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F40 连续 搅拌 蛇管式 换热器 设计 CAD

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F40连续搅拌蛇管式换热器设计含8张CAD图.zip,F40,连续,搅拌,蛇管式,换热器,设计,CAD

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设计课题任务书学院：XX 专业：XX 指导教师学生姓名课题名称F40连续搅拌蛇管式换热器设计内容及任务拟设计一连续搅拌蛇管式换热器，用于冷凝。给定设计参数如下：管程介质：苯蒸气 壳程介质：水管程设计压力：0.30MPa 壳程设计压力：0.15MPa管程设计温度：145 壳程设计温度：75搅拌转速：95r/min 电机功率：5.5kW 腐蚀余量：自定 换热面积：30m2 需完成的主要内容如下：1、绪论2、主体结构设计3、材料选择及零部件结构设计4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合3号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定。 进度安排起止日期工作内容备注2月13日2月24日2月27日3月10日3月13日5月19日5月22日5月26日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器 .北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册 .北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计 .广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础 .天津：天津大学出版社，2014 教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 R本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书 年 月 日设计开题报告题目F40连续搅拌蛇管式换热器设计学生姓名班级学号专业1 本设计的研究背景和意义1.1.1本设计的研究背景换热器是广泛应用于石油化工、动力、冶金、轻工、制冷等行业的一种通用设备。随着全球能源危机、环境危机、资源危机的加剧，对于高效节能换热设备的需求迫在眉睫，因此换热设备的研究备受世界各国政府及科研机构的高度重视。随着生产的发展，需要更快、更好的完成产品的设计，适应市场对新型化工设备的需求以及复杂化、高效化的发展趋势。蛇管式换热器是一种简单的换热设备，它属于管壳式换热器的一种，其传热面是由弯曲成平板或圆柱形的蛇形管子来充当。其简单的结构，紧凑的空间，且能承受一定的高压，加之制造的方便性，在很多场合应用广泛。由于蛇管式换热器本身的结构特点，传统的设计计算工作量大，效率低下，不能在设计的过程中边设计边改进，容易造成产品设计已完成但不符合要求的结果，导致了资源能源的浪费。1.1.2 本设计的研究意义本设计根据给定参数的蛇管式换热器的要求，查阅相关的设计手册，完成了连续搅拌蛇管式换热器各个零部件的结构尺寸设计，并对壳体、支撑部件进行强度的校核。通过实体造型给出了零部件的三维图形表示，使结构设计的表达更加直观，整个过程中可以边设计边优化，克服了传统蛇管式换热器结构设计效率不高的缺点。综上所述，能够简化制造过程，降低生产成本。1.2 换热器在生产中的作用和地位换热器是用于物料之间进行热量传递的过程设备，通过这种设备能达到指定的温度以达到工艺的要求。在目前大型化及石油化工装置中，采用各种换热的组合，就能充分合理的利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本以获得好的经济效益。因而，在大型化及石油化工生产过程中，换热器得到越来越广泛的使用。在工厂建设投资中，换热器所占的比例也有明显的提高，成为最重要的单元设备之一。 为了满足不同工业对热源的结构要求，换热器在发展过程中出现了多种分支，管壳式换热器是最常见的一类换热器，广泛应用于电厂，化工以及过程工业领域，尽管其他类型的换热器使用越来越多，但管壳式换热器由于适应性广，还将长期受到人们的欢迎。连续搅拌蛇管换热器是管壳式换热器的一种，在化工、轻工、医药及其他工业生产中经常用到，此类换热器结构简单，造价低，操作管理也方便，且管内能够承受高压。3连续搅拌蛇管换热器 此形状的蛇管换热器是由壳体、i支撑辅助零部件组成，结构如图所示： 连续搅拌蛇管换热器示意图连续搅拌蛇管换热器，通常用于对管内介质的冷却，优点是结构简单，造价低，操作方便；且蛇管可以承受高压。缺点是容器内流体流动速度低，传热系数小，换热效果差，设备笨重。1.4 换热器的发展及国内外研究现状20世纪80年代以来，随着市场经济的发展，换热器技术飞速发展，降低成本成为企业追求的最终目标，因此节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在太阳能、核能、地热、余热回收的利用上，各国政府及民间机构和企业都加大了投入的资金的力度。目前换热器存在共同的缺点是结构不紧凑，单位换热器的容积所提供的传热面积小，传热系数不大，金属消耗量大。