毕业设计（论文）-年产3.2万吨NaOH装置设计.doc

南华大学机械工程学院毕业设计 年产3.2万吨NaOH装置设计摘要：在本次的三效蒸发制碱装置的设计中，是需要运用许多的化工机械专业的基础知识，例如有：一些设计中的管壳式换热器，它主要参考了GB150-1998和GB151-1998；关于蒸发的一些工艺设计的计算中，则又要用到很多与化工原理相关的物料平衡以及热量平衡的计算方法；同时，受到内压作用的设备在选材时，都必须严格要求其选择容器用钢；另外，在设备的形状以及尺寸的确定中，参考和借鉴了相关传统化工设备设计的经验和方法。全套图纸加扣 3012250582 同时，因为本次设计的设备其处理的介质是具有腐蚀性的NAOH溶液，所以一些与烧碱有所接触的零件在其选材之时，通常都是要用到不锈钢OCr18Ni9的。但是这在其管板的设计中，管板的一侧才与烧碱有所接触的，因此若是都要用不锈钢来制造，那么这样既不经济也不好加工。所以在本次设计中的管板选择采用复合钢板，但是管板的计算和校核还是按照其中一种材料进行的。关键词：三效蒸发;管板;换热器;物料平衡;复合钢板 年产3.2万吨NaOH装置设计Abstract:In the design of the three effect evaporation alkali produced device in this time, which is the need to use the basic knowledge and many chemical engineering .for example: in some shell and tube type desiging of the heat exchanger,which mainly refers to the GB150-1998 and GB151-1998; some calculation process design of evaporation is also used in many related the chemical principle of material balance and heat balance calculation method. at the same time, because of the action of internal pressure of the equipment in the material, it must be strictly required to choose a vessel steel; in addition, what reference the experience and methods of design related traditional chemical equipment in determining the shape and size of the equipment. At the same time, because the equipment is the design of the process medium,which is NAOH solution is corrosive, some contaction with caustic soda in the selection of parts is usually to use stainless steel OCr18Ni9. But ,this ,in the tube sheet design, is in the side of the tube plate and caustic soda are exposed.so ,if you are made of stainless steel, that is neither economic nor good processing. So the tube plate, in this design, adopted the composite