水洗換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 過程工藝設(shè)計(jì)4</p><p>　　1.1碳纖維生產(chǎn)過程總述4</p><p>　　1.1.1 生產(chǎn)合成氨與合成共聚單體4</p><p>　　1.1.2 PAN的生產(chǎn)4</p><p>　　1.1.3 紡絲4<

2、;/p><p>　　1.1.4 預(yù)氧化、炭化及廢氣處理5</p><p>　　1.1.5 碳纖維的形成5</p><p>　　1.1.6 包裝，收絲過程6</p><p>　　1.1.7 回收工程6</p><p>　　1.2 濕法紡絲的設(shè)備6</p><p>　　1.2.1 噴絲與凝固浴

3、7</p><p>　　1.2.2 熱水牽伸及其設(shè)備8</p><p>　　1.2.3 高壓水蒸汽牽伸機(jī)8</p><p>　　1.2.4 水洗及設(shè)備8</p><p>　　1.2.5 上油劑工序及其設(shè)備9</p><p>　　1.2.6 干燥致密化與熱定型9</p><p><

4、;b>　　1.3結(jié)束語9</b></p><p>　　第二章 水洗換熱器溫度的控制10</p><p>　　2.1水洗換熱器溫度的控制的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.2換熱器溫度控制調(diào)節(jié)閥的選用11</p><p>　　2.2.1調(diào)節(jié)閥的類型及開關(guān)型式11</p><p>　　2.2.2

5、 調(diào)節(jié)閥得正反作用11</p><p>　　2.2.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性11</p><p>　　2.3換熱器溫度控制儀表的選型11</p><p>　　2.3.1 溫度儀表11</p><p>　　2.3.2 流量?jī)x表12</p><p>　　2.3.3液位儀表靜壓式液位計(jì)13</p>&l

6、t;p>　　2.4換熱器溫度控制執(zhí)行器的選用13</p><p>　　第三章 裝備工藝設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 原始數(shù)據(jù)15</p><p>　　3.1.1 工藝條件15</p><p>　　3.1.2 生產(chǎn)能力15</p><p>　　3.2.1 定性溫度的確定15</p>

7、<p>　　3.2.2飽和蒸汽和去離子水的其他物性參數(shù):15</p><p>　　3.2.3 質(zhì)量流量15</p><p>　　3.2.4熱負(fù)荷計(jì)算15</p><p>　　3.3 平均推動(dòng)力的計(jì)算15</p><p>　　3.3.1 流體流動(dòng)空間15</p><p>　　3.3.2 流體走向確定

8、16</p><p>　　3.3.3 平均推動(dòng)力計(jì)算16</p><p>　　3.4 估算傳熱面積16</p><p>　　3.5 初步確定換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)16</p><p>　　3.5.1換熱管的選擇16</p><p>　　3.5.2 管內(nèi)流速的確定16</p><p>　　3.

9、5.3 管子數(shù)目與管長(zhǎng)的確定16</p><p>　　3.5.4 殼體內(nèi)徑的估算16</p><p>　　3.5.5 布管圖17</p><p>　　3.5.6 拉桿的直徑、數(shù)量及定距管的確定17</p><p>　　3.5.7 折流板直徑、數(shù)量及相關(guān)尺寸的確定17</p><p>　　3.6 計(jì)算實(shí)際傳熱面

10、積及總傳熱系數(shù)18</p><p>　　3.7 校核傳熱18</p><p>　　3.7.1 殼程流體傳熱膜系數(shù)18</p><p>　　3.7.2 管程流體傳熱膜系數(shù)19</p><p>　　3.7.3 污垢熱阻及管壁熱阻19</p><p>　　3.8 壓力降校核20</p><p&

11、gt;　　3.8.1 管程壓力降20</p><p>　　3.8.2 殼程壓力降21</p><p>　　第四章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)條件的確定23</p><p>　　4.1.1設(shè)計(jì)壓力23</p><p>　　4.1.2 設(shè)計(jì)溫度23</p><p>

12、;　　4.1.3 設(shè)計(jì)條件23</p><p>　　4.2 金屬壁溫的確定24</p><p>　　4.2.1 管程側(cè)冷流體：24</p><p>　　4.2.2 殼程熱流體側(cè)：24</p><p>　　4.2.3 金屬壁溫24</p><p>　　4.3 接管設(shè)計(jì)24</p><p&g

13、t;　　4.3.1 管程側(cè)接管的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3.2 殼程側(cè)的接管設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3.3 排液排氣口的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3.4 接管法蘭的設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3.5 接管與殼體的連接形式27</p><p>　　4.4 管程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27&

14、lt;/p><p>　　4.4.1 封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4.2 容器法蘭的選取28</p><p>　　4.4.3 管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.4.4 管箱筒體短節(jié)與封頭以及與容器法蘭的連接32</p><p>　　4.5 管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33</p><p&g

15、t;　　4.5.1 管板的類型33</p><p>　　4.5.2 管板的尺寸初選及布管設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.5.3 換熱管規(guī)格尺寸34</p><p>　　4.5.4 管板與接管的連接形式34</p><p>　　4.5.5 管板與殼體的連接35</p><p>　　4.6 管程側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35

16、</p><p>　　4.6.1 殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.6.2 殼程側(cè)封頭的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.6.3 折流板的設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.6.4 拉桿定距管的設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.6.5 滑道的設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.7

17、 附件設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.7.1 保溫層的設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.7.2 支座設(shè)計(jì)41</p><p>　　第五章 強(qiáng)度設(shè)計(jì)43</p><p>　　5.1 壁厚計(jì)算43</p><p>　　第六章 技術(shù)條件的編制69</p><p>　　6.1 技術(shù)條件說明

18、69</p><p>　　6.1.1 鋼材69</p><p>　　6.1.3 焊接條件69</p><p>　　6.1.4 熱處理69</p><p>　　6.1.5 無損探傷69</p><p>　　6.2總裝配圖的技術(shù)條件編制69</p><p>　　6.3 零部件圖的技術(shù)條件

19、編制70</p><p>　　6.3.1 管箱部件圖的技術(shù)條件編制70</p><p>　　6.3.2 管束技術(shù)部件圖的技術(shù)條件編制70</p><p>　　6.3.3 管板零件圖的技術(shù)條件編制70</p><p>　　6.3.4 容器法蘭零件圖的技術(shù)條件編制70</p><p>　　6.3.5 折流板的技術(shù)

20、條件編制70</p><p>　　6.3.6 滑道的技術(shù)條件編制70</p><p>　　6.3.7 墊片的技術(shù)條件編制71</p><p>　　6.3.8 帶肩雙頭螺柱和拉桿的技術(shù)條件編制71</p><p>　　6.3.9 分程隔板的技術(shù)條件編制71</p><p>　　6.3.10支座的技術(shù)條件編制7

21、1</p><p><b>　　致謝72</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)73</b></p><p>　　第一章 過程工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　1.1碳纖維生產(chǎn)過程總述</p><p>　　碳纖維不僅屬于多學(xué)科、多技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品，而且屬

