖蝕加劇等不利影響致使我們必須選擇合理的壓降。3.5.1管程壓降計(jì)算管程總阻力損失應(yīng)是各程直管損失與每程回彎阻力和進(jìn)出口等局部損失之和，進(jìn)出口等局部損失可忽略不計(jì)。 鋼的粗糙度取0.15mm 相對(duì)粗糙度mm Ft：管程結(jié)垢后的矯正系數(shù)，三角形排列為1.5，正方形排列為1.4符合規(guī)定，因此設(shè)計(jì)合理3.5.2殼程壓降計(jì)算蒸汽冷凝殼程壓降很小,可不進(jìn)行壓降核算,可忽略。 第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳熱計(jì)算與選型以后的工作就是進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)與選用，一般來(lái)說(shuō)，零部件都是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的，我們必須有合理的依據(jù)才能選用到合理經(jīng)濟(jì)的部件，使換熱器完全發(fā)揮其作用，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍是較為重

23、要的一部分內(nèi)容。4.1 冷凝器安裝我們?cè)O(shè)計(jì)的是臥式冷凝器，臥式冷凝器傳熱系數(shù)較高，不易積氣，檢修和安裝方便，但占地面積大，為減薄液膜厚度，安裝時(shí)應(yīng)有1/100左右坡度，或?qū)⒐苁鞭D(zhuǎn)一個(gè)角度， =30o-Sin-1（d0/2a）式中：d0管子外徑 a管心距 ，得因此，將管束斜轉(zhuǎn)6.4度，這樣，層積累的凝液僅包住下層管周的1/4左右，當(dāng)管子上下層數(shù)很多時(shí)，也可考慮水平分隔，以引出上層凝液。隨著蒸汽的冷凝，其通道截面積可逐漸縮小，以保持必要的汽速，并改善分布，消除死角，蒸汽中混有不凝氣時(shí)，這一措施的效果更為顯著。 冷凝器設(shè)計(jì)中，組合方式有單臺(tái)大型，多臺(tái)并聯(lián)，多臺(tái)串聯(lián)等基本形式，我們只用 一臺(tái)單型。由

24、傳熱計(jì)算可知，傳熱系數(shù)K的主要矛盾在冷凝側(cè)，我們可限制冷凝負(fù)荷，達(dá)到提高K的目的。 殼程的1只與管外壁的液膜有關(guān)，即與液膜的層次、湍流有關(guān)。在通入蒸汽前必須有一排氣管先排放出空氣和一些不凝性氣體，冷凝過(guò)程中要關(guān)閉并防止泄漏。4.2 管設(shè)計(jì) 由于操作溫度高于30，所以選用焊接形式，此種方式的優(yōu)越性表現(xiàn)在：管板孔加工要求低，加工簡(jiǎn)便，焊接強(qiáng)度高，在高溫高壓下仍能保持連續(xù)的緊密性等。傳熱管的形狀、尺寸和布置對(duì)換熱器性能和經(jīng)濟(jì)影響很大，管子設(shè)計(jì)內(nèi)容包括管形、管徑、管長(zhǎng)、管束排列方式及管材等決定。1 、管子外形有光管、翅片管或螺紋管兩類(lèi)常見(jiàn)形式，一般情況應(yīng)盡量采用光管，以求經(jīng)濟(jì)易得和安裝、檢修、清洗方便

25、。2、 管徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸：我國(guó)列管式換熱器標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)縫鋼管規(guī)格有（外徑×壁厚）：19×2、25×2.5、38×2.5、57×2.5等，我們采用較小的管徑25×2.5，小管徑能強(qiáng)化傳熱，且單位體積傳熱面大，結(jié)構(gòu)緊湊，金屬耗量少，傳熱系數(shù)也高，且流阻大，但不便清洗，且易結(jié)垢阻塞，所以我們不選太小的19×2的管子。3、管子的長(zhǎng)度應(yīng)以經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性雙方面為依據(jù)，在殼徑600mm下，本設(shè)計(jì)選用9m的不銹鋼管。4、管子在管板上的排列方式，應(yīng)力求均布、緊湊，并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求。我們選用最常用的等邊三角形式，其一邊與流向垂直，在水平管稍