steel, but the calculation and checking of tube plates or in one of the materials.keyword:device of triple ； tube plates ；heat exchanger ； materical balance ；clad steel 目录前 言11、绪论22、工艺设计及计算62.1、主要操作条件62.2、整个系统的总蒸发水量62.3、选取各效出效浓度72.4、各效温差分配：83、蒸发器的设计及计算113.1、蒸发室内径和气相空间高度的确定113.2、蒸汽进出口管内径的确定123.3、蒸发器加热室直径及高度的确定144、加热器的设计计算164.1、初定参数164.2、各效总传热系数的校核175、管板的设计计算215.1、设计计算公式的基本考虑22 5.2、管板强度的基本分析方法235.3、符号说明和计算245.4、法兰的选取和计算285.5、壳程压力作用的危险组合346、螺旋板式换热器的设计406.1、传热工艺的设计406.2、流体压力降计算446.3、螺旋板强度和挠度的计算及校核457、蒸发器分离室设计527.1、分离室的初步设计527.2、各效蒸发室壁厚537.3、分离室的封头设计537.4、人孔的设计537.5、旋液分离板设置547.6、视镜设计547.7、法兰设计54英文翻译56附录一 外文原稿：56参考文献：69谢 辞70- iv -前 言 本次设计是对我们大学四年来所学知识的综合和总结，主要目的在于在培养我们正确的设计思想以及运用我们所学的基础知识和专业知识去分析，解决生产实际问题的能力，同时在此次设计过程中学会了运用设计标准和规范、设计手册、设计图册以及查阅相关技术资料去进行相关的理论计算、结构思考和绘制图样，对培养我们机械设计的基本技能和工程设计者的基本素质有较大的帮助，也为毕业后走上相关的工作岗位打下了良好的基础。这次我设计的是年产3.2万吨制碱装置，三效蒸发系统的方案有下列几个组成部分：蒸发器、预热器、加热器等都进行了专业的设计、计算、校核和绘图。在化工生产中，腐蚀问题是个设计中要考虑的一个重大因素，也是大家一直所关注并力求解决的，它不仅仅与生产设备的使用寿命和效率相关，还与整个生产的经济效益息息相关的。因此如何在经济和效益的基础上寻求腐蚀与防腐的平衡便成为了设计者应该首先考虑的问题。 由于本人水平有限，相关设计经验不足，设计中难免有错误和疏漏之处，恳请各位老师指正。1、绪论蒸发操作是指运用加热的方法，在溶液沸腾的状态下，使其中的水分或者其他具有挥发性的溶剂部分的气化移除，从而达到使溶液浓缩的过程。由于溶质一般为不挥发的，因此蒸发又是一个使挥发性的溶剂与不挥发性的溶质分离过程。蒸发操作在工业生产中的目的如下：（1）提高溶质在水溶液中的浓度; （2）用蒸发制备纯净的溶剂；（3）用于浓缩溶液和回收溶剂。另外，还经常用于溶剂地脱臭、放射性废染料的处理等等。多效蒸发是蒸发操作中的一种方法。多效蒸发既可以在常压的状态下进行，也可以在加压、减压的状态下进行。蒸发操作的实质为在间壁的两侧分别有蒸汽冷凝、溶液沸腾的传热的过程。因此蒸发器实质上是一种换热器。但是，与一般的传热过程相比教，蒸发操作又具有以下的特点：（1）蒸发物料为溶有不挥发性的溶质的溶液。从乌拉尔定律可得出：在相同的温度下，溶有溶质的溶液蒸气压较纯溶剂低，因而在相同的压力下溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，当加热蒸汽的温度达到一定程度时，前者的传热温差就比后者时为小，另外溶液的浓度越大，这种影响也会越加的显著。（2）由于蒸发时的气化溶剂量很大，因此会消耗掉大量的蒸汽。为了提高加热蒸汽的经济性，有效的利用能量，可用多效蒸发的方法达到目的。（3）蒸发物料可能具有某些的特性：一些蒸发物料会在浓缩时可能会结垢或析出结晶，一些具有较强的腐蚀性或较高的粘度，一些热敏物料会在高温下容易分解而变质等等。