22、于高能耗、高附加值的新產(chǎn)品。PAN基碳纖維的流程如圖所示。丙烯腈引發(fā)劑（AIBN）、共聚單體和溶劑屬于石油化工產(chǎn)品；聚合物屬于高分子；紡絲屬于紡織工學(xué)；預(yù) 氧化、炭化屬于碳素工學(xué)；表面處理電化學(xué)等。流程長(zhǎng)、學(xué)科多、技術(shù)交叉，是技術(shù)密集型產(chǎn)品，回收未反應(yīng)單 體AN和溶劑聚合、紡絲必須配套環(huán)保設(shè)備。PAN基碳纖維的生產(chǎn)流程如圖1-1</p><p>　　圖1-1 PAN基碳纖維的生產(chǎn)流程</p><

23、;p>　　1.1.1 生產(chǎn)合成氨與合成共聚單體</p><p>　　合成氨的生產(chǎn)的原料主要是空氣和氫氣，合成氨以備生產(chǎn)合成AN時(shí)原料用。合成催化劑與溶劑DMAC制得引發(fā)劑AIBN，合成共聚單體與引發(fā)劑共同作用生成共聚單體衣康酸，以備與AN生成聚合1001時(shí)用。</p><p>　　1.1.2 PAN的生產(chǎn)</p><p>　　以原油為原料，經(jīng)過蒸餾得到石腦油，

24、再將石腦油分解得到丙烷，丙烷分成倆部分，一部分與氨合成AN，另外一部分供給到廢氣處理工程和包裝工程。丙烷與合成工程來的氨合成AN，AN單體通過共聚單體衣康酸的作用，生成聚合的AN長(zhǎng)鏈，最后得到PAN。</p><p><b>　　1.1.3 紡絲</b></p><p>　　紡絲過程是一個(gè)物理過程，也是一個(gè)相分離成纖過程。在這個(gè)過程中發(fā)生了紡絲液細(xì)流與凝固液細(xì)流之間的

25、傳質(zhì)、傳熱、相平衡移動(dòng)，導(dǎo)致PAN沉淀形成凝膠結(jié)構(gòu)的絲條。</p><p>　　濕法紡絲采用一步法，碳纖維對(duì)PAN原絲的最基本要求是堿，堿土金屬和鐵等的含量愈少愈好，采用有機(jī)溶劑較好，金屬雜質(zhì)可控制在100mg/kg以下。無機(jī)溶劑的代表是NaSCN,殘留在PAN原絲中的鈉高達(dá)10-3級(jí)，如果要洗到100mg/kg以下，必須消耗大量的能源，加大生產(chǎn)成本。</p><p>　　溶劑不同，黏度不

26、同，對(duì)PAN樹脂的溶解性能也不同，溶劑對(duì)PAN樹脂溶解能力的順序如下：</p><p>　　DMF>DMAc>DMSO>EC>NaSCN>HNO3>ZnCl2</p><p>　　合成油劑PEO與PAN長(zhǎng)鏈在水做溶劑的情況下進(jìn)行紡絲工藝，合成PAN纖維。</p><p>　　1.1.4 預(yù)氧化、炭化及廢氣處理</p>

27、<p>　　如果說優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制取高性能碳纖維的前提，那么預(yù)氧化工序則是承前啟后的橋梁。PAN原絲的質(zhì)量直接影響碳纖維的性能。</p><p>　　預(yù)氧化的關(guān)鍵是預(yù)氧化爐。預(yù)氧化爐的效率是控制生產(chǎn)碳纖維周期的主要因素之一，也是直接影響碳纖維質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目前，預(yù)氧化時(shí)間大致為60~120min，炭化時(shí)間為幾分鐘到幾十分鐘，而石墨化時(shí)間則以秒計(jì)算。同樣的預(yù)氧化設(shè)備，縮短預(yù)氧化時(shí)間是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一

28、。</p><p>　　預(yù)氧化分為外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐和內(nèi)熱式預(yù)氧化爐。所謂外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐是指加熱空氣的組件在預(yù)氧化爐的外部，此種預(yù)氧化爐具有自動(dòng)控制循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)，熱空氣可循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)節(jié)電省能，降低生產(chǎn)成本。對(duì)于內(nèi)熱式預(yù)氧化爐，它分為四個(gè)爐膛，四個(gè)溫區(qū)，橫向溫度控制在±2℃，實(shí)際操作高達(dá)±4℃，循環(huán)熱風(fēng)入口出的溫度高，出口處溫度低，從兩邊預(yù)氧絲顏色的深淺不均勻可以看出溫差的影響。其特點(diǎn)是熱風(fēng)

29、通道內(nèi)安裝熱風(fēng)分布裝置，使預(yù)氧化爐內(nèi)的熱風(fēng)均勻流動(dòng)。</p><p>　　炭化過程可分為低溫炭化和高溫炭化兩個(gè)階段。前者的溫度一般為300~1000℃，后者為1100~1600℃，但標(biāo)志性炭化溫度在700℃左右。炭化主要釋放氣體氰化氫在700℃前有一個(gè)釋放高峰，700℃之后又出現(xiàn)釋放高峰，這可能是由兩種類型的反應(yīng)所導(dǎo)致。在高溫區(qū)，主要釋放N2和HCN。N的脫除會(huì)留下殘留分子級(jí)的微孔，導(dǎo)致碳纖維拉伸強(qiáng)度下降。加壓炭

30、化可抑制N的釋放。目前加壓炭化用于工業(yè)生產(chǎn)還有許多工作要做，但研究思路指出：可調(diào)控N的溢出，減少孔隙，實(shí)現(xiàn)致密化，有益于提高碳纖維的力學(xué)性能。</p><p>　　表1-1 在炭化過程中釋放的廢氣廢物</p><p>　　在碳纖維實(shí)際生產(chǎn)過程中，除釋放廢氣外，也產(chǎn)生了相當(dāng)量的焦油。焦油一旦沾污纖維，輕則變硬、發(fā)脆，重則斷絲。不讓廢氣在爐內(nèi)冷凝成焦油和瞬時(shí)排除廢氣、焦油是穩(wěn)定質(zhì)量、穩(wěn)定生產(chǎn)的

31、重要因素之一。在炭化過程中釋放的廢氣廢物見表。在低溫區(qū)釋放出大量焦油，在高溫區(qū)主要釋放出的是N2。如何使低溫炭化爐內(nèi)的熱解廢氣不冷凝為焦油和瞬時(shí)排出爐外是一重要的技術(shù)課題。只有這樣才能防止焦油對(duì)運(yùn)行纖維的污染。</p><p>　　廢氣處理是預(yù)氧化、炭化必須配套的環(huán)保設(shè)備。碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂（CFRP）和熱塑性樹脂（CFRTP）復(fù)合材料的廢舊物處理已列入議事日程，特別是CFRTP的再生利用引起人們的極大關(guān)注。掩

