反应釜冷却器设计(编辑修改稿)

反应釜冷却器设计(编辑修改稿)内容摘要：

发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸汽品质所决定。 产气量大、蒸汽品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。 此种换热器 与浮头式、 U形管式换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、易结图 11 带膨胀 节温差补偿型固定管板式换热器 图 13 U形管式换热器 安徽工程大学毕业设计（论文） 4 构的介质，并能承受高温、高压。 换热器的研究现状及发展趋势 国内研究现状 列管式 换热器是一个品种繁多的产品， 目前 我国在列管式换热器的研究主要体现在以下两个方面： (1)新的耐磨，耐腐蚀和高强度材料： 换热器 的 操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。 近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。 钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。 (2)高效节能的列管式换热器：近年来，能源紧缺，材料费用上涨，为此，对高效节能的列管式换热器的研究成为换热器领域的研究热点。 目前 对高效列管式换热器的研究主要集中在强化管程和壳程两个方面，且以实验的研究方法为主。 我国对列管式换热器的研究多借鉴于国外的一些研究成果，还存在以下不足： (1)强化传热技术的研究有待深化； (2)流体诱导的振动难以控制； (3)防垢和除垢有待更好的处理。 国外研究现状 对国外换热器市场的调查表明， 列管 式换热器占 64%。 虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。 随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。 而换热器在结构方面也有不少新的发展。 螺旋折流板换热 器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国 ABB 公司提出的。 其基本原理为 :将圆截面的特制板安装在 “ 拟螺旋折流系统 ”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一 ， 其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。 相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。 每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。 在气水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少 30%40%的传热面积节省材料20%30%。 相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现 象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动。 在相同流速时壳程流动压降小。 基本不存在震动与传热死区不易结垢。 对于低雷诺数下 (Re 1000)的传热螺旋折流板效果更为突出。 发展趋势 换热器经过多年发展，技术日臻成熟。 目前出现的最新技术动向有： (1)计算流体力学：计算流体力学 (CFD)是指运用计算机的软硬件技术，建立流体的流动和热传递模型，并进行计算机模拟和仿真，从而对流体的流动区域和热传递的分布进行更详细的预测。 换热器的设计中有许多实验代价很高 ,而且很耗时间 ,有些甚至不可能实现，计算流体力学的发展方便了这些实验的实现。 (2)专家系统：专家系统在换热器的设计和选型中应用较快。 将专家系统用于管壳式换热器设计和选型 ,可以辅助设计者对流体流径、壳体及浮头类型、换热器结构尺寸、折流板类型和换热器整体布置等问题进行决策。 目前，商品化的专家系统还很少 ,许多厂家开发的专家系统仅在内部使用。 (3)用于整体装置设计的数据库技术 : 最近发展起来用于整体装置设计的数据库技术 ,可以使这种繁重的任务变得简单起来。 通过数据库系统，不同类型的设计应用软件可以有机地形成一个整体，设计者只需通过数据库操作系统向应用软件中输入相 关参数，便可得到更多的关于设计任务的数据，并且这些数据可以反馈到数据库中。 本设计的主要内容 设计一台合适 的列管式换热器，其中包括： 1)毕业设计开题报告和外文期刊翻译； 2)换热器的工艺设计； 刘松：反应釜冷却器设计 5 3)换热器的结构设计 和强度校核 ； 4)通过设计计算 尽可能 提高换热器的传热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的目的 ； 5)列管式换热器总装配图和零件图。 安徽工程大学毕业设计（论文） 6 第 2 章 换热器的工艺 设计 设计有关参数 表 21 设计有关参数 物 料 温 度 C 质量流量kgh 操作压力 MPa 比热KJ kg C 密度3kgm 导 热 系 数Wm C 粘度 310 Pa s 入口 出口 有机液 65 60 40000 水 25 设计方案 对于列管式换热器，确定其设计方案应从 七个方面着手： ； b.选择流体流动空间； ； 冷却剂； ；； [1]。 (1)选定换热器类型 两流体温度变化情况：热流体（有机液）入口温度为 65℃ ，出口温度为 60℃ ；冷流体（冷却水）入口温度为 25℃ ，出口温度为 ℃。 两流体的定性温度如下 : 有机液的定性温度 65 60 62 .5 C2mT    冷却水的定性温 度 25 C2mt    两流体的温差 6 2 . 5 2 9 . 2 5 3 3 . 2 5 CmmTt     固定管板式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合，因此可以选择固定管板式换热器。 并且两流体的温差小于 50℃ ，可以不设置温度补偿。 (2)选定流体流动空间 安排哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体走壳程，是选用列管式换热器时需要确定的，以下各项需要在安排流动空间时加以考虑： ，因为管内清洗比较方便； 性的流体宜走管程，以免壳体和管子同时受腐蚀； ，以免壳体受压，可节省课程金属消耗； ，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较清洁，它对清洗无要求； ，使泄漏机会较少； 宜走壳程，这便于外壳向周围的散热，增强冷却效果；。 在低 Re 值下达到湍流，以提高对流传热系数； ，对于固定管板式换热器，应使对流传热系数大的流体走壳程，这样可使管壁与壳体的温度接近，减小热应力； 刘松：反应釜冷却器设计 7 实际工作中，以上 各项往往难以兼顾，需要根据具体情况满足最重要的几个方面。 由于冷却水易结垢，且冷却水的操作压力大于有机液的操作压力，而且是有机液被冷却，所以选择冷却水走管程，有机液走壳程。 估算换热面积 计算热负荷和冷却水用量 1mq 有机液的质量流量 kgh ； 1pC 有机液的比热容 KJ kg C ； 2mq 冷却水的质量 流量 kgh ； 2pC 冷却水的比热容 KJ kg C ； Q 热负荷。 1 65CT 2 60 CT  1 25Ct  2 Ct  热负荷 : 31 1 1 2 4 0 0 0 0 3 . 5 3 4 1 0 ( 6 5 6 0 )( ) 1 9 6 3 3 3 . 3 3 W3600mpQ q C T T        (21) 忽略热损失，则水的用量为 ： 2 32 2 1 1 9 6 3 3 3 . 3 3 1 9 8 9 3 . 0 4 8 k g h( ) 4 . 1 8 0 1 0 ( 3 3 . 5 2 5 )m p Qq C t t      (22) 计算逆流平均温度差 有机液温度： 65 C →60 C 冷却水温度： C ←25 C 因此 1 6 0 2 5 3 5 Ct     2 6 5 3 3 .5 3 1 .5 Ct     逆流 温差 121235 31 .5 33 .2 2 Cl n( ) l n( 35 31 .5 )m ttt tt        (23) 估算传热面积 （ 1）初选总传热系数 K 查 参考文献 [1]，参照总传热系数的大致范围，同时考虑到壳程冷却水的压力较高，故可选较大的传热系数，现假设 2560 W m CK  。 （ 2）估算传热面积 m39。 56 0 33 .2 2mQA Kt    (24) 考虑 15%的面积裕度， 21 .1 5 1 2 .1 3 6 8 mSA 工艺结构尺寸 管径和管内流速 选用 19mm 2mm  的 较高级冷拔碳钢管，管内流速参照表 22 取 39。 siu 。 安徽工程大学毕业设计（论文） 8 表 22 换热器常用的流速范围 介质 流程 循环水 新鲜水 一般液体 易结垢液体 低黏度油 高黏度油 气体 管程流速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 5~30 壳程流 速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 2~15 管程数和传热管数 根据换热管内径和流速确定单程换热管数 sn 1844 5 0 8 22   iis udVn根 (25) 按单管程计算所需换热管的长度 L 11 .3 m3. 14 3. 14 18 0. 01 9soSL nd   (26) 由于按单管程设计，换 热管过长，根据本设计实际情况，取换热管长 3ml ,则该换热器的管程数为 43  lLN P 管程 (27) 换热管的总根数 72418 TN 根 平均传热温差校正及壳程数 12  tT ttP (28) 606512 21  tt TTR (210) 根据 参考文献 [3]图 F2 查得： 1 平均传热温差 3 3 .2 2 Cmmtt      由于温差校正系数 1  ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程较合适。 换热管的排列和分程方法 采用组合排列，即每层内按正三角形排列，隔板两侧按正方形排列。 根据表 23，取管心距 25mmt 表 23 常用换热管的管心距 换热管外径 (mm) 19 25 32 38 换热管中心距 (mm) 25 32 40 48 分程隔板处换热管中心距 (mm) 38 44 52 60 同时根据上表，分程隔板两侧相邻管排之间的管心距 38mmat  换热管的排管原则 [3]： (1)换热管的排列应使整个管束完全对称； (2)在符合 和 节规定的范围内，全部 布 满换热管； (3)拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。 在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于 700mm。 拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距刘松：反应釜冷却器设计 9 的 (～ ) 3 范围内 ； 壳体内径 采用四管程结构，根据参考文献 [16]，管板利用率 ~ ，取  ，则壳体内径 1 . 0 5 1 . 0 5 2 5 7 2 0 . 7 2 6 6 . 2 2m mTD t N      (211) 圆整取 300mmD。 折流板 设置折流板的目的是为了提高壳程流速， 增加湍流程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程 流体的传热系数，同时减少结垢。 在卧式换热器中，折流板还起支承管束的作用。 （ 1）切去的圆缺高度 常用 的折流板形式有弓形和圆盘 圆环形两种。 本冷却器采用弓形折流板，根据 参考文献 [3]，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 30%，则切去的圆缺高度为 h ,取 90mmh。 （ 2）折流板的板间距 最小板间距，取壳体内径的 1/5 或 50mm中的较大值。 最大板间距，应保证换热管的无支承长度不 超过表 24 规定，用作折流时，其值尚应不大于壳体内径。 表 24 换热管最大无支承长度 换 热管外径 (mm) 19 25 32 38 最大跨距 (mm) 1500 1900 2200 2500 取折流板间距 280mmB ,则折流板数  BlN B (212) 取 9BN。 为了防止积液，应在折流板上开通液口，如图 21 所示 ，折流板圆缺水平安装。