因此在选择适宜的蒸发方法和设备时，应根据物料特殊性和其工艺要求来选择。以上所述的特性是选择和设计蒸发器所必须考虑的一些问题。从能源的利用方面来讲，蒸发过程的操作方式又可分为单效蒸发、多效蒸发和多级闪蒸等等。对各种操作方法的介绍如下所述：1、单效蒸发 采用单效蒸发的条件：当生产的能力小，而加热蒸汽又是廉价的，且所处理物料是有腐蚀性的，或者产生的蒸汽是被污染的而不能再次利用的情形下可采用。它的操作方法如下：（1）间歇式。这种方法是按加料、蒸发、排料依次分步来进行的。这种方式不太常用，但是由于它需要很大的设备容量一次性的把料液全部装入，且它的加热面是需要放地很低的，以便浓缩液在蒸发的终点时也能淹没到加热面。（2）半间歇式。这种方式顾名思义是指溶液在达到其所要求的终点浓度之前，连续不断地于其加料，以便能保持设备内恒定不变的液面的一种方式。（3）连续式。该操作方法是指连续地进出料，进料与产品的浓度基本上保持不变。 2、多效蒸发 多效蒸发是一种有效地利用能量的方法。它的特点如下所述：第一效时通入加热的蒸汽，下一效时以二次蒸汽作为加热蒸汽，后面的各效分别依次地类推，而末效的二次蒸汽进入到冷凝器冷凝。理论上的单位质量所加热的蒸汽蒸发的水量应该为效数的倍数。依据加热蒸汽、料液的流向，多效蒸发流程有以下的四种： 1)、顺流法（又称为并流法） 优点：a、其各效间可以省去输料泵。由于各效之间有较大压差，所以料液与蒸汽能自动得从前效进入到后效；b、在各效之间不需设预热器。由于前效操作温度是高于后效的，料液从前效进入到后效的时候呈现过热的状态，而可以产生自动蒸发；c、由于辅助的设备较少、装置紧凑、管路较短，因而温度的损失也较小；d、装置操作相对简便，工艺条件相对稳定，因而设备维修工作减小。 缺点：由于后效的温度低、溶液的浓度大，因此料液粘液的粘度也增加的很大，而降低了传热系数。所以对于这样随着浓度增加很大的料液不宜于采用并流的方式，同时也说明并流操作只适用于粘度不是很大的液体。 2）、逆流法，即指蒸汽与料液的流向呈逆流的操作。 优点：a、逆流法可充分发挥设备能力。随着料液的浓度的提高，它的温度因此也相应提高，相应地料液粘度也会增加较小，所以各效的传热系数相差也不是很大，才能充分的发挥设备能力；b、可产生较高的浓缩液。因为浓缩液的排出温度是很高的，因此可利用它的显热在减压状况下进行闪蒸增浓。所以逆流法用于粘度较大的料液地蒸发。 缺点：a、由于辅助的设备较多，其动力的消耗较大，各效之间还须设置相应的料液泵、预热器，有时浓缩液的出料时的温度可能过高，还应须增设相应的冷却器；b、不适用于浓缩液在高温之时容易分解的料液；c、操作较之为复杂，工艺条件也不太稳定，必须设置有相对完善的控制与测量的仪表。 3）、错流法 也称为混流法，它是顺流法、逆流法的结合。错流法的特点是兼有两者的优点而避开其的缺点，但是操作较复杂，也缺少比较完善的自控仪表来满足它的稳定操作，因此此法在我国目前主要用于造纸业的碱的回收系统中。 4）平流法即在各效之中全部加入料液，同时每效都引出浓缩液。平流法主要用于一些有结晶析出的料液，其他的一般都不采用，另外此法还可用在浓缩两种和两者以上的不相同的水溶液。3.多级蒸发 此法主要用于海水淡化,它的主要优点是使汽化在无传热面的气室内发生,因此多级闪蒸汽就可以通入大量的加热蒸汽. 综合以上所述:考虑制造、生产的因素，所以本次的设计采用多效蒸发中的的顺流法。蒸发装置的选型 蒸发装置设置的选型的首要问题应优先考虑那些传热系数高的型式，但是料液的物理和化学性质通常会使些许的传热系数高的型式在生产、使用方面受到相应的限制，因此在选型时应考虑的因素有一下几种：1)、料液的性质包括料液的组成成分、物料的粘度以及腐蚀性、热稳定性和发泡性、料液的变化范围等，料液是否容易结垢、结晶和是否含有固体悬浮物。2、工程技术要求 包括有料液的处理量和蒸发量，料液进口、出口的浓度和温度，现场安装时的浓度和高度、设备的投资额度、是否要求连续或间隙生产等。3）公用系统的情况 包括可利用的热源、压力、蒸馏量、冷水的水量、水质和温度等等。 