32、埋廢舊CFRP、CFRTP是下策，再生利用有待進(jìn)一步試驗(yàn)。</p><p>　　廢氣處理工程是通過石腦油分解段來的丙烷將氧化和炭化段產(chǎn)生的廢氣無害化。</p><p>　　1.1.5 碳纖維的形成</p><p>　　PAN原絲經(jīng)整絲后送入1#、2#預(yù)氧化爐制得預(yù)氧化碳纖維（俗稱預(yù)氧絲）；預(yù)氧絲相繼進(jìn)入低溫炭化爐，高溫炭化爐制得碳纖維，碳纖維再經(jīng)表面處理，上漿既得碳

33、纖維產(chǎn)品。全過程連續(xù)進(jìn)行，任何一工序出現(xiàn)問題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。全過程流程長(zhǎng)，工序多，是多學(xué)科多技術(shù)的集成。</p><p>　　生產(chǎn)碳纖維的過程中的環(huán)境必須實(shí)現(xiàn)潔凈化，防止空氣中的塵埃對(duì)纖維表面造成污染。特別是紡絲車間，達(dá)到千級(jí)凈化水平，關(guān)鍵部位達(dá)到百級(jí)。在預(yù)氧化過程中，保證勻質(zhì)化的前提下，盡可能縮短預(yù)氧化時(shí)間，這是降低生產(chǎn)成本的方向性課題。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始，實(shí)現(xiàn)一條龍生產(chǎn)，

34、應(yīng)充分重視原絲的根本地位。原絲質(zhì)量既決定碳纖維的性質(zhì)，又制約其生產(chǎn)成本。高性能PAN原絲是制造高性能碳纖維的前提，這是多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。</p><p>　　1.1.6 包裝，收絲過程</p><p>　　由分解段來的乙烯經(jīng)聚合后得到PE，在將PE制膜得到PE膜，與紙管共同將碳纖維收絲、包裝后最終得到碳纖維成品。</p><p>　　1.1.7 回收工程</p&

35、gt;<p>　　考慮到節(jié)省能源、資源，還應(yīng)在工藝過程中設(shè)立回收工程。聚合過程揮手AN單體。紡絲過程回收溶劑DMAC。</p><p>　　1.2 濕法紡絲的設(shè)備</p><p>　　聚丙烯腈纖維的濕紡工藝流程的特點(diǎn)是先牽引后水洗，經(jīng)過熱牽和高壓水蒸汽牽伸后使纖維直徑變細(xì)，有利于水洗。同時(shí)，離?。淘〗z條中喊有一定量的溶劑，也有利于牽伸。另一工藝流程是先水洗，后牽伸，絲條離

36、浴后水洗）膨潤(rùn)狀態(tài)水洗效果比較好。兩種工藝路線各有利弊，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。</p><p>　　由于干噴濕紡可紡出高分子量、高固含量及高黏度的紡絲液，因而紡絲設(shè)備應(yīng)適應(yīng)該工藝的要求。濕紡工藝流程圖如下圖1-2：</p><p>　　圖1-2 濕紡工藝流程圖</p><p>　　1.2.1 噴絲與凝固浴</p><p>　?、拍淘〉牧飨驊?yīng)與

37、絲條運(yùn)行方向一致</p><p>　　兩者速度應(yīng)基本相同，最好凝固浴流動(dòng)速度較絲條運(yùn)行速度大1%~3%。這樣的流動(dòng)狀態(tài)絲條運(yùn)行沒有阻力，不易產(chǎn)生毛絲或斷絲。實(shí)踐證明，PAN原絲的毛絲或斷絲的產(chǎn)生在噴絲和凝固體系。在紡絲過程中，以肉眼可以清楚看到絲條內(nèi)溶劑向外擴(kuò)散的波紋。實(shí)驗(yàn)證明，如果絲條周圍凝固液面保持平靜，絲條泛白現(xiàn)象十分嚴(yán)重。所以，凝固浴流動(dòng)速度與絲條內(nèi)溶劑向外擴(kuò)散的速度成正比。</p><

38、;p>　?、颇淘∫好姹３制椒€(wěn)</p><p>　　干噴段的長(zhǎng)度一般在3~15mm范圍內(nèi)，大多采用3~10mm。如此短的干噴段，要牽伸1.1~3.5倍，單位長(zhǎng)度（mm）的牽伸率是相當(dāng)大的。這就要求凝固浴液面保持平穩(wěn)，確保牽伸段長(zhǎng)度保持定值，否則將加大牽伸的CV值，也就是說加大了纖度的CV值。</p><p>　　為了保持凝固浴的平穩(wěn)，紡絲線最好安裝在樓的一層，安裝凝固浴的地基應(yīng)安裝有

39、防震設(shè)施。此外，凝固浴以及前后相關(guān)的動(dòng)力設(shè)備也應(yīng)注意有防震措施。</p><p><b>　　⑶干噴濕紡的導(dǎo)向輥</b></p><p>　　由于干噴濕紡可紡高分子量，高固含量和高黏度的紡絲液，因而噴孔直徑較大。在該條件下紡絲，出口膨大效應(yīng)十分顯著，因此噴絲板的噴孔間距也應(yīng)比較大，這必然加大噴絲板的面積。由于噴絲板比較大，吐出絲的幅度也比較寬，因而導(dǎo)向可采用具有一定曲

40、率半徑的特殊加工的導(dǎo)向輥，它可以起到集束作用，避免產(chǎn)生毛絲或斷絲。</p><p>　?、饶桃旱难h(huán)及流向</p><p>　　凝固浴中凝固液的濃度，溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。凝固浴濃度可通過檢測(cè)其折射率實(shí)現(xiàn)，也可通過檢測(cè)密度實(shí)現(xiàn)。凝固液的流動(dòng)則需依靠循環(huán)系統(tǒng)的精心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.2.2 熱水牽伸及其設(shè)備</p><p>　　絲

41、條牽伸在熱水槽內(nèi)進(jìn)行，槽外冷牽不可取。一般牽伸槽為3~5級(jí)串聯(lián)，水溫逐級(jí)升高。如四槽串級(jí)，1～4槽的水溫可分別為60℃，70℃，80℃，90℃。相應(yīng)的牽伸倍率分別為1.1倍，1.2倍，1.3倍，1.4倍。熱水槽可以是自由輥，也可以是固定輥，視情況選擇。</p><p>　　1.2.3 高壓水蒸汽牽伸機(jī)</p><p>　　高壓水蒸汽牽伸機(jī)是實(shí)現(xiàn)PAN纖維高強(qiáng)化、致密化和細(xì)旦化的關(guān)鍵設(shè)備。特

42、別是對(duì)高分子量的紡絲液，采用高壓水蒸汽牽伸是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)研制的高新技術(shù)設(shè)備。許多國(guó)家不進(jìn)出口這類設(shè)備，說明了它的技術(shù)含量和重要性。</p><p>　　進(jìn)入壓力蒸汽牽伸室的為穩(wěn)定的飽和水蒸汽，嚴(yán)格控制飽和水蒸汽是壓力和溫度，消除牽伸室絲條出、入口的水滴或向外噴射蒸汽，這是十分重要的，也是高壓水蒸汽牽伸機(jī)技術(shù)水平的體現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出，普通水蒸汽均不適用，一定是飽和水蒸汽。</p>&

