武漢工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告說明書(乙醇---水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計(jì))

1、頁(yè)眉頁(yè)腳O我 2 %、疼絕二t：/ Wuhan Institute o I echnology材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱_專業(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_頁(yè)眉頁(yè)腳課題工作時(shí)間_材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)_班級(jí) 1111 高材 2 2學(xué)生姓名_發(fā)題時(shí)間：20142014 年 6 6 月 2323 日一、課題名稱乙醇-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

2、劑：自來(lái)軟水，進(jìn)口溫度計(jì)_八1）: ，出口溫度（t2）:（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)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2 . 1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取2 . 2 估算傳熱面積2.3 工藝尺寸計(jì)算2 . 4 面積核算2. 5 壁溫校核2 . 6 壓降校核3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 . 1 冷凝器安裝3 . 2 管設(shè)計(jì)3 . 3 管心距設(shè)計(jì)3 . 4 管板設(shè)計(jì)頁(yè)眉頁(yè)腳3 . 5 折流板設(shè)計(jì)3 . 6 殼體設(shè)計(jì)3 . 7 接管設(shè)計(jì)3 . 8 封頭設(shè)計(jì)3

3、. 9 法蘭設(shè)計(jì)3 . 10 支座設(shè)計(jì)3.11 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)說明書四、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)說明書內(nèi)容1 封面2 任務(wù)書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)任務(wù)順序說明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）1 設(shè)計(jì)動(dòng)員，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書20146232 搜集資料，閱讀教材，擬訂設(shè)計(jì)進(jìn)度2010.6.23 -6.243 設(shè)計(jì)計(jì)算（包括電算）2010625 - -6.274

4、 繪圖2010.6.28 -6.305 整理設(shè)計(jì)資料，撰寫設(shè)計(jì)說明書2010.7.1 7.36 設(shè)計(jì)小結(jié)及答辯2010.7.3 7.4指導(dǎo)教師（簽名）：20142014 年月日學(xué)科部（教研室）主任（簽名）：20142014 年月日頁(yè)眉頁(yè)腳說明:1 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，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)書訂在設(shè)計(jì)說明書首頁(yè)。2 2 .如果設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書后另設(shè)附表列出。頁(yè)眉頁(yè)腳3.3.所有簽名均要求手簽，以示負(fù)責(zé)材料科學(xué)與工程學(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

5、簽字：年月日頁(yè)眉頁(yè)腳答辯組成員簽字: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、回答問題能力202、綜合運(yùn)用專業(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)用工具書的能力55、獨(dú)立完成設(shè)計(jì)能力56、書寫情況（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)，深度理解課堂所講解的內(nèi)容；通過分析典型例題或 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-

6、水精餾塔頂產(chǎn)品冷凝器。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(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 餾塔頂乙醇一水氣相產(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)說明書。經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算，最終 設(shè)計(jì)出符合規(guī)定的冷凝器，并畫出相應(yīng)裝配圖。答辯記錄記錄人:頁(yè)眉頁(yè)腳關(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)頁(yè)眉1頁(yè)腳AbstractAbstractCurriculum design is a comprehensive and prac

7、tical teaching link in theteachingof the Principles of ChemicalEngineering course.Accordingto therequest of the topic and teaching content, we can do the independent practice and deeply understa nd the content of the class in detail.Through theanalysis of typicalexamplesor consultingreleva ntliterat

8、ure,a ndstudy ingonthe subjectdeeply,we cancon solidateand learnto use our knowledgetodesign theetha nol-waterdistillati on conden seroverhead product. Atthesame time, through the curriculum design,we can also make the students set up the correctdesign ideas, cultivate practical and realistic, serio

9、us and highly resp on sible work attitude.This course is to design a ethanol- water distillation tower condenser product,and desig n a conden ser, the esse nee of distillati on tower of etha nol -water vapour phase all conden sati onproducts.Thedesig n tasks in elude:1頁(yè)眉頁(yè)腳determine the design scheme

10、,anddraw the process diagram; 2 thethermod yn amic calculati on;3 structure desig n;4 draw assembly draw in gs; 5desig n specificati on. After careful calculati on, the final desig n con forms to the provisi ons ofthe conden ser, and draw the corresp onding assembly draw ing.Key words: conden ser; T

11、hermod yn amic data; Heat tran sfer area. Acco un ti ng.The structure desig n目 錄第一章概述1.1 冷凝的目的.1.2 換熱器的種類. 11.3 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頁(yè)眉1頁(yè)腳2.2流動(dòng)空間安排、管徑及流速的確定 . 42.3 物性參數(shù). 4第三章設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 估算傳熱面積. 73.2 工藝尺寸計(jì)算. 83.3 面積核算. 93.4 壁溫校核. 113.5 壓降校核. 113.5.1 管程壓降計(jì)算. 113.5.2 殼程壓降計(jì)算. 12第四章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1