综上所述因素，故本次的三效制碱装置选择采用列文式的蒸发器，有以下原因： 1）设计中要求的处理量较大; 2）设计中的电解液有很强的腐蚀性； 3）料液的粘度比较小，且随浓度的变化也较小； 4）浓缩过程中会有结晶析出，很容易结垢； 5）料液稳定性比较好，无须考虑到热敏性的影响； 另外，这种蒸发器的结构简单，它的制造成本较低，其操作和维修很方便所以，整个的工艺流程选择采用三效分级蒸发方式，而蒸发器的结构型式选用列文式。2、工艺设计及计算2.1、主要操作条件 1.加热蒸汽的绝对压力为450kpa。 2.原料液的浓度为0.3，完成液的浓度为0.45. 3.操作温度为80。 4.冷凝器的绝对压力20kPa。 5.年产3.2万吨NaoH,工作日256天，每天24小时，约5.2吨/小时。2.2、整个系统的总蒸发水量 根据生产要求，取系统的洗水量为500kg/1t NaoH 100%。 Ws=5.2。为原料液中的NaoH的质量百分比。为电解液中的的质量百分比。 为完成液中的NaoH的质量百分比。为完成液中的的质量百分比。已知、可得：即有Ws =5.2 再将Ws在三效中进行分配，其各级分配比可按1：1.1 ：1.2 进行分配，即有： ： ：= 1 ：1.1 ：1.2 效的蒸发水量； 效的蒸发水量； 效的蒸发水量；则有： = =2538.5kg/h =1.1 =2792.4kg/h = 1.2=3046.2kg/h2.3、选取各效出效浓度 初估效的出效浓度为32.3%，由手册查得公式可得 =2617kg/h 故 =32.3% ， =67.7%。 同理依次可得，效的浓度分布如下： NaoH 效 进料 30% 70%效出料效进料 32.3% 68.7%效效出料 效进料 37.5% 62.5%效 出料 45% 55% 2-3-12.4、各效温差分配：2.4.1通过查表可得在450kpa下饱和蒸汽的温度为147.7.93， 在2 0kpa下水的沸点为60.6 ，由上可得蒸发系统的理论总温差是 =147.9360.06=87.872.4.2各效的温差损失：由溶液的沸点升高而引起的温差损失，可查NaoH溶液的沸点升高图=11 =13 =20.5因静压引起的沸点升高值=2 =2 =3各效间的温差损失： 因此可得各效的温差损失表如下效效效小计溶液沸点升高值111320.544.5静压引起沸点升高值 2 2 37效间温差损失 1 1 1 3合计141624.554.5实际温差为=87.87-54.5=33.372.4.3采用沸点试差法来确定各效的操作条件 根据条件给定的水蒸汽，冷凝器压力和三效经验数据，假设、效的沸点依次为 =140 =110 =83 则有各效的二次蒸汽温度为： =140112=127 =110132=95 =8320.53=59.5 根据以上所得，可从水蒸汽得性质查取各效的操作条件和相关的热力参数： 效： 加热蒸汽的压力：450kpa (绝压) 加热蒸汽的温度：147.93 二次蒸汽的压力： 245kpa(绝压) 二次蒸汽的汽化潜热：2182KJ/kg 二次蒸汽的温度：127 碱液温度：140 效：加热蒸汽的压力：245kpa (绝压) 加热蒸汽的温度：127 二次蒸汽的压力： 84.55kpa(绝压) 二次蒸汽的汽化潜热：2171KJ/kg 二次蒸汽的温度：95 碱液温度：110 效：加热蒸汽的压力：84.55kpa (绝压) 加热蒸汽的温度：95 二次蒸汽的压力：19.9kpa(绝压) 二次蒸汽的汽化潜热：2357KJ/kg 二次蒸汽的温度：59.5 碱液温度：83 根据各种经验，需考虑到热损失系数，假定效为5%，效为15%，效为15%，那么各效热负荷则为 效： =6390402.06（千卡/小时）效： =3509854（千卡/小时）效： =3967719.4（千卡/小时）2.4.4温差分配： t1：t2:：t3 = =1：1.5 ：2 则： t1=12. t2=18.1 t3=26.02.4.5沸点的核校： =164.2-12.0=152.2 =137-18.1=119.9 =105-26=79 直到该核算值和预设的沸点值相接近，则停止核算，取用前面所设的沸点值。