43、lt;p>　　此外，進(jìn)入牽伸機(jī)的絲條含水量應(yīng)在0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，高于0.5%達(dá)不到牽伸的目的。絲條中含水量少，預(yù)氧化絲條中的孔隙為空孔，有利于高壓飽和水蒸汽滲入，塑化，實(shí)現(xiàn)高倍牽伸。牽伸張力應(yīng)大約在0.7～1.0g/d范圍內(nèi)選擇。低于0.7g/d，絲條松弛，隨蒸汽流動(dòng)而顫抖，易與入口摩擦產(chǎn)生毛絲或斷絲；大于1.0g/d，易產(chǎn)生毛絲或斷絲。</p><p>　　1.2.4 水洗及設(shè)備</p>

44、;<p>　　離浴的凝固絲進(jìn)入水洗設(shè)備，洗掉殘留在絲條中的溶劑。要求絲條水洗后的殘留溶劑在萬分之三之下，最好在萬分之一以下。纖維中殘留有機(jī)溶劑較多時(shí)有以下弊端：</p><p>　　a．使纖維的單絲之間局部并絲，使整體絲束發(fā)僵硬，手感性差。</p><p>　　b．在預(yù)氧化加熱條件下，DMSO的塑化作用使預(yù)氧化單絲之間發(fā)生融并，影響預(yù)氧絲的質(zhì)量。</p><

45、;p>　　c．影響絲條的截面形狀。</p><p>　　d．原絲，預(yù)氧絲的局部并絲并直接影響到碳纖維的質(zhì)量。</p><p>　　1.2.5 上油劑工序及其設(shè)備</p><p>　　無論是濕法紡絲還是干噴濕紡，油劑質(zhì)量和上油工序都直接影響PAN原絲的質(zhì)量，也對(duì)碳纖維性質(zhì)有重大影響。不上油劑或上油欠佳，會(huì)導(dǎo)致單絲之間粘連，導(dǎo)致碳纖維拉伸強(qiáng)度下降。首選油劑為硅油，

46、如二甲基硅氧烷（PDMS），特別是改進(jìn)的PDMS。由于Si-O鍵耐熱性好，分子間作用力小，表面張力低，鋪展性好，抗氧化性好，200℃左右開始氧化，黏度系數(shù)很小，穩(wěn)定性好。此外，它還有潤(rùn)滑性，摩擦，磨損小等特點(diǎn)。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出，選擇油劑的耐熱性應(yīng)適中，不是愈耐高溫愈好。在炭化，石墨化過程中殘留的油劑可能轉(zhuǎn)化為硅系陶瓷，如SiO2,Si3N4或SiC等。它們的主要性質(zhì)見表2。這些硬而脆的陶瓷雖然是微量

47、的，但它們存在于碳纖維表面或殘留在輥上，會(huì)損傷表面，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致碳纖維拉伸強(qiáng)度的下降。碳纖維中殘留硅的量應(yīng)嚴(yán)格控制，特別是表面殘留量。</p><p>　　表1-2 硅系陶瓷的主要性質(zhì)</p><p>　　1.2.6 干燥致密化與熱定型</p><p>　　干燥致密化，顧名思義，是在該過程中膨潤(rùn)狀態(tài)的絲條脫除溶劑水和自由水，使纖維干燥致密。干燥致密化的推動(dòng)力是

48、毛細(xì)管力，既微孔孔隙和低序區(qū)所含的水在毛細(xì)管力的推動(dòng)下脫除而在孔隙內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致孔壁塌陷，消除，并合，使纖維產(chǎn)生收縮達(dá)到致密化的效果。干燥致密化是從纖維表層逐步向芯部擴(kuò)展，沒有致密化的孔結(jié)構(gòu)則為失透結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)泛白的失透現(xiàn)象。</p><p><b>　　1.3結(jié)束語</b></p><p>　　有了制造PAN基碳纖維的方法，也有了制造技術(shù)，所以制造高性能PAN基碳纖

49、維原絲質(zhì)量又成為一個(gè)技術(shù)焦點(diǎn)。事實(shí)證明，誰掌握了制造高質(zhì)量PAN原絲的技術(shù)，誰就掌握了主動(dòng)權(quán)。優(yōu)勝劣汰是促進(jìn)碳纖維工業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律，也是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的無情裁決。</p><p>　　當(dāng)前PAN基碳纖維向兩個(gè)方面發(fā)展：一是提高，二是普及。提高是指小絲束碳纖維的質(zhì)量提高，且向12K和24K發(fā)展；普及是指大絲束碳纖維的產(chǎn)量大幅增加，價(jià)格日趨下降。大絲束碳纖維的市場(chǎng)售價(jià)比小絲束低的多，有利用向民用市場(chǎng)推廣應(yīng)用。特別是大絲束

50、碳纖維制造預(yù)浸料技術(shù)難點(diǎn)的解決促進(jìn)了大絲束碳纖維的應(yīng)用。</p><p>　　第二章 水洗換熱器溫度的控制</p><p>　　過程裝備控制是工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要組成部分，它主要是針對(duì)過程裝備的主要參數(shù)，即溫度、壓力、流量、液位、成分和物性等參數(shù)進(jìn)行控制。在PAN的生產(chǎn)過程中，采用了一系列的自動(dòng)控制系統(tǒng)。采用這些控制系統(tǒng)不僅能夠加快生產(chǎn)速度減低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且還減弱

51、了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，保證生產(chǎn)的安全。在防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，延長(zhǎng)的使用壽命，提高設(shè)備的利用率方面也起到很好的作用。</p><p>　　在控制方案的確定中還應(yīng)處理好以下的幾個(gè)關(guān)系：</p><p>　?。?）可靠性與先進(jìn)性的關(guān)系</p><p>　　在控制方案確定時(shí)，首先應(yīng)考慮到它的可靠性，否則設(shè)計(jì)方案的控制方案不能被投運(yùn)，付之實(shí)踐，將會(huì)造成很大的損失?？煽啃?/p>

52、是一個(gè)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素。先進(jìn)性將是衡量設(shè)計(jì)水平的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。近年來人們對(duì)生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí)逐漸深化，人工智能的研究卓有成效，這些都為自動(dòng)化水平的進(jìn)一步提高創(chuàng)造了有利條件，所以，早考慮自控方案時(shí)，必須處理好可靠性和先進(jìn)性之間的關(guān)系。</p><p>　　自控與工藝、設(shè)備的關(guān)系</p><p>　　要使自控方案切實(shí)可行，自控設(shè)計(jì)人員熟悉工藝，并與工藝人員密切配合是必不可少的。工藝、設(shè)備與自控

53、三者的整體化將是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的必須。</p><p><b>　　技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系</b></p><p>　　設(shè)計(jì)工作除了要在技術(shù)上可靠、先進(jìn)外，必須考慮到經(jīng)濟(jì)上的合理性。所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)在深入實(shí)際調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性的比較。</p><p>　　為了滿足工藝流程中各種控制精度的要求，采用相應(yīng)的控制方案。</p&g

