1、目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)3第一章 前 言4第二章 概 述52.1冷凝的目的52.2冷凝器的類型52.2.1立式殼管式冷凝器52.2.2臥式殼管式冷凝器52.3設(shè)計(jì)方案的確定6第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算83.1初選結(jié)構(gòu)83.1.1 物性參數(shù)83.1.2設(shè)Ko 初選設(shè)備93.2傳熱計(jì)算103.2.1管程換熱系數(shù)2103.2.2 殼程傳熱熱系數(shù)1113.2.3污垢熱阻與傳導(dǎo)熱阻113.2.4 校核傳熱113.3 壓降計(jì)算123.3.1管程壓降計(jì)算123.3.2殼程壓降計(jì)算12第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)134.1 冷凝器的安裝與組合134.2管子設(shè)計(jì)134.3 管間距（S）的設(shè)計(jì)144.3.1管子在管板上的固定144.3.2管

2、間距144.4管板設(shè)計(jì)144.5 殼體的厚度計(jì)算154.6 封頭設(shè)計(jì)154.7 管程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)154.7.1進(jìn)出口管徑設(shè)計(jì)154.7.2位置設(shè)計(jì)154.8 殼程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)154.8.1出口管徑（冷凝液）154.8.2蒸汽入口管徑的設(shè)計(jì)154.8.3位置設(shè)計(jì)164.9法蘭164.10支座164.11其它16第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)17致 謝18參考文獻(xiàn)18課程設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)題目：乙醇=水精餾塔塔頂產(chǎn)品全凝器設(shè)計(jì)條件： 處 理 量： 6 萬噸年 產(chǎn)品 濃度： 含乙醇 95 操作 壓力： 常壓 冷卻 介質(zhì)： 水 壓 力： P= 303.9kPa 水進(jìn)口溫度： 30oC 水出口溫度： 40oC第一章 前

3、言課程設(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)。它要求學(xué)生利用課程理論知識，進(jìn)行融會貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時，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：一 設(shè)計(jì)計(jì)算初選冷凝器結(jié)構(gòu) 二 傳熱計(jì)算一 壓降計(jì)算二 冷凝器計(jì)算三 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們選用的冷凝器為臥式冷凝器，傳熱系數(shù)較高，不易積氣，檢修和安裝方便，為減薄液膜

4、厚度，安裝時應(yīng)有1/100左右坡度。設(shè)計(jì)選用的列管換熱器類型為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱設(shè)備，在工業(yè)中應(yīng)用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、適應(yīng)性強(qiáng)、可用于調(diào)溫調(diào)壓場合等優(yōu)點(diǎn)。在工藝計(jì)算過程中，由于選取K0不當(dāng)或其他條件選取不當(dāng)，造成在校核時K0不符合要求。在重新選取K0的同時，改變了其他的條件，如：n，L等，經(jīng)過二次校核達(dá)到了預(yù)期的目的。最后在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮到合理經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行了零部件的設(shè)計(jì)與選用，使換熱器完全發(fā)揮其作用。由于缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，我們的設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可能存在某些方面的不足，希望指導(dǎo)老師給予建議和批評。同時感謝指導(dǎo)老師和參

5、考文獻(xiàn)作者對我們本次設(shè)計(jì)任務(wù)的支持和幫助。第二章 概 述 2.1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。2.2冷凝器的類型冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三大類。這里只介紹水冷式冷凝

6、器。冷式冷凝器是以水作為冷卻介質(zhì)，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般循環(huán)使用，但系統(tǒng)中需設(shè)有冷卻塔或涼水池。水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種，常見的是殼管式冷凝器。2.2.1立式殼管式冷凝器 立式冷凝器的主要特點(diǎn)是：（1）由于冷卻流量大流速高，故傳熱系數(shù)較高，一般K=600700(kcal/m2hk)。（2）垂直安裝占地面積小，且可以安裝在室外。（3）冷卻水直通流動且流速大，故對水質(zhì)要求不高，一般水源都可以作為冷卻水。（4）管內(nèi)水垢易清除，且不必停止制冷系統(tǒng)工作。（5）但因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有24，對數(shù)平均溫差一般在56左右，故耗水量較大。且由于設(shè)備置