3、蒸发器的设计及计算3.1、蒸发室内径和气相空间高度的确定3.1.1、确定蒸发室内径： 由计算公式 ： 为该蒸发器的蒸发量 a为蒸发器允许的表面汽化强度 其中 a可取（12001600 kg/）在这里取 a=1500kg/ 效：=1.67m 效：=1.75m 效：=1.83m 3.1.2、蒸发室汽相空间的高度 由计算公式 式中： 为蒸发皿的汽化体积流量； b为蒸发室的体积汽化强度； 在这里为了统一该多效蒸发系统中各蒸发器的高度，仅根据真空效即效的操作条件来计算求得。 因此对于效蒸发器来说，20kpa(表) =30466.23/3600 =5.27 Hz=1.19m3.2、蒸汽进出口管内径的确定蒸发器的加热蒸汽进口管以及二次蒸汽的出口管的内径dz，可由下面的公式计算求得： 其中：为蒸汽的体积流量， 为蒸汽流速，一般在蒸发装置的设计中蒸汽在管内的流速 可取4，这里全取=20。3.2.1、效装置蒸汽进、出口管内径的装置 查表得在450kpa压力下 =0.414 (1) 加热蒸汽的进口管径 =0.155m (2) 二次蒸汽的出口管径 通过查水蒸汽性质表可知，在84.55kpa压力下，=1.981 =0.323m 3.2.2、效装置进出口管内径的确定 =0.155m 二次蒸汽出口的管内径 可查手册得 在19.94kpa压力下，=7.671 =0.73m 3.2.3、效装置的进出口管内径的确定 (1) 加热蒸汽进口的管径 =0.73m (2) 二次蒸汽出口管径 可查手册得 在19.44kpa的压力下，=6.21 =1.52m3.3、蒸发器加热室直径及高度的确定 3.3.1、从前文可知本设计所选得的蒸发皿为列文式蒸发器，因此需先根据料 液于一次循环后的所需的温升值来确定该加热室的高度Hg。 其中：为该蒸发器内的料液的循环速度，可取=1.5m/s 为该蒸发器内料液的速度 为该蒸发器内的料液的比热，可取c=0.9 为该蒸发器内的料液在一次循环后的温升，可取=2.5 为该蒸发器的传热系数 为该蒸发器的传热温差 该该蒸发器内的换热管内径 mm （不锈钢） 该该蒸发器内的换热管中径 mm 42.5 (1) 、求取效加热室的高度 =4.9m(2) 、 求取效加热室的高度 (3)、 求取效加热室的高度 3.3.2、各效加热管数假定取为n =4461632千卡/小时 =3509854千卡/小时 =4165719千卡/小时 取k1=2300, k2=1200, k3=1000 又t1=12，t2=18.1 ，t3=26.0 =161.1 =161.6 同理 =160.2 故可取传热面积为162 取n = 240. =166.2 =2237 , =1166.8, =9643.3.3、计算加热室的内径 由计算公式 ： 其中 t为该加热室加热列管间距m, t=1.3 b为加热室上最外层六角形的对角线上的管距 按三角形布管，=17根。 加热管外径， =1071mm4、加热器的设计计算4.1、初定参数 综合前面所得可初步地确定列文式固定管板换热器的部分所述规格尺寸如下：4.1.1、壳径D 1100mm 公称面积S 管程数 为1 壳程数 为1 管数n 为 240根 管长l 为5m 换热管 452.5（OCr18Ni9） 布管的方式 为正三角形式布管4.1.2、求取该换热器的实际传热面积S0 S0=166.2m24.1.3、求取各效的换热器所要求的总传热系数 由公式 K= K01=2237kcal/( h.m2.) K02=1166 kcal/( h.m2.) K03=935 kcal/( h.m2.)4.2、各效总传热系数的校核4.2.1、计算管程的对流传热系数 （1）效: Re1= 式中的1按循环速度可取1=1.5m/s 因为碱液的加热温度为130150 所以定性温度为 tm=（130+150）/2=140 通过查手册可得在140的温度下碱液的物性数据如下： =1185kg/cm3 