54、t;<p>　　2.1 水洗換熱器溫度的控制設(shè)計(jì)</p><p>　　為了保證水洗二甲基亞砜溶液的溫度在合適的范圍內(nèi)，水洗換熱器采用了單回路結(jié)構(gòu)控制，其中主要是主回路的溫度控制設(shè)定值。通過二甲基亞砜溶液排液管中液體溫度與設(shè)定溫度值的比較得到差值，利用流量調(diào)節(jié)器去控制閥門的開度，從而控制所需溶液的溫度。其中，被控變量：二甲基亞砜溶液排液管中液體溫度，高壓蒸汽進(jìn)液管的流量。換熱器溫度控制的系統(tǒng)方框圖如

55、圖2—1所示。換熱器溫度控制方案示意圖如圖2—2所示。</p><p>　　圖2—1 換熱器溫度單回路控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　圖2—2 換熱器溫度控制方案示意圖</p><p>　　2.2 換熱器溫度控制調(diào)節(jié)閥的選用</p><p>　　2.2.1 調(diào)節(jié)閥的類型及開關(guān)形式</p><p>　　水洗換熱器

56、的調(diào)節(jié)閥選用氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)閥自動(dòng)關(guān)閉，故選用氣開閥。</p><p>　　2.2.2 調(diào)節(jié)閥的正反作用</p><p><b>　　氣開閥：“+”，</b></p><p>　　副控：閥開大，蒸汽流量增大為“+”；“+”ד+”=“+”，取反，所以副流量控制器FC為反作用。</p><p>　　

57、主控：閥開大，蒸汽流量增大，換熱器出口溫度增大，同向取反，所以主環(huán)溫度控制器TC為反作用。</p><p>　　驗(yàn)證：t↑→TT↑→TC↓→FC↓→閥↓→蒸汽流量↓→t↓，驗(yàn)證結(jié)果符合溫度控制要求。</p><p>　　2.2.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性</p><p>　　等百分比特性比直線特性使用的范圍廣泛，并且對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，應(yīng)用廣泛，故選擇等百分比流量

58、特性。</p><p>　　2.3 換熱器溫度控制儀表的選型</p><p>　　2.3.1 溫度儀表</p><p><b>　　溫度傳感器</b></p><p>　　STT—T系列鉑電阻溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌裝而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測(cè)量。<

59、;/p><p>　　產(chǎn)品型號(hào)：STT-T-A1-B3-D6-M8-E2 F2 G1 H1-L1-P1/3B-T3-W1-S1</p><p>　　傳感器類型：Pt100</p><p>　　溫度范圍（℃）：-50~100</p><p>　　精度：1/3B級(jí)±（0.10+0.0017|t|）</p><p>　　

60、深入長(zhǎng)度：由換熱器和接管實(shí)際尺寸而定。</p><p>　　選用普通式接線盒，螺紋連接方式，保護(hù)管材料選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼。</p><p><b>　　B. 溫度變送器</b></p><p>　　產(chǎn)品型號(hào)：STWB-X100F-R05-F05-P1</p><p>　　輸入信號(hào)：Pt100、Pt1000、C

61、u50、K、E、S</p><p><b>　　供電電壓：24V</b></p><p>　　負(fù)載電阻：0~5000Ω</p><p>　　輸出信號(hào)：DC4~20mA</p><p>　　電壓誤差：<0.005%/V</p><p>　　精度：0.1%0.2%0.5%</p>

62、<p><b>　　功耗：<0.5W</b></p><p><b>　　工作環(huán)境溫度：</b></p><p><b>　　濕度：<95%RH</b></p><p><b>　　質(zhì)量：35克</b></p><p>　　特性：線性

63、化輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，采用環(huán)氧樹脂澆注工藝，防震、防潮，熱電偶變送器冷端自動(dòng)補(bǔ)償，電源極性反接保護(hù)電路。</p><p>　　2.3.2 流量?jī)x表</p><p>　　LUGB-90型智能渦街流量計(jì)</p><p>　　測(cè)量介質(zhì)：氣體、液體、蒸汽。雙排液晶同時(shí)顯示累計(jì)流量和瞬時(shí)流量；內(nèi)部鋰電池供電，無需外部電源；微功耗設(shè)計(jì)，兩節(jié)+3V鋰電池可持續(xù)工作一年半

64、以上；傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高。傳感器內(nèi)無可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而穩(wěn)定、壓損小、使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　范圍寬度：10:1~15:1</p><p>　　測(cè)量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為200000~7000000；輸出信號(hào)不受液體溫度、壓力、粘度及組分影響，測(cè)量可能范圍的雷諾數(shù)為8000~7000000</p><p>　　精

65、度等級(jí)：液體，指示值的±1.0%；氣體，指示值的±1.0%；蒸汽，指示值的±1.5%。</p><p>　　輸出信號(hào)：a.0C門脈沖輸出；b.電流4~20mA（兩線制/三線制）</p><p>　　電源電壓：+24VDC（需要信號(hào)輸出時(shí)提供）</p><p>　　介質(zhì)溫度：a.；b.</p><p>　　工作壓力

66、：MPa，法蘭夾持連續(xù)（注：應(yīng)用戶要求，可提供其他壓力等級(jí)，需定做）</p><p>　　殼體材料：碳鋼、不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）</p><p>　　規(guī)格（管道內(nèi)徑）：20、25、32、40、50、65、80、125、150、200、250、300（大于DN300口徑為插入式）</p><p>　　環(huán)境溫度：-25℃~+55℃；濕度：≤85RH%</p

67、><p>　　防爆類型：隔爆型；防爆標(biāo)志</p><p>　　工作狀況下流量范圍如表2—1所示（單位：m3/h）</p><p>　　表2—1 流量計(jì)工作狀態(tài)下的流量范圍</p><p>　　2.3.3液位儀表靜壓式液位計(jì)</p><p><b>　　靜壓式液位計(jì)</b></p><

68、;p>　　產(chǎn)品名稱：?jiǎn)畏ㄌm液位變送器</p><p>　　產(chǎn)品型號(hào)：1151LT</p><p>　　測(cè)量范圍：0～1～6KPa，0～160～1000KPa，0～6～40KPa，0～400～2500KPa</p><p>　　輸出：4～20mA DC</p><p>　　電源：24V DC，無負(fù)載變送器可在12V DC工作，最高45V

69、DC</p><p>　　指示表：（現(xiàn)場(chǎng)）刻度尺長(zhǎng)45mm，指示精度2.5級(jí)（指針式）</p><p>　　指示精度：0.5級(jí)（數(shù)字式）</p><p>　　危險(xiǎn)場(chǎng)所安裝：隔爆型、本安型</p><p>　　正遷移量：為最小校調(diào)量程的500%</p><p>　　最大負(fù)遷移量：為最小校調(diào)量程的600%</p>