7、于空氣中，管子易被腐蝕，泄漏時比易被發(fā)現(xiàn)。2.2.2臥式殼管式冷凝器它與立式冷凝器有相類似的殼體結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于殼體的水平安放和水的多路流動。臥式冷凝器不僅廣泛地用于氨制冷系統(tǒng)，也可以用于氟利昂制冷系統(tǒng)，但其結(jié)構(gòu)略有不同。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，安裝時應(yīng)有1/100左右坡度，或?qū)⒐苁鞭D(zhuǎn)一個角度。本次乙醇水蒸餾塔塔頂產(chǎn)品冷凝器的設(shè)計(jì)中，采用的就是臥式殼管式冷凝器。2.3設(shè)計(jì)方案的確定確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在考慮可行性，經(jīng)濟(jì)性，先進(jìn)性，安全性等的基礎(chǔ)上，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理、生產(chǎn)可行的要求，符

8、合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。1、方案的可行性（1）設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮符合國情和因地制宜原則，流程布置和設(shè)備結(jié)構(gòu)不應(yīng)超出一般土建要求和機(jī)械加工能力。（2）滿足工藝和操作的要求。即所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。2、方案的經(jīng)濟(jì)性（1）應(yīng)對市場情況作適當(dāng)?shù)木C合分析，估計(jì)產(chǎn)品目前和將來的市場需求；（2）設(shè)計(jì)應(yīng)符合能量充分有效合理利用和節(jié)能原則，符合經(jīng)常生產(chǎn)費(fèi)用和設(shè)備投資費(fèi)用的

9、綜合核算最經(jīng)濟(jì)原則，符合有用物料高回收率、低損耗率原則，也即近代所提出的“優(yōu)構(gòu)低耗高效”原則3、方案的先進(jìn)性應(yīng)對目前工廠生產(chǎn)上和設(shè)備上存在的問題提出改進(jìn)方案和改進(jìn)措施，并盡可能采用國內(nèi)外最新技術(shù)成果。 4、方案的安全性對易燃、易爆、有腐蝕的物料，在設(shè)計(jì)時應(yīng)格外注意，都應(yīng)采用相應(yīng)的設(shè)備與操作參數(shù)以確保。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。5、方案的可靠性和穩(wěn)定性 現(xiàn)代化生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮運(yùn)行的安全可靠和操作的穩(wěn)定易控這一原則。不得采用缺乏可靠性的不成熟技術(shù)和設(shè)備，不得采用難以控制或難以保證安全生產(chǎn)的技術(shù)和設(shè)備。以上幾項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣

10、重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對其他原則只要求作一般的考慮。第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1初選結(jié)構(gòu)3.1.1 物性參數(shù)1、原始數(shù)據(jù)表 表3-1 原始數(shù)據(jù)表冷卻水進(jìn)口溫度 t=30o備 注冷卻水出口溫度 t=40oCI二者均為表壓力冷卻水工作壓力 P2 =303.9kPa飽和蒸汽冷凝操作壓P1 =1.033kgf/cm2冷凝蒸汽質(zhì)量含量： 含乙醇952、物性參數(shù)計(jì)算（1）乙醇蒸汽摩爾分?jǐn)?shù) （95/46）/(95/46+5/18)*100%=88.14%冷凝蒸汽的泡點(diǎn)： 泡點(diǎn)Fs=78.2oC液體密度 1=804.52kg/m3冷凝蒸汽的流量：一

11、年以365天計(jì)，除去一月30天大修時間，則 G1=60000×103kg/(335×24×3600)s2.073kg/s蒸汽的汽化潛熱: r1=946.75KJ/kg (冷凝水出口溫度接近Fs)蒸汽的密度： =1.5kg/ m3 (P=1.013bar)總結(jié)如下表表3-2 乙醇蒸汽物性參數(shù)符號計(jì)算項(xiàng)目單位數(shù)值備注Y摩爾分?jǐn)?shù)88.14%依公式計(jì)算Fs冷凝蒸汽的泡點(diǎn)oC78.2查物性表1液體密度kg/m3804.52查物性表G1冷凝蒸汽的流量kg/s2.073依公式計(jì)算r1蒸汽的汽化潛熱KJ/kg946.75查物性表（冷凝水出口溫度接近Fs蒸汽的密度kg/m31.5查