c=0.9kcal/kg. =0.24cPa Re11= Pr11= 11= =9727.3kcal/( h.m2.) (2)效： 同理 通过查手册可得在120时碱液的物理参数如下： =0.67kcal/( h.m2.) =1185kg/m3 c=0.9kcal/kg. =0.5cPa 其中取u2=1.5m/s 则Re2= = =1.42105（湍流） Pr2= = =2.42 21= =7242.1kcal/( h.m2.) (3)效 同理 通过查手册可得在77时碱液的物理参数如下： =0.62kcal/( h.m2.) =1185kg/cm3 c=0.9kcal/kg. =2.4cPa 其中取循环速度u3=1.5m/s 则Re3= =（湍流） Pr3= = =12.54 21= =3704.4kcal/( h.m2.)4.2.2.壳程内的饱和蒸汽的冷凝传热系数 一般情况下、效均取 i2=10000kcal/( h.m2.)4.2.3.管程中的不锈钢（OCr18Ni9）的导热系数 可查手册得：=15kcal/( h.m2.)4.2.4.各效中的料液的污垢热阻Rsi其中第效的污垢热阻忽略不计，而，效的污垢热阻通过查手册取 Rsi=2.6410-4 h.m2./15kcal 另外蒸汽的污垢热阻忽略不计o 4.2.5.校核各效的总传热系数 （1）效K01 K01= = =2706.7 kcal/( h.m2.) 则有效安全强度： 21% 可知符合标准（在10%-25%内），故合格。 （2）效K02 K02= = =1452 kcal/( h.m2.) 则有效的安全强度： 24% 可知符合标准（在10%-25%内），故合格。（3）效K03 K03= = =1203 kcal/( h.m2.) 则有效的安全强度： 24.4% 可知符合标准（在10%-25%内），故合格。5、管板的设计计算 由于装置中的管板为管壳式换热器中的重要部件，因此管板的合理设计对于换热器的安全运行、节约使用的金属材料和降低相关制造成本有着至关重要的影响。 在本次的设计中，管板延长的部分是作为法兰的，同时考虑到本次设计中的介质即碱液是具有较强腐蚀性的，而且NaoH溶液走的是管程，所以换热器的管子需用不锈钢 O，而其中的管板则不需全部都用不锈钢来代替，考虑众多的因素，因此本次设计中的管板选择用负荷钢板来制作。5.1、设计计算公式的基本考虑 管板的设计计算公式是把其作为放置在弹性基础上来考虑的，因此是把管板当作承受着均匀分布的载荷同时受到众多的管孔均布削弱的一当量平板来考虑的。由于这种方法主要是考虑管板的周边支撑系数，使其支撑情况符合实际的情况，但是在推导和计算的过程中，还是有着一些问题有待来解决，因此下面是该推导作的一些假定。5.1.1管束对管板的支撑作用假设管板的直径比管子的直径要大很多而且管子的数量是足够量的多，那么可以把离散的每个管子的整体支撑作用简化为一个受均布且连续支撑的弹性基础，一般称之为第一弹性基础。而第二弹性基础则为管束在外载荷的作用下对于管板转角一定的约束作用，因为第二弹性基础对于管板的强度的影响较小，所以在这里可以忽略不计，因此只需要考虑管束（第一弹性基础）对管板扰度相关的约束作用，在管板的计算公式中就可以用管束的加强系数（即K）来表示。5.1.2、管孔对管板的削弱作用1、 系于管孔对管板整体刚度的削弱作用，因此需在计算中采用刚度削弱系数；管孔对于管板整体强度的削弱，故在计算中采用强度削弱系数；2、管板在管孔的边缘产生局部应力可考虑忽略不计，这种情形下就可把管板当作一均布连续的当量平板来计算。3、对管板的周边系布管区的处理： 在管板的周边部分，通常存在有一个比较窄的布置管区。由于该区域的存在导致管板边缘的应力会下降，因此在计算中该布管区可以简化成一个环板，它的面积需和无管区的面积是相等的来考虑。4、管板的弯曲作用以及管板、法兰的中心面向的拉伸作用对管板的削弱。由于本次设计的管板又当作法兰用，故拉伸作用的因素可以不于考虑。