12、冷凝器安裝. 134.2 管設(shè)計(jì). 134.3管心距（t）的設(shè)計(jì) . 144.3.1 管子在管板上的固定 . 144.3.2 管心距設(shè)計(jì). 154.4 管板設(shè)計(jì). 154.5 折流板設(shè)計(jì). 164.6 殼體設(shè)計(jì). 174.7 接管設(shè)計(jì). 174.8 封頭設(shè)計(jì). 184.9 法蘭設(shè)計(jì). 184.10 支座設(shè)計(jì). 184.11 其它. 194.12 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 . 19第五章設(shè)計(jì)小結(jié). -18-致謝. -19-參考文獻(xiàn). -19-頁(yè)眉頁(yè)腳第一章概述1.1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

13、；（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換熱器的種類表1換熱器的分類剛性結(jié)用于管殼溫差較小的情況（一般三 50C，關(guān)鍵不能清洗，殼程清固定管構(gòu)洗空難，殼程易走不宜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)板式帶膨脹節(jié)有一定溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力，不超過0.6MPa列管式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2

14、0%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外填料管間容易泄露，不易處理易揮發(fā)，易爆炸及壓力較高的介頁(yè)眉頁(yè)腳式函質(zhì)內(nèi)填料函密圭寸性能差，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

15、 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)。頁(yè)眉頁(yè)腳第二章設(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 C,出口溫度78.33oC。（91%的乙醇常壓下沸點(diǎn)為78.33C,過程中有相變，冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度30C, 而冷卻水的出口溫度為40C，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頁(yè)眉頁(yè)腳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

16、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25mmx2.5mm，在此，先假設(shè)水的流速ui=0.9m/s 2.3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t1=300冷卻水出口溫度t2=40C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)。91乙醇蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)=460779.82%919( )46.0718.022冷凝蒸汽的泡點(diǎn)：根據(jù)乙醇蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)，查下表可知該乙醇蒸汽的泡點(diǎn)頁(yè)眉頁(yè)腳由上圖，得到乙醇水溶液的泡點(diǎn)為78

17、.33C則其定性溫度為T78.33 78.3378.33oC2結(jié)合參考資料的相關(guān)內(nèi)容得到以下物性參數(shù)密度：Ph=745.54kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)：入=0.1638W/(mK)粘度：Ph=0.50032x10-3PaS定壓比熱容：Cph=3549J/(kgK)氣化熱：rh=794.35kJ/kg78.33C下水液體的物性:密度:pc=972.00kg/m圖1頁(yè)眉頁(yè)腳導(dǎo)熱系數(shù)：兀=0.632W/(mK)粘度：化=0.3653x10-3PaS定壓比熱容：Cpc=4192J/(kgK)3冷凝液體密度P=815.19kg/m34冷凝蒸汽的流量：一年以300天計(jì)，每天24小時(shí)，則F=80000 x103kg

18、/（300 x24）h=11111.11kg/h汽化熱r=r純乙醇x91%+rx9%=794.35KJ/kgx91%+1375KJ/kgx9%=846.7KJ/kg（注：飽和蒸氣的冷凝熱計(jì)算）6蒸汽的密度：P=4.628kg/ m37在35C下，水的黏度卩=0.727mpa.s8水的密度P=993.95kg/ m3Cpc4.174kj/（kg k）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)（78.33C）氣體密度（kg/m3）汽化熱粘度（mpa.s）導(dǎo)熱系數(shù)（w/冷凝液密度(kj/kg)(m.oC)(kg/m3)4.628846.70.4840.1642815.19頁(yè)眉頁(yè)腳表3水的

19、物性參數(shù)（35C）頁(yè)眉頁(yè)腳tmt1t2Int1(78.33 30) (78.33 40)ln(78.33 30)(78.33 40)43.14 C水的密度（kg/m3）粘度（mpa.s）導(dǎo)熱系數(shù)（w/比 熱 容(m.oC)(kj/(kg.k)993.950.7270.6264.174選取25mmx2.5mm的不銹鋼管，管內(nèi)流速Re如 三4000為湍流。取4500時(shí),得u=0.165m/s,取水的流速u=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 Q qmhrF846.72613.27kj /s (水的比熱容Cpc4.174kj/(kg k)3600其中，F(xiàn)-冷凝蒸汽的流量F=8000