12、物性表(2)水計(jì)算過程：定性溫度tm=（t1 +t2）/2=（30+40）oC /2=35 oC普朗特?cái)?shù)Pr2= Cp222=4.174×103×0.7225×10-3/0.626=4.82表3-3 水的物性參數(shù)表符號計(jì)算項(xiàng)目單 位數(shù) 值計(jì)算公式或圖表備 注tm水的定性溫度oC35(t2+ t2/2出入口溫差不大2水的密度kg/ m3994查物性表3Cp2水的比熱KJ/kgoC4.174查物性表3定壓重量比熱2水的導(dǎo)熱系數(shù)w/moC0.626查物性表32水的粘度PaS727.4×10-6查物性表3Pr2水的普朗特指數(shù)4.847查物性表或計(jì)算Cp2223、

13、物料衡算 Q0=ms1r1=ms2Cp2(t2- t2) G1=ms1 G2=ms2 設(shè)計(jì)傳熱量 Q0=G1r1=2.073kg/s×946.75KJ/kg=1.963×106w 冷卻水流量 G2= Q0/ Cp2(t2- t1)= 1.963×106/4×174×(40-30)=47.02kg/s4、平均溫度差（逆流時）tm=(t1-t2)/ln(t1/t2) =(78.2-30)-(78.2-40)/ (78.2-30)/(78.2-40)=43.01 oC5、壁溫的確定由于蒸汽冷凝一側(cè)的對流傳熱系數(shù)較水側(cè)的小得多，故內(nèi)壁溫度接近于水的溫度

14、。同時，由于管壁的熱阻也很小，故管外壁溫度比較接近于內(nèi)壁溫度，故可設(shè)tw=Tw=58oC,則冷凝蒸汽的液膜平均溫度Tm=1/2(Tw+Ts)=1/2(78.2+58)=68 oC,此即冷凝液膜的定性溫度。由此得：冷凝液膜的導(dǎo)熱系數(shù)10.177 w/m2·oC，粘度1=0.54×10-3 PaS3.1.2設(shè)Ko 初選設(shè)備1.在進(jìn)行換熱器的計(jì)算時，需先估計(jì)冷熱流體的傳熱系數(shù)，工業(yè)換熱器中傳熱系數(shù)的大致范圍如表2-4，由表可見，一側(cè)冷凝的管殼式換熱器傳熱系數(shù)k為290-4700 w/m2·oC故可初設(shè)Ko650 w/m2·oC，由公式：Q0=KoA0tm A0

15、= Q0/ Kotm故初步設(shè)計(jì)其傳熱面積A0=1.963×106/（650*43.01）=70.2 m22、選用25X2.5mm碳鋼管，設(shè)水速Uw0.8m/s單程管數(shù)Nt= G2/（u/4d22）=47.02/（0.8*0.875*0.0004*994）=188根單程管長L= A0/ Ntd1=70.2/(188*3.14*0.025)=4.75m選定換熱管長 L=6m則管程數(shù)Np為 Np=L/L=4.75/6=0.79取 Np=1 ， 則總管數(shù)Nt=Np*Nt=188根表2-4管殼式換熱器的K值大致范圍進(jìn)行換熱的流體傳熱系數(shù)Kw/m2·oC4卡/ m2·h

16、83;oC由氣體到氣體12-3510-30由水到水800-1800700-1500由冷凝蒸氣到水29-4700250-4000由冷凝蒸氣到油60-35050-300由冷凝蒸氣到沸騰油290-870250-750由有機(jī)溶劑到輕油120-400100-3403. 初選換熱器根據(jù)A0=70.2 m2，Nt=188根，Np=1，查列管式固定板換熱器的基本參數(shù)，選甲G500-1-25-80列管換熱器：20公 稱 直 徑 Dg=500mm公稱傳熱面積 S=80m2管 數(shù) Nt=177 管 子 規(guī) 格 25X2.5mm公稱壓力 Pg=2.5×106Pa管 程 數(shù) Np=1管 長 L=6m管 心 距

17、 a=32mm管 內(nèi) 徑 d1=20mm管 子 外 徑 d2=25mm管子壁厚 =2.5mm附：管子排列方式正三角形管子的平均直徑：dm= (d1-d2 )/ （d1/d2）=22.4mm4、計(jì)算換熱器的外表面積A1= Ntdml=3.14*0.025*177*6=83.4m23.2傳熱計(jì)算3.2.1管程換熱系數(shù)2（1） 管程流通截面積A2： 查表可得 A2=d22Nt/4=0.0556m2 管程流速u2(m/s) u2=G2/2 A2 =47.02kg/s/（994kg/ m3*0.0556）=0.85m/s 冷卻水水速一般最低不小于0.8m/s，易結(jié)垢河水管程流速應(yīng)大于1m/s，這樣沖刷加

