苯精馏塔塔顶冷却器课程设计说明书论文(编辑修改稿)

苯精馏塔塔顶冷却器课程设计说明书论文(编辑修改稿)内容摘要：

程流体在弓形区域内短路而给传热带来不利影响。 管板上换热管中心距的选择既要考虑结构的紧凑性，传热效果，又要考虑管板的强度和清洗管子外表面所需的空间。 除此之外，还要考虑管子在管板上的固定方法。 若间距太小，当采用焊接连接时，相邻两根管的焊缝太近，焊缝质量受热影响不易得到保证；若采用胀接，挤压力可能造成管板发生过大的变形，失去管子和管板间的结合力。 一般采用的换热管的中心距不小于管子外径的 1. 25 倍。 当换热器多需的换热 面积较大，而管子又不能做的太长时，就得增大壳体直径，以排列较多的管子。 此时为了提高管程流速，增加传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管束。 为了把换热器做成多管程，可在一端或两端的管箱中分别安置一定数量的隔板。 浮头式换热器的优缺点： 优点： (1)管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； (2)介质间温差不受隈制； (3)可在高温、高压下工作，一般温度小于等于 450度，压力小于等于 兆帕； (4)可用于结垢比较严重的场合； (5)可用于管程易腐蚀场合。 缺点： (1)小浮头易发生内漏； (2)金属材料耗量大，成本高 20%。 (3)结构复杂 综合上述情况，本次设计采用浮头式换热器。 流动空间的选择 在管壳式换热器的计算中，首先需决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原则。 (1)应尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。 (2)在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失。 (3)管 、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。 (4)应减小管子的壳体因受热不同而产生的热应力。 从这个角度来说，顺流式就优于逆流式，因为顺流式进出口端的温度比较平均，不像逆流式那样，热、冷流体的高温部分均集中于一端，低温部分集中于另一端，易于因两端胀缩不同而产生热应力。 (5)对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄漏，应特别注意其密封，密封不仅要可靠，而且还应要求方便及简单。 (6)应尽量避免采用贵金属，以降低成本。 以上这些原则有些事相互矛盾的，所以在具体设计时应 综合考虑，决定哪一种流体走管程，哪一种流体走壳程。 宜于通入管内空间的流体 1)不清洁的流体 因为在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间也便于清洗。 2)体积小的流体 因为管内空间的流动截面往往比管外空间的截面小，流体易于获得必要的理想流速，而且也便于做成多程流动。 3)有压力的流体 因为管子承压能力强，而且还简化了壳体密封的要求。 4)腐蚀性强的流体 因为只有管子及官箱才需用耐腐蚀材料，而壳体及管外空间的所有零件均可用普通材料制造，所以造价可以降低。 此外，在管内空间装设保护用的衬里或覆盖层也比较方便，并容易检查。 5)与外界温差大的流体 因为可以减少热量的逸散。 宜用于通入管间空间的流体 1)当两流体温度相差较大时， a值大的流体走管间 这样可以减少管壁与壳壁间的温度差，因而也减小了管束与壳体间的相对伸长，故温差应力可以降低。 2)若两流体给热性能相差较大时， a值小的流体走管间 此时可以用翅片管来平衡传热 面两侧的给热条件，使之相互接近。 3)饱和蒸汽 对流速和清理无甚要求，并易于排除冷凝液。 4)粘度大的流体 管间的流动截面和方向都在不断变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内的大。 5)泄漏后危险性大的流体 可以减少泄漏机会，以保安全。 此外，易析出结晶、沉渣、淤泥以及其他沉淀物的流体，最好通入比较更容易进行机械清洗的空间。 在管壳式换热器中，一般易清洗的是管内空间。 但在 U形管、浮头式换热器中易清洗的都是管外空间。 所以，此次方案设计循环水走管程 ，苯走壳程。 流速的确定 当流体不发生相变时，介质的流速高，换热强度大，从而可使换热面积减少、结构紧凑、成本降低，一般也可抑止污垢的产生。 但流速大也会带来一些不利的影响，诸如压降△ P 增加，泵功率增大，且加剧了对传热面的冲刷。 加热剂、冷却剂的选择 用换热器解决物料的加热冷却时，还要考感加热剂（热源）和冷却剂（冷源）的选用问题。 可以用作加热剂和冷却剂的物料有很多，列管式换热器常用的加热剂有饱和水蒸气、烟道气和热水等，常用的冷却剂有水、空气和氨等。 