70、;<p>　　量程和零點(diǎn)：外部連續(xù)可調(diào)</p><p>　　溫度范圍：放大器工作溫度-25℃～90℃</p><p>　　傳感器工作溫度：-40～104℃，-18℃～204℃灌充惰性液</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)材料：隔離膜片</b></p><p><b>　　插入部分：316L</

71、b></p><p>　　2.4換熱器溫度控制執(zhí)行器的選用</p><p><b>　　氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥</b></p><p><b>　　產(chǎn)品型號(hào)：ZJHP</b></p><p>　　主要零件材料如表2-2所示，</p><p>　　表2-2調(diào)節(jié)閥主要零件材料&

72、lt;/p><p>　　調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　閥體公稱通徑mm：20</p><p><b>　　閥座直徑mm：10</b></p><p>　　額定流量系數(shù)Kv（等百分比）：1.6</p><p>　　公稱壓力MPa：1.6</p><p><b&

73、gt;　　行程mm：10</b></p><p><b>　　流量特性：等百分比</b></p><p>　　介質(zhì)溫度℃：-40～230℃（常溫型）</p><p>　　法蘭標(biāo)準(zhǔn)：符合JB78-59、JB79-59標(biāo)準(zhǔn)，可按JB/79.1-94、JB/79.2-94、ANSI、JIS、DIN等標(biāo)準(zhǔn)訂貨生產(chǎn)。</p>&

74、lt;p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)：</p><p>　　有效面積cm2:350</p><p><b>　　行程mm：16</b></p><p>　　彈簧范圍KPa：20～100（標(biāo)準(zhǔn)）：40～120；80～240；20～60；60～100</p><p>　　基本誤差%：氣開帶定位器，始點(diǎn)±

75、;1.0，終點(diǎn)±1.0。</p><p>　　允許壓差：（氣開，執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號(hào)ZHB-22，彈簧范圍40～200MPa，氣源壓力250MPa；閥座通徑10mm）：6.4MPa</p><p>　　可配附件：定位器、空氣過濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、電磁閥、手輪機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　第三章 裝備工藝設(shè)計(jì)</p><p&g

76、t;<b>　　3.1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.1.1 工藝條件</p><p>　　表3-1 工藝條件原始數(shù)據(jù)表</p><p>　　3.1.2 生產(chǎn)能力</p><p>　　① 去離子水與二甲基亞砜的最大用量：5m3/h</p><p>　?、?操作制度：年工作日330天，日

77、操作時(shí)24小時(shí)</p><p>　　3.2 熱負(fù)荷的計(jì)算</p><p>　　3.2.1 定性溫度的確定</p><p>　　查[1]，P247，在工程上，大多數(shù)流體的平均溫度作為定性溫度。則算得，</p><p>　　管程(去離子水）定性溫度為：（t1+t2)/2=(25+80)/2=52.5</p><p>　　殼

78、程（飽和蒸汽）定性溫度為：(T1+T2)/2=(175+175)/2=175</p><p>　　3.2.2飽和蒸汽和去離子水的其他物性參數(shù):</p><p>　　查[1]、[3]、[4]得物性參數(shù)如表3-6：</p><p>　　表3-6 流體物性參數(shù)表</p><p>　　3.2.3 質(zhì)量流量</p><p>&l

79、t;b>　　冷流體去離子水：</b></p><p><b>　　熱流體側(cè)蒸汽：</b></p><p>　　3.2.4熱負(fù)荷計(jì)算</p><p>　　3.3 平均推動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　3.3.1 流體流動(dòng)空間</p><p>　　由于用高溫蒸氣冷凝，為及時(shí)排去冷凝液

80、，故蒸汽走殼程，去離子水走管程。由于管程流體的溫度為25/80℃，殼程蒸汽為175℃，溫差較大，而管程流體的流量為m3/h，流量較小。設(shè)計(jì)的換熱器比較小，為考慮避免溫差應(yīng)力的影響選用U型管換熱器。</p><p>　　3.3.2 流體走向確定</p><p>　　為提高傳熱效率，兩流體在換熱器內(nèi)逆流。</p><p>　　3.3.3 平均推動(dòng)力計(jì)算</p>

81、;<p><b>　　℃</b></p><p>　　3.4 估算傳熱面積</p><p>　　冷流體為去離子水，熱流體為蒸氣。</p><p>　　查[5] P14頁表1—6</p><p><b>　　初選</b></p><p><b>　　故

82、</b></p><p>　　由于采用了U型管換熱器，無溫差應(yīng)力，不用溫差熱補(bǔ)償</p><p>　　3.5 初步確定換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　3.5.1換熱管的選擇</p><p>　　根據(jù)[5]，P15，選規(guī)格的換熱管 </p><p>　　3.5.2 管內(nèi)流速的確定</p>&

83、lt;p>　　查P280，常見流體流速如表3-7所示，</p><p>　　表3-7 常見流體流速</p><p>　　但由于碳纖維水洗浴對(duì)溫度要求很嚴(yán)格，溫度波動(dòng)要求很小，故流體流速應(yīng)取很小。</p><p>　　取管內(nèi)去離子水流速：</p><p>　　3.5.3 管子數(shù)目與管長(zhǎng)的確定</p><p>　　單

84、程管子的數(shù)目為：，取n=50根</p><p>　　由此估算出單程管子長(zhǎng)度為：，取4 m</p><p>　　U型管換熱器分為2管程，所以選取每根管子長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2m，單程管子數(shù)為50根，總管子數(shù)目為100根。實(shí)際流速為0.2m/s。</p><p>　　3.5.4 殼體內(nèi)徑的估算</p><p>　　由于溫不太高，壓力不太大，所以選管子連接形

85、式為脹接</p><p>　　故管子中心矩,取25mm</p><p>　　初選轉(zhuǎn)45o正方形布管</p><p><b>　　因?yàn)槭嵌喙艹?，所?lt;/b></p><p>　　因?yàn)槭钦叫尾脊?，且為二管程，所以η?.6，且Pt=(1.3～1.5）d0。</p><p>　　取Pt=25mm，

86、 圓整到426mm.，即取426mm的管子為換熱器筒體，初取壁厚為6mm的不銹鋼管。實(shí)際內(nèi)徑414mm。</p><p><b>　　3.5.5 布管圖</b></p><p>　　為確定管板上布管結(jié)構(gòu)的合理性和驗(yàn)證實(shí)際部管數(shù)先粗略設(shè)計(jì)部管結(jié)構(gòu)，采用正方形布管如圖3-1</p><p>　　圖3-1 管子排列示意圖</p>&l

87、t;p>　　實(shí)際布管數(shù)為100根，拉桿數(shù)為4根。</p><p>　　3.5.6 拉桿的直徑、數(shù)量及定距管的確定</p><p>　　選用φ12mm不銹鋼拉桿數(shù)量為4根。定距管采用和換熱管一樣的不銹鋼管子φ19×2mm</p><p>　　3.5.7 折流板直徑、數(shù)量及相關(guān)尺寸的確定</p><p>　　選折流板與殼體間隙為1

