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文檔簡介
1、文獻(xiàn)綜述一、前言在過程工業(yè)生產(chǎn)中,合理而有效地利用熱(冷)量是十分重要的。為了實現(xiàn)工藝物料間的熱量傳遞, 人們常采用各種類型的換熱器,它是化工、煉油、動力、食品、冶金、制藥等諸多行業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。 對于迅速發(fā)展的化工、石油化工來說,換熱器尤為重要。在化工廠中,換熱設(shè)備的投資約占總投資的 15%。在煉油廠中,換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的 40%。換熱器設(shè)計的先進(jìn)性、合理性,運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和熱量回收的經(jīng)濟(jì)性等, 將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本。在過程工業(yè)生產(chǎn)中, 進(jìn)行著各種不同的換熱過程, 其主要作用是使熱量由溫度較高的流體向溫度較低的流體傳遞, 使流體溫度達(dá)到工藝規(guī)定的指標(biāo), 以
2、滿足生產(chǎn)過程的需要。 此外,換熱設(shè)備也是回收余熱、 廢熱特別是低品位熱能的有效裝置。換熱器是實現(xiàn)不同介質(zhì)之間能量交換的通用設(shè)備,其研究和應(yīng)用受到世界各國的普遍重視,是傳熱技術(shù)中最活躍的研究領(lǐng)域之一。按換熱設(shè)備的用途可分為加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、再沸器、冷卻器、冷凝器。其中冷凝器用于冷凝飽和蒸汽,使之放出潛熱而凝結(jié)液化。二、常用的冷凝器(1) 盤管冷凝器盤管冷凝器是直接火滴水祛松脂加工廠經(jīng)常用的一種冷凝冷卻設(shè)備,一般用紫銅管彎成, 其特點是制造簡單, 容易檢修,管外水垢容易清洗,但總傳熱系數(shù)較低,換熱量小,只適用于產(chǎn)量不大的工廠。(2) 列管式冷凝器常用的有三種形式,一為浮頭補(bǔ)償冷凝器,
3、另一種形式為 “ U形”冷卻器。這兩種冷凝器一般都是用直徑 20-25 毫米的紫銅管用脹管法固定在花板上,外殼用普通鋼板制造。 考慮到紫銅管的熱脹冷縮較鋼材大, 因此采用浮頭式或 “U形”管結(jié)構(gòu),使列管能自由收縮尸避免因材質(zhì)不同而脹裂。浮頭補(bǔ)償冷凝器一般用于松節(jié)油和水蒸汽的冷凝, "U" 形冷卻器則多用于冷凝液的冷卻。這種列管式冷凝器,水在管間走,流速慢,很易結(jié)垢,有時甚至被泥沙充滿,清洗困難,影響傳熱效果。三是固定管板式冷凝器,它是由許多管子組成管束,管束兩端通過焊接或脹接固定在兩塊管板上, 管板與筒體采用焊接連接在一起的一種形式。其特點是: 在同樣殼體直徑內(nèi),布管最多。
4、使其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,制造費(fèi)用低; 兩端管板固定,當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料線膨脹系數(shù)相差較大時,為了吸收熱膨脹差,需要在換熱器上設(shè)置柔性元件(如膨脹節(jié)、撓性管板等)以降低溫差應(yīng)力; 殼程設(shè)置法蘭盤,適用于耐泄漏的場合; 由于管束不能拉出,殼程、管程清洗不方便,管間不能機(jī)械清洗。固定管板換熱器適用于殼程介質(zhì)清潔, 不易結(jié)垢;管程需要清洗或殼程雖有污垢,但能進(jìn)行溶液清洗,以及管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大,但殼程壓力不高的場合。(3)螺旋板式冷凝器螺旋板式冷凝器是用 1.5-2.0 毫米厚的不銹鉚板卷成。 通道內(nèi)一邊是松節(jié)油和水的混合蒸汽, 另一邊是冷卻水。 它的特點是體積小, 結(jié)構(gòu)緊湊,傳熱效率高