26、微傾斜的情況下，管子以正三角形錯(cuò)列，管外的冷凝液將下面的管子潤(rùn)濕的機(jī)會(huì)就變少，這樣可保持較高的傳熱系數(shù)，并且正三角形排列法在一定的管極面積上可以配置較多的管子數(shù)，且由于管子間的距離都相等，在管極加工時(shí)便于劃線(xiàn)與鉆孔。我們所設(shè)計(jì)的管子數(shù)為223根，層數(shù)大于6，則其最外層管子和殼體之間弓形部分也應(yīng)配置上附加的管子，這樣不但可以增加排列管數(shù)，增大傳熱面積，而且清除了管外空間這部分不利于傳熱的地方。4.3 管心距（t）的設(shè)計(jì)4.3.1管子在管板上的固定管子在管板上的固定方法，必須保證管子和管板連接牢固，不會(huì)在連接處產(chǎn)生泄漏否則將會(huì)給操作帶來(lái)嚴(yán)重的故障。目前廣泛采用的連接方法有脹接和焊接兩種。 1.脹接

27、是利用脹管器擠壓伸入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)取去脹管器后，管板彈性收縮，管板與管子之間就產(chǎn)生一定的擠緊壓力，緊緊的貼在一起，達(dá)到密封固緊連接的目的。2. 焊接，當(dāng)溫度高于300oC或壓力高于40kgf/cm2時(shí)，一般采用焊接法。4.3.2管心距設(shè)計(jì)管心距就是指管板上兩管子中心的距離。管心距的決定要考慮管板的強(qiáng)度和清洗管子外表面時(shí)所需的空隙，它與管子在管板上的固定方法有關(guān)。當(dāng)管子采用焊接方法固定時(shí)，相鄰兩根管的焊縫太近，就會(huì)互相受到影響，使焊接質(zhì)量不易保證，而采用脹接法固定時(shí)，過(guò)小的管芯距會(huì)造成管板在脹接法時(shí)由于在擠壓力的作用下發(fā)生變形，失去了管子與管板

28、之間的連接力，因此。管心距必須有一定的數(shù)值范圍。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最小的管心距Smin一般采用：焊接法 Smin=1.25d0脹接法 Smin1.25d0 (我們選用脹接法)其中 d0管子外徑 焊接時(shí)因此，管間距取32mm。4.4 管板設(shè)計(jì)1、 管板的作用是固定作為傳熱面的管束，并作為換熱器兩端的間壁將管程和殼程流體分隔開(kāi)來(lái)。管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開(kāi)孔方式及與管子的連接方式等都要與管子設(shè)計(jì)一并決定。2、 管板直徑與殼體直徑應(yīng)一致，管板厚度與材料強(qiáng)度、介質(zhì)壓力、溫差和壓差、溫差以及管子和外殼的固定方式和受力狀況因素有關(guān)。連接管板最小厚度，此時(shí)管板厚度b=3/4d.3、 固定管板式的管板與殼

29、體的連接采用不可拆式，兩端管板直接焊在外殼上并伸出殼體圓圈之外兼作法蘭。拆下頂蓋可檢修接口或清掃管內(nèi)。4、 管板厚度取40mm。5、 管程數(shù)的確定： Np=L/L=7.69/9=0.85 所以取 管程數(shù) Np=1 4.5 折流板設(shè)計(jì)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%，則切去的圓缺高度為h=0.25×600=150，取折流板間距B=0.6D B=0.6×600=360mm 折流板數(shù) 折流板圓缺面水平裝置。因此,折流板厚度選擇為12mm4.6 殼體設(shè)計(jì)殼體的厚度計(jì)算殼體的內(nèi)徑為600mm，一般用鋼板卷制外殼厚度可用有關(guān)公式計(jì)算，也可直接查閱參考文獻(xiàn)選取。公稱(chēng)