88、mm</p><p>　　折流板直徑： =414-2*1==412mm</p><p>　　由GB151弓形板缺口應(yīng)在排管中心線以下，或切于兩排管孔的小橋之間。</p><p>　　這里折流板管口直徑為19.4mm，故取h=94mm。</p><p>　　折流板數(shù)：初取板間距為200mm則：</p><p><b

89、>　　圓整為8塊。</b></p><p>　　實(shí)際折流板間距h： GB150 P74規(guī)定：折流板間距一般不小于圓筒內(nèi)經(jīng)的1/5，且不小于50mm。</p><p>　　由實(shí)際換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)取為200mm。</p><p>　　3.6 計(jì)算實(shí)際傳熱面積及總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　W/m·℃&

90、lt;/b></p><p><b>　　3.7 校核傳熱</b></p><p>　　列管式換熱器面積是以傳熱管外表面積為基準(zhǔn)，在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，其計(jì)算通式為：</p><p>　　式中 ——總傳熱系數(shù)，；</p><p>　　——分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，；</p

91、><p>　　——分別為管程和殼程的污垢熱阻，；</p><p>　　——分別為傳熱管內(nèi)直徑、外直徑和平均直徑，m；</p><p>　　λ——傳熱管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，；</p><p>　　b——管壁的厚度，m；</p><p>　　3.7.1 殼程流體傳熱膜系數(shù)</p><p>　　式中 ——?dú)こ?/p>

92、流體傳熱膜系數(shù)，；</p><p>　　——分別為飽和蒸汽溫度和管壁面溫度，℃；</p><p>　　——分別為在定性溫度下，冷凝液的密度、黏度、和導(dǎo)熱系數(shù)；</p><p>　　——分別為飽和蒸汽的密度和冷凝潛熱；</p><p>　　——傳熱管子外徑，m；</p><p>　　n——水平管束在垂直列上的管數(shù)<

93、/p><p>　　取管壁面溫度為管內(nèi)流體出口溫度80℃，則定性溫度：</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　查[3] 340 頁，附表十得在定性溫度下的冷凝液密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)為如表3-8</p><p>　　表3-8 定性溫度下蒸汽密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　計(jì)

94、算得殼程流體傳熱系數(shù)=446.54（W/m·℃）</p><p>　　3.7.2 管程流體傳熱膜系數(shù)</p><p>　　式中 ——管程流體傳熱膜系數(shù)，；</p><p>　　——分別為定性溫度下的密度和黏度；</p><p>　　——分別為定性溫度下流體的定壓比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)；</p><p>　　——傳

95、熱管子內(nèi)徑，m； </p><p>　　——流體在管內(nèi)的流速，；μ=8Vs/(3600πd2N）=0.157</p><p>　　n——指數(shù)，視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時(shí)，；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，；</p><p>　　計(jì)算得到管程流體導(dǎo)熱系數(shù)=1176.45（W/m·℃）</p><p>　　3.7.3 污垢熱阻及管壁熱阻</p

96、><p>　　管程污垢熱阻：1.7197;</p><p>　　殼程污垢熱阻：0.8598;</p><p>　　不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為：16.28 W/m·℃</p><p>　　1/Ko（計(jì)）=3.757×10-3</p><p>　　Ko(計(jì)）=266.17</p><p>　

97、　Ko/Ko（計(jì)） 在1.1～1.2內(nèi)，符合要求。</p><p>　　與Ko(計(jì)）對(duì)應(yīng)的傳熱面積為：</p><p>　　So（計(jì)）=Q/Ko(計(jì)）△tm=9.878m2</p><p>　　So/So（計(jì)）≈1.15 在1.1～1.2內(nèi)，符合要求。</p><p><b>　　3.8 壓力降校核</b></

98、p><p>　　3.8.1 管程壓力降</p><p>　　對(duì)于多管程換熱器，其總壓力降等于各程直管阻力與局部阻力之和，即</p><p>　　式中 ——管程總壓力降，Pa；</p><p>　　——分別為單程直管阻力與局部阻力，Pa；</p><p>　　——污垢校正系數(shù)，對(duì)于φ25mm×2.5mm管子，取；

99、對(duì)于φ19mm×2mm管子，?。?lt;/p><p><b>　　——串聯(lián)殼程數(shù)；</b></p><p><b>　　——管程數(shù)。</b></p><p>　　其中流體流過直管段由于摩擦所引起的壓力降可由下式計(jì)算：</p><p>　　式中 ——摩擦阻力系數(shù)；</p><

100、;p>　　——傳熱管長(zhǎng)度，m；</p><p>　　——傳熱管內(nèi)徑，m；</p><p>　　——管內(nèi)流速，m/s；</p><p><b>　　ρ——流體密度，。</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　流體流過回彎管（進(jìn)、出口阻力忽略不

101、計(jì)）因摩擦所引起的壓力降可由下式計(jì)算：</p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　因?yàn)樵S用壓力降為[△P]=0.01MPa，所以滿足要求。</p><p>　　3.8.2 殼程壓力降</p><p>　　當(dāng)殼程裝有弓形

102、折流板時(shí)，殼程流體總壓力降等于在折流板間流動(dòng)的阻力與流體通過折流板缺口平行與管束流動(dòng)的阻力之和。工程中常用下式計(jì)算：</p><p>　　式中 ——?dú)こ炭倝毫?，Pa；</p><p>　　——流體流過管束的壓力降，Pa；</p><p>　　——流體流過折流板缺口的壓力降，Pa；</p><p>　　——結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)于液體，；對(duì)于氣體

103、或可凝蒸汽，；</p><p><b>　　——?dú)こ虜?shù)。</b></p><p>　　流體流過管束的壓力降</p><p>　　流體流過折流板缺口的壓力降</p><p>　　式中 N——每一殼程的管子數(shù)目；</p><p><b>　　——折流板數(shù)目；</b></p

104、><p>　　h——折流板間距，m；</p><p><b>　　——?dú)んw內(nèi)徑，m；</b></p><p>　　F——管子排列方式對(duì)壓力降的校正因數(shù)，對(duì)于正三角形排列，；對(duì)于正方形斜轉(zhuǎn)45º，；</p><p>　　——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；</p><p><b>　　其

105、中，。</b></p><p>　　——橫過管束中心線的管數(shù)，管子按正三角形排列：；管子按正方形排列：；</p><p>　　——?dú)こ塘黧w橫過管束的最小流速，m/s，； </p><p>　　——?dú)こ塘黧w的體積流量，。</p><p><b>　　取折流板間距</b></p><p>

106、;<b>　　∵</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　折流板數(shù)： 取NB=8</p><p>　　因?yàn)樵S用壓力降為[△P]=0.01MPa，所以滿足要求。</p><p>　　第四章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)條件的確定&l

107、t;/p><p><b>　　4.1.1設(shè)計(jì)壓力</b></p><p>　　查[6]，設(shè)計(jì)壓力是指容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。</p><p><b>　?、?管程設(shè)計(jì)壓力：</b></p><p><b>　?、?殼程設(shè)計(jì)壓力；</b

