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1、1文献综述一、前言在过程工业生产中，合理而有效地利用热（冷）量是十分重要的。为了实现工艺物料间的热量传递，人们常采用各种类型的换热器，它是化工、炼油、动力、食品、冶金、制药等诸多行业部门广泛应用的一种工艺设备。对于迅速发展的化工、石油化工来说，换热器尤为重要。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的 15%。在炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的 40%。换热器设计的先进性、合理性，运转的可靠性和热量回收的经济性等，将直接影响到产品的质量、产量和成本。在过程工业生产中，进行着各种不同的换热过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺规定的指标，以满足生产过程
2、的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低品位热能的有效装置。换热器是实现不同介质之间能量交换的通用设备，其研究和应用受到世界各国的普遍重视，是传热技术中最活跃的研究领域之一。按 换 热 设 备 的 用 途可 分 为 加 热 器 、 预 热 器 、 过 热 器 、 蒸 发 器 、 再 沸 器 、 冷 却 器 、冷 凝 器 。 其 中 冷 凝 器 用 于 冷 凝 饱 和 蒸 汽 ， 使 之 放 出 潜 热 而 凝 结 液 化 。二、常用的冷凝器(1)盘管冷凝器盘管冷凝器是直接火滴水祛松脂加工厂经常用的一种冷凝冷却设备，一般用紫铜管弯成，其特点是制造简单，容易检修，管外水垢容易清洗，但总传热
3、系数较低，换热量小，只适用于产量不大的工厂。(2)列管式冷凝器常用的有三种形式，一为浮头补偿冷凝器，另一种形式为“U”形冷却器。这两种冷凝器一般都是用直径 20-25 毫米的紫铜管用胀管法固定在花板上，外壳用普通钢板制造。考虑到紫铜管的热胀冷缩较钢材大，因此采用浮头式或“U” 形管结构，使列管能自由收缩尸避免因材质不同而胀裂。浮头补偿冷凝器一般用于松节油和水蒸汽的冷凝，U形冷却器则多用于冷凝液的冷却。这种列管式冷凝器，水在管间走，流速慢，很易结垢，有时甚至被泥沙充满，清洗困难，影响传热效果。三是固定管板式冷凝器，它是由许多管子组成管束，管束两端通过焊接或胀接固定在两块管板上，管板与筒体采用焊接
4、连接在一起的一种形式。其特点是： 在同样壳体直径内，布管最多。使其结构简单、紧凑，制造费用低； 两端管板固定，当管束与壳体的壁温或材料线膨胀系数相差较大时，为了吸收热膨胀差，需要在换热器上设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等）以降低温差应力； 壳程设置法兰盘，适用于耐泄漏的场合； 由于管束不能拉出，壳程、管程清洗不方便，管间不能机械清洗。固定管板换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢；管程需要清洗或壳程虽有污垢，但能进行溶液清洗，以及管、壳程两侧温差不大或温差较大，但壳程压力不高的场合。2(3)螺旋板式冷凝器螺旋板式冷凝器是用 1.5-2.0 毫米厚的不锈铆板卷成。通道内一边是松节油和水的混合蒸汽，
5、另一边是冷却水。它的特点是体积小，结构紧凑，传热效率高，松节油和水蒸汽的冷凝冷却都可在一个设备内完成。这种冷凝器通道小，冷却水流速高，不易结垢，可以长时间在较高的传热系数下运行。三、冷凝器的设计1、冷凝器的选型选择不同形式的冷凝器，其水泵和风机的耗能不同，同时造成的冷凝 压力差异又影响到压缩机压缩过程的功耗和制冷效果，因此冷凝器的选型，应引起足够的关注。冷凝器的选择主要取决于当地的水源、水质、水温、气候条件及有关技术规范要求等因素，通常以节能为原则。综合考虑投资与运转费用后，应按下面的原则选用冷凝器：（1）冷凝器的冷凝面积应能满足制冷装置实际运行的最大负荷工况要求，并有一定的裕量；（2）冷凝器
6、的数量与制冷机配套，不考虑备用；（3）对配有冷却塔的水冷却卧式壳冷凝器因为水温差不可能达到 68 摄氏度，故循环水量要加大，阻力降增加，可采用减少流程的方法来降低流速；（4）从目前水资源较紧来看，建议在内陆地区选用蒸发式冷凝器。2、冷凝器材料的选择二甲胺能与氧化剂接触猛烈反应，因此具有强烈的腐蚀性。所以为了防止腐蚀，选用 0Cr18Ni9 不锈钢材料。由于二甲胺走壳程，因此换热器壳体、管板和换热管材料均需采为不锈钢 0Cr18Ni9。本设计的重点是不锈钢的管板。不锈钢具有耐腐蚀性、耐高温、花费较高等特点。3、冷凝器流程的选择本课题设计冷凝器介质为二甲胺和水，考虑到蒸汽量不是很大，且二甲胺通过汽
7、化潜热交换热量，换热能力要求较高，所以采用逆流法操作。根据换热器所在工艺流程，热流介质为二甲胺，入口为气态，49.96，出口为液态，由于入口温度即为二甲胺沸点，交换的热量为介质的汽化潜热，故二甲胺出口温度为 49.96。冷流介质为水，水的入口温度为 33，吸收热量后出口温度为 43。采用多程换热就是为了提高装置的经济性，但是在本文换热温差不是很大的情况下，过多的管程数在经济性上将得不偿失。因此本流程设计中采用常用的四管程隔板进行热量交换的方法，降低了系统的能耗指标。4、冷热流体的管壳程分配本设计拟采用一壳程四管程的固定管板式换热器，下面考虑冷热流在管、壳程的分配。3本设计采用二甲胺蒸气走壳程，
8、由换热器顶部加入，底部流出。由于采用逆流操作，冷凝水由底部进入管程。由于冷凝水与蒸气温差不大，但是可以改变蒸气的相，所以传热效果较好。二甲胺走壳程的原因有两个：（1） 二甲胺为气态，热量交换后变为液态，走壳程可以便于液态二甲胺流 出换热设备。（2）由于二甲胺有腐蚀性，对材料的要求比较高，因此二甲胺走壳程可以节省设备投资。四、结论通过查阅大量的图书资料、检索各种相关的学术文献和期刊，对换热器的种类和类型进行了调查和总结。详细介绍了几种典型结构的换热器，确定本论文的研究路线和内容。介绍了换热器设计中的流程选择，针对本文设计条件确定了流程以及设备。确定了换热器的设计方案。根据介质特点选用了合适的换热
9、器材料。对冷热介质在管、壳程进行了分配。因而，本文为二甲胺处理量为3000kg/h 的冷凝器进行设计提供了理论基础，为毕业设计后续工作指明了方向。五、参考文献1 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计M. 北京:化学工业出版社,2008.2杨世铭，陶文铨.传热学M. 北京:高等教育出版社，2006.3张木全，云智勉.化工原理M.华南理工大学出版社，20084王非，化工压力容器设计M.化学工业出版社，2005.5朱聘冠.换热器原理及计算.清华大学出版社，2002.6邹根南.制冷装置及其自动化.机械工业出版社，2003.7 全国压力容器标准化技术委员会换热设备分委员会，GB151-1999，管壳式换
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