5、当法兰变形之时，可认为管板的整个横截面形状是不变的，而只需考虑其绕环截面中心的转动和径向移动；同时该转动和径向的移动导致了法兰和管板中心面的连接点处产生相应的径向移动量，应该考虑到与其在管板延长中心面向上的径向位移相互协调一致。6、考虑到温度膨胀、管程压力和壳程压力三者会引起壳壁产生轴向位移，其应当与管板管束系统的在轴向上的位移在管板周边相互协调一致。7、管板边缘的转角应受壳体、法兰、封头、垫片系统的约束，其转角在连接部位处应协调一致。8、在设计中把管板同时当作法兰用，需考虑法兰力矩对于管板应力的影响，故法兰需要有足够相当的刚度，来保证装置的密封要求。9、对于不是相同类别的应力要用不相同的作用值，如壳体中的壳程压力，换热器中的管程压力以及法兰力矩所引起的相应的管板应力都可称为一次弯曲应力，另外与壳体和管子产生的温度膨胀差而在其管板内所引起的应力称为二次应力。 计算规定如下：当应力为一次应力（无温差）时应不大于1.5倍的许用应力；当应力为二次应力、一次应力两者的综合（有温差）时应不大于3倍的许用应力。5.2、管板强度的基本分析方法依据以上所述的考虑，在分析其管板的强度时，可以选择用“结构”分析的方法，将其整体分作下列几个部分：封头、分头法兰、壳体法兰、壳体以及管板开孔区，螺栓和垫片等等若干个单独部位。其中换热器中各个部件之间相互作用的内力因素、位移的正方向共有一下十三个：、H、。将它们全部看作基本未知量，然后再给出换热器中全部单独部件的位移以及那些作用在该单独部件上的内力关系式，最后再写出所有的变形协调条件和那些以内力因素作为基本的未知量表达的方程组，综合所有方程组，解之可得各内力因素，求得答案即管板内的应力。5.3、符号说明和计算 为壳体内径的横截面积 为管板开孔后的横截面积 n为换热器的数目，已指n=240根，则有固定式换热器的横截 面积 P管的间距 已知p=57mm 为管板布管区的面积 单程的换热器则有：i、 对于正三角形布管 ii、 对于正方形布管 多管换热器则有：则应当取得上面计算式的结果值与隔板槽面积 之和，由于本次的设计为单管程，因此就不必这样地考虑。 St为该换热器的壁厚 St= 2.5mm S 为该壳体的壁厚 S=10mma为一根换热管的管壁横截面积 由公式可得 = B为壳壁金属的横截面积 由公式可得 L为换热管的有效长度（两板内侧的间距） 假定管板厚度为45mm,则有 为该换热管材料的弹性模量， 此次的设计，该换热管用的是OCr18Ni9，查手册可得： =206GPa。 为管束的模数 i、对于固定式换热器则有 可得： ii、对于浮头式和填料式换热器则有： 因为本次的设计所用的换热器是固定式，可得 为该管板布管区的当量直径，管束呈正三角形布管,取 , 为该管板材料的弹性模量 根据要求可选取管板的内侧材料为16MnR， 通过查手册 可得 =206Gpa i为各管子的回转半径，m 由公式可得： = =0.015m 为换热管的受压失稳当量长度，m 为换热管的材料在其设计温度下的对对应的屈服 极限， 查手册得 为该换热管的滤定许用临界压力 又 则有： 由公式可得： = =55.2Mpa 为管板的刚度削弱系数 取=0.4 为壳体材料（16MnR）的弹性模量， 可查手册得=206Gpa。 Q为该换热管束与该壳体的刚度比（壳体不带波形膨胀节时） 由公式可知 系数： 系数： 导数： 由公式可知 = =3.7 导数： 由公式可知 = =5.8 为该管板的布管区的当量直径与该壳体的内径之比： K为固定换热器的管板的管子加强系数 由公式可得： = K=5.54 k为管板周边的不布管区的无量刚度： =5.54(10.84) =0.895.4、法兰的选取和计算 1、本设计在这里仅给出了效的加热器法兰的选取和计算， 已知 设计压力： ， 设计温度： i、该法兰类型的确定： 法兰的公称直径 ： 法兰的公称压力 ： 根据要求选择长颈对焊法兰（查JB470292）ii、法兰材料及尺寸的确定： 已知， 另外 材料为，t=200 所以 , 为合格。iii、该法兰的大致结构的确定 其大致的参数如下： 各螺柱的规格：M24 ，数量为4