18、強(qiáng)且不易結(jié)垢，但因?yàn)榭刂茻嶙柙诶淠羝麄?cè)，水速稍低是允許的。（2） 管程雷諾數(shù)Re2: Re2=2 d2u2/2 =（994kg/ m3*0.02m*0.87m/s）/727.4×10-6PaS =2.38×104>4000 水為湍流 (3) 管程的傳熱系數(shù)2公式： 當(dāng)流體被加熱時，n=0.4 2=0.023 Re20.8Pr20.42/d0 =0.023*（2.38×104）0.8*4.8470.4*0.626/0.02 =4223.6w/ m2.oC3.2.2 殼程傳熱熱系數(shù)1 （1） 設(shè)殼程蒸汽為層流 則1=1.13(r112g13)/( 1Lt)1/

19、4 =1.13×804.522×9.81×946.57×103×0.1773/0.54×10-3×6×（78.2-58） 1/4 =954.6w/ m2.oC檢驗(yàn)Re1=41Lt/r11=4×954.6×6×20.2/（946.75×103×0.54×10-3） =905.24<2000故假設(shè)層流正確1=954.6w/ m2·oC 3.2.3污垢熱阻與傳導(dǎo)熱阻1、 冷凝蒸汽側(cè)：查表知乙醇蒸汽的污垢熱阻為0 R1=02、 傳導(dǎo)熱阻查表得到金屬

20、材料鋼的平均導(dǎo)熱系數(shù)=45w/ m2.oC 以換熱管的外表面積為基準(zhǔn)的傳導(dǎo)熱阻為：Rm=b/·d1/dm =0.0025*0.0025/(45*0.0225) =0.000062 m2·oC/w3、 水的污垢熱阻本設(shè)計(jì)冷卻劑選用的河水是一般河水，由參考文獻(xiàn)可知，條件：熱流體溫度115 oC ，水溫50oC ，水速1m/s , 其結(jié)垢熱阻 R2為主要熱阻在污垢熱阻上，如果直接用一般河水來作冷卻介質(zhì)，則會大大影響傳熱系數(shù)K值大小，故傳熱效率較低。我們可設(shè)計(jì)一方案來澄清河水，使其污垢熱阻減小，可查得潔凈河水的結(jié)垢熱阻在同一條件下下降為R2= 0.21×10-3 m2oC

21、/w，這樣，主要熱阻集中在冷凝蒸汽側(cè)，與我們最初的設(shè)想相符。3.2.4 校核傳熱 1.計(jì)算總傳熱系數(shù)Ki(w/ m2oC)Ki=1/(1/1+d1/dm+d1/2d2+R1+R2d1/d2 ) =1/1/954.6+6.2×10-5+25/(4223.6*20)+0+0.21×10-3*25/20 =599.5w/ m2·oC2.校核twtw=T-kitm/1=78.2-600*43.01/954.6=51.2oC與假設(shè)值tw=58oC相比較差6.8oC，認(rèn)為計(jì)算合理3.冷凝器傳熱面積校核所需傳熱面積 A=Q/ Kitm=1.963×106/（599.5

22、*43.01）=75.9m2實(shí)際傳熱面積A1=Ntd1L=3.14*0.025*177*6=83.4m2安全系數(shù)為A1/ A=83.4/75.9=1.10此值在1.10-1.30之間，表示所選冷凝器符合要求。4. 管束與殼溫差的計(jì)算 根據(jù)對流傳熱速率可得：Q0=2A （tw'-tm） 所以 tw'=Q0/2A+ tm=40.6oC則管束的平均溫度為 tmg=（tw'+tw）/2=（40.6+58）2=49.3oC所以殼體與管束的平均溫差為 t=T-tmg=78.2-49.3=28.9oC<50oC上述計(jì)算表明，所選型號的換熱器符合要求3.3 壓降計(jì)算 實(shí)際流體在流

23、動過程中因克服內(nèi)摩擦，而消耗機(jī)械能，流體通過水平的等徑直管時產(chǎn)生的壓力降是阻力損失的直觀表現(xiàn)。同時，局部阻力也會引起機(jī)械能損耗。我們要計(jì)算壓降，是要以此來選擇泵、鼓風(fēng)機(jī)等動力裝置，以此為基礎(chǔ)來選擇高位槽以及評價能量損耗問題。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。由表2-5可知，低壓運(yùn)行的合理壓降P為9.8×103Pa，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小管路系統(tǒng)中的各種局部流阻，使有條件提高器內(nèi)流速，從而降低換熱器造價。表2-5 允許壓力降范圍工藝物流的壓力Pa允許壓力降Pa9.8×1049.8×1039.8-16.7