108、></p><p>　　4.1.2 設(shè)計(jì)溫度</p><p><b>　?、?管程：</b></p><p><b>　　取 100℃</b></p><p><b>　　② 殼程：℃</b></p><p><b>　　取℃</b

109、></p><p>　　4.1.3 設(shè)計(jì)條件</p><p>　　表4-1 凝固一浴換熱器設(shè)計(jì)條件表</p><p>　　4.2 金屬壁溫的確定</p><p>　　4.2.1 管程側(cè)冷流體：</p><p>　　查[7]，附錄F，F(xiàn)2.1，冷流體側(cè)的壁溫，</p><p><b&g

110、t;　　℃</b></p><p>　　4.2.2 殼程熱流體側(cè)：</p><p>　　查[7]，附錄F，F(xiàn)2.1，冷流體側(cè)的壁溫，</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　4.2.3 金屬壁溫</p><p><b>　　一般情況下?。骸?lt;/b&g

111、t;</p><p><b>　　4.3 接管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.3.1 管程側(cè)接管的設(shè)計(jì)</p><p>　　已知管程側(cè)混合液流體體積流量為5 m3/h，流體進(jìn)出口都為液體。故在接管的流速為：1.5~2m/s。取u=2m/s</p><p><b>　　初選DN=32mm</b>

112、</p><p>　　4.3.2 殼程側(cè)的接管設(shè)計(jì)</p><p>　　已知?dú)こ虃?cè)的蒸汽體積流量為：120.6 m3/h</p><p>　　查[4] P301 表4—14</p><p>　　飽和蒸汽的流速一般為20~30m/s。取u=20m/s</p><p>　　但考慮到蒸汽流量為控制溫度的主控對(duì)象，為提高可調(diào)范

113、圍初取DN=50mm</p><p>　　材料選用00Cr17Ni14Mo2</p><p>　　4.3.3 排液排氣口的設(shè)計(jì)</p><p>　　為提高傳熱效率，及時(shí)排除工作中的殘液、氣。考慮在殼程的最高點(diǎn)設(shè)置排氣口。</p><p>　　公稱直徑初選為DN20mm。材料選用鋼管材料 00Cr17Ni14Mo2</p><

114、;p>　　查[8],P33,表4-5，得到換熱器所有接管尺寸如表4-2</p><p>　　表4-2 換熱器接管尺寸表</p><p>　　4.3.4 接管法蘭的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　① 公稱壓力</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力為0.88MPa，圓整到標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)為1.0MPa。查[8] P123得在

115、最高操作溫度下的設(shè)計(jì)壓力為PN=1.0MPa，由于本設(shè)計(jì)的換熱器的保溫及密封良好，又采用了高合金鋼材料，故不用提高一個(gè)壓力等級(jí)。</p><p><b>　?、?法蘭形式</b></p><p>　　在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下為節(jié)約設(shè)計(jì)成本，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的法蘭。本換熱器中所有接管法蘭均選用帶頸對(duì)焊法蘭（WN）。</p><p><b>　

116、?、?密封面形式</b></p><p>　　按[8] P13-14，選用凸面法蘭（M）。</p><p>　　材料選用00Cr17Ni14Mo2</p><p><b>　?、?法蘭尺寸</b></p><p>　　查[,8]P50表4-1，按HG20595-97（歐洲體系）殼程側(cè)帶頸對(duì)焊法蘭尺寸如表4-3

117、：</p><p>　　表4-3 殼程側(cè)帶頸對(duì)焊法蘭尺寸表</p><p>　　帶頸對(duì)焊凸面（M）法蘭示意圖如圖4-1：</p><p>　　圖4-1 帶頸對(duì)焊法蘭結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　?、?墊片的選擇</b></p><p>　　查[8]P229 表4.0.2-3。按HG2060

118、6-97選用石棉橡膠板XB450</p><p>　　適用壓力等級(jí)≤2.5MPa，溫度≤300℃，P·t≤650MPa·℃滿足本次設(shè)計(jì)要求</p><p>　　墊片尺寸表4-5 （單位：mm） </p><p>　　查[8]，P128，表4.0.2-3得墊片尺寸如下表：</p><p>　　表4-5 墊片尺寸表</p

119、><p>　　接管法蘭墊片示意圖如下：</p><p>　　圖4-3 接管法蘭墊片示意圖</p><p><b>　?、?接管法蘭緊固件</b></p><p>　　查[8]，P197，HG20613--97標(biāo)準(zhǔn)，螺柱選擇等長(zhǎng)雙頭螺柱，材料鋼號(hào)選35GrMoA、螺母用鋼選30GrMoA，固溶熱處理，使用溫度范圍為-10～50

120、0℃。</p><p>　　螺柱尺寸如表4-6：</p><p>　　表4-6接管法蘭螺柱尺寸表</p><p>　　注：1、緊固件重量為每1000個(gè)的總量</p><p>　　2、帶括號(hào)尺寸為法蘭蓋于其他型式法蘭組合是的螺栓長(zhǎng)度。</p><p><b>　　螺柱示意圖如下：</b></p

121、><p>　　圖4-4 雙頭螺柱結(jié)構(gòu)尺寸示意圖</p><p>　　查[8]P690 表5-455得螺母尺寸表如下：</p><p>　　表4-7 螺母尺寸表</p><p><b>　　螺母尺寸圖如下：</b></p><p>　　圖4-5 螺母結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p>　

122、　4.3.5 接管與殼體的連接形式</p><p>　　由[7]GB151 P220查得</p><p>　　不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管與殼體焊接形式</p><p>　　圖4-6不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管與殼體焊接示意圖</p><p><b>　　且不小于6mm</b></p><p>　　4.4 管程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

123、</p><p>　　4.4.1 封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　橢圓型封頭由半個(gè)橢球面和直邊段組成，橢圓形封頭的經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)。應(yīng)力分布均勻，而且不球形封頭的深度小易沖壓成型。故選用橢圓型封頭。</p><p>　　查[10] P22 附表C，由于本次設(shè)計(jì)的換熱器的筒體是無縫鋼管，所以采用以外徑為基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭 EHB</p><

124、p>　　材料選用00Cr17Ni14Mo2厚度粗選為6mm</p><p><b>　　封頭的參數(shù)表如下</b></p><p>　　表4-8 封頭參數(shù)表</p><p>　　DN=Do=426mm，直邊段高度計(jì)算用公式</p><p>　　計(jì)算得直邊段高度h=25mm</p><p>&l

125、t;b>　　封頭示意圖如下</b></p><p>　　圖4-7 封頭結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p>　　4.4.2 容器法蘭的選取</p><p><b>　　①法蘭形式</b></p><p>　　選取帶頸對(duì)焊法蘭（WN）</p><p><b>　?、诿芊庑问降倪x取&

126、lt;/b></p><p>　　選取凹凸面法蘭（MFM）</p><p>　　材料選用00Cr17Ni14Mo2</p><p><b>　　容器法蘭尺寸</b></p><p>　　查[8]P46標(biāo)4-1 無縫鋼管式筒體的接管法蘭外徑為426mm，其尺寸如表4-9</p><p>　　表