20、0 x103kg/(300 x24)h=11111.11kg/hr-汽化熱Q-傳熱效率計(jì)算平均溫度因此，水的流量 qmcQCpc(t2t1)2613.27 10004.174 1000 (40 30)62.61kg/st1T t178.33 3048.33oCt2T t278.33 4038.33oC頁(yè)眉頁(yè)腳選取K=450w/(m2.C)貝 U A估-2613.27 1000伯厶&口2K估tm450 43.143.2工藝尺寸計(jì)算其中，i-水的密度di-管的內(nèi)徑Ui-水的流速其中，d。-管的外徑所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取9m的管子殼程溫度校正：RT2T178.3378.330P 3140 300

21、.207按單殼程和R,P值查表t2t14030T1t178.33 30得屮（校正系數(shù)）=10.8,則合適。所以選用單殼程的列管式換熱器。實(shí)際溫差tmtm1 43.14 43.14oC采用正三角形排列管數(shù) ns4qmcidi2Ui4 62.612993.95 3.14 0.0220.9222.9 根223 根管長(zhǎng) LAdns134.613.14 0.025 2237.69m則管程數(shù) Np扌7.6990.85 1管數(shù) N Npns1 223 223 根頁(yè)眉頁(yè)腳焊接時(shí) 管心距 t 1.25d01.25 0.025 0.03125mm，取整為32mm過中心線的管數(shù) &1.1 N 1.1 , 2

22、23 16.43根17根頁(yè)眉頁(yè)腳3.3面積核算水的普朗克常數(shù)Pr=4.865pl.雷諾數(shù)Re =0.02X0.9X993.95/(0.727X0.001)=24609.54000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)入=(0.618+0.634)/2=0.626w/(m.k)管程傳熱系數(shù)的計(jì)算2得i=4415.58w/(m k)殼程殼程傳熱系數(shù)的計(jì)算修正得00(0.6N0.5)1/61367.83 (0.6 2235)1/6946.94w/(m2. C)其中，0-蒸汽的密度殼徑D223,0.750.566m圓整可取600mm4 62.61993.95 3.14 0.022

23、2230.899m/s0.9m/si0.023-(dU )0.8(Cp)0.4.23廣畀設(shè)壁溫為54Ct tstw78.33 5424.33C23C7CU /0g r1/40.725(衛(wèi))ndot815.1929.81 0.16423846.7 1000、40.725(亦3)172/30.484 1030.025 24.331367.83w/(m2 oC)1.05t1.05 0.03125頁(yè)眉頁(yè)腳-蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)r -蒸汽的汽化熱頁(yè)眉頁(yè)腳n-過管中心的管子數(shù)-蒸汽的黏度 do-管子的外徑N-管子的總數(shù)目污垢熱阻不銹鋼的熱導(dǎo)率入=17w/(m.k)丄丄 b do丄蟲RsoRsiKdmdi idi

24、其中dm=(0.02+0.025)/2=0.0225mdi-管子的外徑d。-管子的內(nèi)徑i-管程的傳熱系數(shù)0-殼程的傳熱系數(shù)帶入數(shù)據(jù)得，丄11 72 1040.025 0.002520 1040251 0.025K 946.94.0.02250.024415.58 0.02所選換熱器的安全系數(shù)為：(519.61-450)/519.61100%=13.4%表明該換熱器的傳熱面積裕度符合要求ASKQtm261327 1000116.58m2519.61 43.14(A估一As)/A估=(134.61116.58)/134.6仁13.4%符合規(guī)定，因此假設(shè)合理3.4壁溫校核Rs01.72 104(m2

25、oC)/WRsi2.0 104(m2 oC)/W總傳熱系數(shù)求得K=519.61W/(m2C)450 W/(m2C頁(yè)眉頁(yè)腳外壁TwT肖丄Rso）7833 261（爲(wèi).00172）54沁其中，T-乙醇蒸汽的溫度Q-傳熱效率而假設(shè)的是54C,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)過程中因克服內(nèi)摩擦，而消耗機(jī)械能，流體通過水平的等徑直管時(shí) 產(chǎn)生的壓力降是阻力損失的直觀表現(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 量損耗問題。壓降是有一定范圍的，如果P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

26、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)。R ( PP)RNpNsP 每程局部阻力引起的壓降L2P各程直管損失，每管壓降Pidi2NS殼程數(shù)Np管程數(shù)Np1 Ns1Ft1.50 15鋼的粗糙度取0.15mm相對(duì)粗糙度一 空0.0075mmFt:管程結(jié)垢后的矯正di20頁(yè)眉頁(yè)腳系數(shù)，三角形排列為1.5,正方形排列為1.4680 23680 23)0.1 (0.0075)0.0349Re24609.5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)