24、×1043.9×103-3.3×10416.7×1043.3×1043.3.1管程壓降計(jì)算1、 管程總阻力損失hft應(yīng)是各程直管損失hf1與每程回彎阻力hf2和進(jìn)出口等局部損失hf3之和，與hf2和hf1相比，hf3可忽略不計(jì)，則管程損失公式為：Hft=（hf1+hf2）ftNp 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壓降形式 P=（L/d+3）ftNp ui2/22、 求 水的Re=23388>4000 為湍流取碳鋼粗糙度為 =0.15mm 則/d2=0.15/20=0.0075查摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re及相對粗

25、糙度/d的關(guān)系圖可知 2=0.038 則P1=（L/d+3）ftNp ui2/2 =（0.038*6/0.02+3）*1.5*1*994*0.852/2 =7756.2Pa3.3.2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，一般來說，零部件都是按國家標(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)仍是較為重要的一部分內(nèi)容。4.1 冷凝器的安裝與組合1、 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，安裝時應(yīng)有1/100左右坡度，

26、或?qū)⒐苁鞭D(zhuǎn)一個角度，角度按下式估算： =30o-Sin-1（d0/2a）式中：d0管子外徑 a管心距這樣，上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，也可考慮水平分隔，以引出上層凝液。2、 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，這一措施的效果更為顯著。3、 冷凝器設(shè)計(jì)中，組合方式有單臺大型，多臺并聯(lián)，多臺串聯(lián)等基本形式，我們只用一臺單型。4、 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。當(dāng)液膜處于湍流狀態(tài)時，此時冷凝側(cè)的1是隨冷凝負(fù)荷M1的增大而增大的，但此時冷凝側(cè)的1值

27、本來較大，不是主要熱阻，因而也無必要將M提得很高。我們不用折流擋板是因?yàn)闅こ桃粋?cè)走的是蒸汽，它的湍流與否對它的1提高并無很大作用，而且我們已設(shè)置了10的面積余量，可不必再設(shè)折流擋板。 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，冷凝過程中要關(guān)閉并防止泄漏。4.2管子設(shè)計(jì)傳熱管的形狀、尺寸和布置對換熱器性能和經(jīng)濟(jì)影響很大，管子設(shè)計(jì)內(nèi)容包括管形、管徑、管長、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：我國列管式換熱

28、器標(biāo)準(zhǔn)中無縫鋼管規(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、管子的長度應(yīng)以經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性雙方面為依據(jù)，在殼徑500mm下的管長有 3m、4.5m、6m，本設(shè)計(jì)選用的6m的金屬耗量要少，而傳熱面積也大，故選用 6m長管子。 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

29、三角形式，其一邊與流向垂直，在水平管稍微傾斜的情況下，管子以正三角形錯列，管外的冷凝液將下面的管子潤濕的機(jī)會就變少，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，在管極加工時便于劃線與鉆孔。我們所設(shè)計(jì)的管子數(shù)為177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 管間距（S）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，不會在連接處產(chǎn)生泄漏否則將會給操作帶來嚴(yán)重的故障。目前廣泛采

30、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，一般采用焊接法。4.3.2管間距管間距就是指管板上兩管子中心的距離。管間距的決定要考慮管板的強(qiáng)度和清洗管子外表面時所需的空隙，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，相鄰兩根管的焊縫太近，就會互相受到影響，使焊接質(zhì)量不易保證，而采用脹接法固定時，過小的管芯距會造成管板在脹接法時由于在擠壓

31、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 Smin1.25d0 (我們選用脹接法)其中 d0管子外徑但管心距S最小不能小于d0+6mm，對于直徑小的管子，S/ d0的數(shù)值應(yīng)大些。最外層列管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于1/2 d0+10mm,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。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)一并決定。2、 管板直徑與殼體直徑應(yīng)一致

32、，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，此時管板厚度b=3/4d.可查4附錄。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。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=4.75/6=0.79 所以取 管程數(shù) Np=1 4.5 殼體的厚度計(jì)算殼體的內(nèi)徑為500mm，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。公稱直徑：Dg= 500 mm 厚度：10mm一米高筒節(jié)鋼板重量：125kg由此來選支撐板和支座。4