5、, 松節(jié)油和水蒸汽的冷凝冷卻都可在一個設(shè)備內(nèi)完成。 這種冷凝器通道小,冷卻水流速高,不易結(jié)垢,可以長時間在較高的傳熱系數(shù)下運(yùn)行。三、冷凝器的設(shè)計1、冷凝器的選型選擇不同形式的冷凝器,其水泵和風(fēng)機(jī)的耗能不同,同時造成的冷凝 壓力差異又影響到壓縮機(jī)壓縮過程的功耗和制冷效果, 因此冷凝器的選型, 應(yīng)引起足夠的關(guān)注。冷凝器的選擇主要取決于當(dāng)?shù)氐乃础?水質(zhì)、水溫、氣候條件及有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求等因素, 通常以節(jié)能為原則。 綜合考慮投資與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用后, 應(yīng)按下面的原則選用冷凝器:(1)冷凝器的冷凝面積應(yīng)能滿足制冷裝置實際運(yùn)行的最大負(fù)荷工況要求,并有一定的裕量;(2)冷凝器的數(shù)量與制冷機(jī)配套,不考慮備用;(3)
6、對配有冷卻塔的水冷卻臥式殼冷凝器因為水溫差不可能達(dá)到 68 攝氏度,故循環(huán)水量要加大,阻力降增加,可采用減少流程的方法來降低流速;(4)從目前水資源較緊來看,建議在內(nèi)陸地區(qū)選用蒸發(fā)式冷凝器。2、冷凝器材料的選擇二甲胺能與氧化劑接觸猛烈反應(yīng), 因此具有強(qiáng)烈的腐蝕性。 所以為了防止腐蝕,選用 0Cr18Ni9 不銹鋼材料。由于二甲胺走殼程,因此換熱器殼體、管板和換熱管材料均需采為不銹鋼 0Cr18Ni9。本設(shè)計的重點是不銹鋼的管板。不銹鋼具有耐腐蝕性、耐高溫、花費(fèi)較高等特點。3、冷凝器流程的選擇本課題設(shè)計冷凝器介質(zhì)為二甲胺和水, 考慮到蒸汽量不是很大, 且二甲胺通過汽化潛熱交換熱量, 換熱能力要求
7、較高, 所以采用逆流法操作。 根據(jù)換熱器所在工藝流程,熱流介質(zhì)為二甲胺,入口為氣態(tài), 49.96,出口為液態(tài),由于入口溫度即為二甲胺沸點,交換的熱量為介質(zhì)的汽化潛熱,故二甲胺出口溫度為49.96。冷流介質(zhì)為水,水的入口溫度為 33,吸收熱量后出口溫度為 43。采用多程換熱就是為了提高裝置的經(jīng)濟(jì)性, 但是在本文換熱溫差不是很大的情況下,過多的管程數(shù)在經(jīng)濟(jì)性上將得不償失。 因此本流程設(shè)計中采用常用的四管程隔板進(jìn)行熱量交換的方法,降低了系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。4、冷熱流體的管殼程分配本設(shè)計擬采用一殼程四管程的固定管板式換熱器, 下面考慮冷熱流在管、 殼程的分配。本設(shè)計采用二甲胺蒸氣走殼程, 由換熱器頂部加入
8、, 底部流出。由于采用逆流操作,冷凝水由底部進(jìn)入管程。 由于冷凝水與蒸氣溫差不大, 但是可以改變蒸氣的相,所以傳熱效果較好。二甲胺走殼程的原因有兩個:(1) 二甲胺為氣態(tài), 熱量交換后變?yōu)橐簯B(tài), 走殼程可以便于液態(tài)二甲胺流出換熱設(shè)備。(2)由于二甲胺有腐蝕性,對材料的要求比較高,因此二甲胺走殼程可以節(jié)省設(shè)備投資。四、結(jié)論通過查閱大量的圖書資料、 檢索各種相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和期刊, 對換熱器的種類和類型進(jìn)行了調(diào)查和總結(jié)。 詳細(xì)介紹了幾種典型結(jié)構(gòu)的換熱器, 確定本論文的研究路線和內(nèi)容。 介紹了換熱器設(shè)計中的流程選擇, 針對本文設(shè)計條件確定了流程以及設(shè)備。確定了換熱器的設(shè)計方案。 根據(jù)介質(zhì)特點選用了合適
9、的換熱器材料。對冷熱介質(zhì)在管、殼程進(jìn)行了分配。因而,本文為二甲胺處理量為 3000kg/h 的冷凝器進(jìn)行設(shè)計提供了理論基礎(chǔ),為畢業(yè)設(shè)計后續(xù)工作指明了方向。五、參考文獻(xiàn)1 鄭津洋,董其伍,桑芝富 . 過程設(shè)備設(shè)計 M. 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2008.2 楊世銘,陶文銓 . 傳熱學(xué) M. 北京 : 高等教育出版社, 2006.3 張木全,云智勉 . 化工原理 M. 華南理工大學(xué)出版社, 20084 王非,化工壓力容器設(shè)計 M. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.5 朱聘冠 . 換熱器原理及計算 . 清華大學(xué)出版社, 2002.6 鄒根南 . 制冷裝置及其自動化 . 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.7
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