27、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，零部件都是 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制Pr23ui223 0.9993.9521207.65paPt2iUi2P)0.0349 0.02NsNpFt92 993956322.04pa(6322.04 1207.65) 1.5 1 17529.69 pa30kpa頁(yè)眉頁(yè)腳定的，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)?/p>

28、管束斜轉(zhuǎn)一個(gè)角度a， a=30-Sin-1(do/2a)式中：do管子外徑a-管心距d 25sin(30) -0一 0.4，得6.4因此，將管束斜轉(zhuǎn)6.4度，這樣，層2t 2 31.25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a1只與管外壁的液膜

29、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30C,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、頁(yè)眉頁(yè)腳管徑、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常見形式，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。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X壁厚）：19X2、25X2.5

30、、38X2.5、57X2.5等，我們采用較小的管徑25X2.5，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19X2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

31、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頁(yè)眉頁(yè)腳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

32、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300C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

33、.25d0（我們選用脹接法）其中d。一管子外徑焊接時(shí) 管心距 t 1.25d01.25 0.0250.03125mm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 流體分隔開來(lái)。管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式及與管子的連接方式等 都要與管子設(shè)計(jì)一并頁(yè)眉頁(yè)腳決定頁(yè)眉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。

34、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=14.5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=0.25X600=150，取折流板間距B=0.6DB=0.6X600=360mm折流板數(shù)NB傳熱管長(zhǎng)/折流板間距 一 1 9000/360 1 24 塊折流板圓缺面水平裝置。公稱豆f仝DN (mro)換熱管無(wú)支撐跨距3003006006009009001200120015001500折流板的最小厚度(血)40034581040000Q56101Q12VOODOO561

35、0121690015006810121B16因此，折流板厚度選擇為12mm頁(yè)腳頁(yè)眉頁(yè)腳4.6殼體設(shè)計(jì)殼體的厚度計(jì)算 殼體的內(nèi)徑為600mm，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)混合氣的密度氣4.628kg / m3故取殼體進(jìn)口管規(guī)格為200 x6mm殼程流體出口接管：取流速u=1.5m/s0.057m 57mm故取80 x6mm管程流體進(jìn)出口接管：取u=0.9m/s故取 400mmx12mm殼程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi)乙醇蒸汽的流速為24m/s則接管內(nèi)徑為:4

36、 11111.11 3600 3.14 4.628 240.188m188mm核算流速 u11111.11 4d2/43600 3.14 4.628 0.188224.04m/ s，在范圍之內(nèi)，合理0.299m299mm4 m,X氣UiD24 11111.11 3600 3.14 815.19 1.5D4 62.613.14 993.95 0.9頁(yè)眉頁(yè)腳4.8圭寸頭設(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。管箱封頭有平板形、橢圓形、碟形等型式，換熱器

37、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。封頭公稱直徑以內(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hi=125mm。封頭選用：Dg500X10（標(biāo)準(zhǔn)JB 1154-73）4.9法蘭設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，其公稱直徑與管子公稱直徑一致法蘭外徑螺栓孔中螺栓孔直螺栓數(shù)量螺紋ThD心圓直徑徑LK10575144M124.10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

38、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,頁(yè)眉頁(yè)腳常用鞍式支座支撐，且采用雙支座，一個(gè)I型，一個(gè)U型，如下:JB116781，Dg500BIM3001個(gè)JB116781，Dg500BHM3001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)62.613.09進(jìn)/出溫度/r30/4078.33物性定性溫度/r3578.33密度/(kg/)993.95815.19定壓比熱容/

39、(J/kgK)4174粘度/(m Pas)0.7270.484熱導(dǎo)率/W/(mK)0.6260.1642普朗特?cái)?shù)4.865設(shè)備形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1頁(yè)眉頁(yè)腳管徑/mm25X2.5管心距/mm32頁(yè)眉頁(yè)腳構(gòu)參數(shù)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/ m2134.61折流板間距/mm360管程數(shù)1材質(zhì)不銹鋼法蘭外徑D/mm105公稱直徑/mm600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/（川.K）4415.58946.94污垢熱阻/（K/W）42.0 1041.72 10阻力/Pa7529.69傳熱系數(shù)/W/（川.K）450裕度/%13.4頁(yè)眉頁(yè)腳第五章設(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。化工原理課程設(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 畫出工藝流程等圖形。在設(shè)