33、.6 封頭設(shè)計(jì)管箱封頭有平板形、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，且有專用模具沖壓，加工簡單，所以我們選用國家標(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 h1=125mm 。封頭選用：Dg500×10（標(biāo)準(zhǔn)JB 1154-73）4.7 管程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)4.7.1進(jìn)出口管徑設(shè)計(jì)水的流速為0.85m/s，這是指管程內(nèi)部，水在泵出口或管路中的流速范圍為1.53m/s，我們?nèi)」軆?nèi)流速為2.68m/s，已知水,

34、G2 則管路截面積S：S= G2/水u水=47.02/（994*2.68）=0.0177m2由于S=d02/4d0=150mmd0為內(nèi)徑，可查參考文獻(xiàn)，選用無縫鋼管Dg=150mm,其外徑dH=159mm,壁厚為4.5mm。4.7.2位置設(shè)計(jì)實(shí)踐表面水平布置的進(jìn)、出口管不利于管程流體的均勻分布，使部分傳熱管不能很好的發(fā)揮作用，甚至因流速太低而被堵塞，進(jìn)出口管布置在換熱器底部和頂部使流體向上流動比布置在兩側(cè)水平流動為佳。故設(shè)置在封頭的相對位置。4.8 殼程進(jìn)出口管設(shè)計(jì)4.8.1出口管徑（冷凝液）流速在1.53m/s的范圍內(nèi)，選用Dg=40mm,外徑45mm的管子，已知冷凝液流量為2.073kg/

35、s u= G1/(1×d02/4)管子壁厚3.5mm，內(nèi)徑d0=45-2×3.5=38mmu=2.27m/s則此標(biāo)準(zhǔn)管子可選用，40×3.54.8.2蒸汽入口管徑的設(shè)計(jì)蒸汽質(zhì)量流量仍為2.073kg/s，其密度為1.5kg/ m3,可設(shè)想要使其流速在規(guī)定2030m/s范圍內(nèi)，其管徑較大，又由參考文獻(xiàn)知，圓筒開孔最大直徑d1/2Di,當(dāng)Di=520mm時，最大開孔外徑為260mm，查標(biāo)準(zhǔn)管徑系列表，只能選dH=245mm,厚度=7mm，內(nèi)徑d0=231mm，故核算流速如下：U= G1/(×d02/4) =2.073/（1.5*3.14*0.2312/4）=

36、33m/s此流速過大，我們可設(shè)計(jì)如下方案，即選取兩個入口管，從殼體上側(cè)入口，這樣，質(zhì)量流量減半，管徑變小，流速也變小，我們選用標(biāo)準(zhǔn)鋼管200×6，流速核算，d0=dH-2S=219-12=207mmU= G1/2/(×d02/4) =2.073/2/(1.5*3.14*0.2072/4)=20.7m/s 流速符合要求，但因管徑外徑較大，我們還必需考慮補(bǔ)強(qiáng)問題。由參考文獻(xiàn)知，我們可選用國家標(biāo)準(zhǔn)來補(bǔ)強(qiáng)。4.8.3位置設(shè)計(jì)我們設(shè)計(jì)的是冷凝器，其蒸汽與冷卻水的順、逆流無區(qū)別，故兩蒸汽的入口管可以從筒殼體上部從兩管進(jìn)入，然后從下部低面出冷凝液，總體來說保證逆流形式，相對錯流。4.9法

37、蘭選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，其公稱直徑與管子公稱直徑一致。由參考文獻(xiàn)可查得：蒸汽介質(zhì)易燃，其接管法蘭選用甲型平焊法蘭。 Y2.5200 和 Y2.540冷卻水壓力為3kgf/cm2,壓力較高，選用 Y61504.10支座 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，在某些場合下，支座還可以承受設(shè)備操作時的震動，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，一個型，一個型，如下： JB116781， Dg500BIM300 1個JB116781， Dg500BM300 1個4.11其它均可根據(jù)容器設(shè)計(jì)規(guī)范取用或計(jì)算，一般均采用國家標(biāo)準(zhǔn)附圖：整個結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尺寸 乙醇-水精餾塔塔頂蒸汽冷凝器裝配圖第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 本次化工原理課程設(shè)計(jì)歷時近兩周，是學(xué)習(xí)化工原理以來第一次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)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、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會各種手冊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、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計(jì)過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。 在短短的兩周里，從開