30、直徑：Dg= 500 mm 厚度：10mm一米高筒節(jié)鋼板重量：125kg，由此來(lái)選支撐板和支座。4.7 接管設(shè)計(jì)混合氣的密度殼程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi)乙醇蒸汽的流速為24ms則接管內(nèi)徑為：核算流速 ，在范圍之內(nèi)，合理故取殼體進(jìn)口管規(guī)格為200×6mm殼程流體出口接管：取流速u(mài)=1.5m/s故取80×6mm管程流體進(jìn)出口接管：取u=0.9m/s故取400mm×12mm4.8 封頭設(shè)計(jì)封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。由于所設(shè)計(jì)的換熱器的殼體直徑較小，故采用封頭，接管和封頭可采用法蘭連接，街頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。管箱封

31、頭有平板形、橢圓形、碟形等型式，換熱器以前兩種形式居多，橢圓形力學(xué)性能好，所需壁厚小，受力狀況僅次于球形封頭，且有專(zhuān)用模具沖壓，加工簡(jiǎn)單，所以我們選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭。封頭公稱(chēng)直徑以?xún)?nèi)徑為500mm，其厚度與殼體厚度相一致為10mm，由 參考文獻(xiàn)查得，直邊高度h2=40mm,重量G為27.1kg，標(biāo)記為：曲面高度 h1=125mm 。封頭選用：Dg500×10（標(biāo)準(zhǔn)JB 1154-73）4.9 法蘭設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，其公稱(chēng)直徑與管子公稱(chēng)直徑一致。法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓數(shù)量螺紋Th10575144M124.10 支座設(shè)計(jì)化工設(shè)備上的支座是支持設(shè)備重量和固定設(shè)備

32、位置用的一種不可或缺的部件，在某些場(chǎng)合下，支座還可以承受設(shè)備操作時(shí)的震動(dòng)，地震載荷，風(fēng)雪載荷等。支座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸往往決定于設(shè)備的形式、載荷情況及構(gòu)造材料。最常用的有：懸掛式支座，支撐式支座和鞍式支座。 此次設(shè)計(jì)的換熱器為臥式設(shè)備，常用鞍式支座支撐，且采用雙支座，一個(gè)型，一個(gè)型，如下： JB116781， Dg500BIM300 1個(gè)JB116781， Dg500BM300 1個(gè)4.11 其它均可根據(jù)容器設(shè)計(jì)規(guī)范取用或計(jì)算，一般均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4.12換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/（kg/s） 62.61 3.09進(jìn)/出溫度/30/4078.33物性定性溫度/3578.33密度

33、/（kg/） 993.95 815.19定壓比熱容/（J/kg·K） 4174 粘度/（m Pa·s）0.7270.484熱導(dǎo)率/W/(m·K)0.6260.1642普朗特?cái)?shù)4.865 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm25×2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm9000管子排列正三角形管數(shù)目/根223折流板數(shù)/個(gè)24傳熱面積/134.61折流板間距/mm360管程數(shù) 1材質(zhì)不銹鋼法蘭外徑D/mm 105 公稱(chēng)直徑/mm 600主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s)0.91.5表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(·K)4415.58

34、946.94污垢熱阻/(·K/W）阻力/Pa7529.69 傳熱系數(shù)/W/(·K) 450裕度/% 13.4 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 本次化工原理課程設(shè)計(jì)是我們學(xué)習(xí)化工原理以來(lái)第一次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)，歷時(shí)一個(gè)多星期?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是必不可少的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使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)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫(huà)出工藝流程等圖形。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。 在設(shè)計(jì)冷凝管的過(guò)程中，我們遇到了很多困難，小組同學(xué)積極討論，再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算，最后進(jìn)行對(duì)工業(yè)材料上的選取論證和后期乙醇水精餾塔頂蒸汽冷凝器裝配圖的繪制等過(guò)程，我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中