在选择加热剂和冷却剂的时候主要考虑来源方便，有足够温差，价格低廉，使用安全等因素。 常用的加热剂 (1)饱和水蒸气 饱和水蒸气是一种应用最为广泛的加热剂，由于饱和水蒸气冷凝时传热膜系数很高，可以改变蒸气压强以准确地调节加热温度，而且常用低廉的蒸汽机及涡轮机排放废气。 但饱和水蒸气温度超过 1800c，必须用很高压强，但温度升高不大，而且设备强度也相应增高，一般只用于加热温度在 1800c 以下的情况。 (2)烟道气 燃料燃烧所得到的烟道气具有很高温度，可达 700 一 10000c，适用于需要达到高温度加热。 用烟道气加热的缺点是比热容低，控制困难及传热膜系数低。 除了以上两种常用的加热剂外，还可以结合工厂的具体情况，采用热空气等气体作为加热剂，或用热水作为加热剂。 常用的冷却剂 水和空气是最常用的冷却剂，它们可以直接取自大自然，不必特别加工。 与空气相比较，谁的比热容高， 传热膜系数也很高，但空气的获取和使用比水方便，应因地制宜加以选用。 水和空气作为冷却剂受到当地气温的限制，一般冷却温度为 10 一 250c，如果要冷却到较低的温度，则需应用低温冷却剂，常用的低温冷却剂有冷冻盐水（ Na Cl及其溶液）。 此次设计需使用冷却剂，用循环水作为冷却剂。 流体出口温度的确定 工艺流体的进出口温度是由工艺条件决定，加热剂或冷却剂的进口温度也是确定的，但其出口的温度是由设计者选定的。 该温度直接影响加热剂或冷却剂的耗量和换热器的大小，所以此温度的确定有一个优化问题。 此次设计中，流体进出口的温度已给出。 材质的选择 在迸行换热器设计时，换热器各种零件、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。 当然，最后还要考虑材料的经济合理性。 一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。 在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。 至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密 切关系。 一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。 碳钢 价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用时合理的。 如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为 10号和 20号碳钢。 不锈钢 奥氏体系不锈钢以 1Cr18Ni9 为代表，它是标准的 188 奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。 本次设计采用碳钢材料的换热器即可。 第 3 章换热器的结构设计 换热器的工艺尺寸确定后，若能选用热交换器标准系列，则结构尺寸随之而定，否则还需进行部件结构的设计计算。 换热器结构设计计算包括，管子在管板上的固定，是否需要温差补偿及补偿装置的设计，管板的强度，管板与壳体的连接结构，折流板与隔板的固定，端盖与法兰的设计，各部件的公差及技术条件等。 管束及壳程分程 管束分程 为了解决管束增加引起管内流速及传热系数的降低，可将管束分程。 在换热器的一端或两端的管箱中安置一定数量的隔板，一般每程中管数大致相等。 主义温差较大的流体应避免紧邻以免引起较大 的温差应力。 从制造、安装、操作的角度考虑，偶数管程有较多的方便之处，因此用的最多。 但程数不宜太多，否则隔板本身占去相当大的布管面积，且在壳程中形成旁路，影响传热。 壳程分程 E 型为最为普通，为单壳程。 F 型与 G 型均为双程，它们的不同之处在于壳侧流体进出口位置不同。 G 型壳体又称分流壳体，当用作水平的惹热虹吸式再沸器时，壳程中的纵向隔板起着防止轻组分的闪蒸与螬强混合的作用。 H 型与 G型相似，只是进出口接管与纵向隔板均多一倍，故称之为双分流壳体。 G型与 H 型均可用于以压力降作为控制因 素的换热器中。 考虑到制造上的困难，一般的换热器壳程数很少超过 2。 管程结构 介质流经传热管内的通道部分成为管程。 换热管布置和排列间距 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。 管子的排列应在整个换热器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体的性质和结构设计以及制造等方面的问题。 管子在管板上排列的方法，用的较多的是等边三角形（或称正六角形）和正方形排列法。 当壳程流体是不污性质介质时，采用等边三角形排列法。 等边三角形排列结构紧凑，在一定管板面积上可以配置较多的管数，且由于管子间的距离都相等，在管板加工时便于画。