各国为提高管壳式换热器性能所进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及大型化发展所作的结构改进。管壳式换热器在强化传热方面所采用的改变传热元件本身的表面形状和表面处理的方法或者用内插物增加流体本身的扰流来强化传热的方法；紧凑式换热器向大型化发展趋势，即扩大传热面积，增大单位体积内的传热面积；防腐蚀换热器的开发动向等。在各种换热器节能技术中，强化传热技术是应用较广泛的一种。所谓换热器传热强化是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。强化传热主要有两种途径：提高传热系数、增大传热而积。当前，对换热器强化传热技术的研究主要基于这两点展开。管壳式换热器管程的强化传热技术，主要通过改变传热面的形貌或管内插入物来增加流体湍流度、扩展传热面积，从而实现强化传热，达到节能目的。具体有带内凸肋结构管，此种换热管具有双面强化传热的作用，适用于对流、沸腾和冷凝等工况。同流速下，横纹管与单头螺旋纹管比较，流体阻力稍大，但传热性能好，应用场合二者相同；内翅片管，此种换热管的加工以焊接为主，翅片的加工、焊接对于换热有很大的影响。内翅片管改变了管内部流场及温度场的分布情况，提高了换热壁面附近的温度梯度，强化了传热。但因为翅片的存在，换热管的清洗工作比较困难。此外还有管内插入物形式的换热管，螺旋扁管。虽然管壳式换热器在结构紧凑性、传热强度和单位金属消耗方面无法与板式或板翅式换热器相比，但由于管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压，因而在化工、石油、能源等行业的应用中仍处于主导地位。2 换热器的发展动向换热器肋片换热的研究应该注重基础性的理论研究创新，寻求建立能支撑肋片设计选型的系统化的理论，同时要结合实验研究，寻求实际应用中最节能的肋片参数值。 换热器制造商和设计人员对于换热器肋片外型、布置仍然没有可靠的理论依据，传统的肋片布置方式在换热效率上不如换热管表面设置的针状或圆台状肋，而对于针状肋片在换热管表面的最佳换热的散布规律仍然还不明晰，理论研究非常薄弱；对替代传统的平板和环状肋片的高效换热肋片研究甚少。 作为衡量换热器性能时的换热效率，已不能作为换热器设计选型的标准，换热效率高并不意味着制造成本的节省以及换热效果最佳化；传热因子和摩擦因子是比较合适的衡量换热器整体性能的指标，但是需要综合考虑两种因素后建立换热器最优化换热的统一理论，单一的考虑换热因子或者摩擦因子的大小对于衡量换热器换热性能没有任何意义。3课题的主要工作3.1准备相关工作在互联网或者图书馆等查阅相关文献资料，或者去相关工厂了解换热器方面的知识。明确换热器的过程、原理、性能及应用。还应该了解换热器在国内外应用现状及发展趋势。掌握基本知识点，计算方法等，并安排设计进度。3.2材料选择及主体、零部件结构设计 各零部件的材料选择，选择换热器的类型与结构，操作条件的选择和操作方式的选择。换热器几何设计和结构设计。3.3强度计算与校核 计算换热器各部件尤其受压部件（壳体）的应力大小检验其强度是否在 允许范围内，按照国家压力容器安全技术规定进行计算或者核算。3.4加工工艺，装配程序，安全防腐 选择加工工艺，及编写装配程序，考虑安全性能。3.5绘制装配图及零部件图利用AutoCAD绘图软件绘制出换热器的装备图及各个零件图。3.6翻译外文文献，编写说明书 将外文文献进行翻译，并按要求编写说明书。 4课题的进度安排3月1日3月11日：寻找与课题相关的参考书及文献资料，撰写开题报告。3月12日3月29日：完成外文翻译 。 4月30日4月4日：查阅文献资料，确定设计方案，开始课题设计。4月5日4月18日：换热器的几何设计和总体设计，计算并校核。4月19日4月25日：选择加工工艺，装配过程，考虑安全等细节。4月26日5月9日：依据设计步骤绘制零件图，装配图。 5月10日5月25日：提交论文初稿，答辩前的准备，交论文正式交稿。5月26日6月3日：毕业答辩参考文献1 化工设备设计基础（ 天津：天津大学出版社, 2014）谭蔚. 2 化工设备设计全书换热器（ 北京：化学工业出版社, 2005.）秦叔经, 叶文邦.3 管壳式换热器.（中国石化出版社2008）马小明，钱颂文，朱冬生，江楠，方江敏，郭崇志，杨丽明.4 管壳式换热器的结构设计（化学工业与工程技术2002）唐淑萍.5 GB150-1998钢制压力容器S（国家技术监督局.1998.3）6 换热器技术新进展. D（石油化工动态1996）赵淑芝.7 管壳式换热器研究进展化. 设备与管道C （董其伍, 刘敏珊, 苏立建） 2006, 6（43）：18-22.8 化工设备机械基础 （大连理工大学出版社, 2014.）喻健良。9 双管板换热器的设计和制造 （化工装备技术, 2006）钱婷婷, 孔智文.指导老师批阅意见 指导老师（签名）： 年 月 日F40连续搅拌蛇管式换热器设计摘 要换热器是一种利用介质和介质在一个管道内进行换热的设备，它具有先进的换热技术，实用于当今社会的各种生产工作，在工厂生产中具有不可或缺可代替的作用，实现现代化高速发展重大发明，具有划时代的意义。本次毕业设计中，对换热器进行了一系列规范的设计要求，其主要表现在换热器的主体设计，尺寸要求，材料选择，以及防腐保护，维护，操作，清洗等各方面。通过对前人设计的参考，以及大量的网上资料查询，指导老师的专业指导，工厂实际要求的问卷调查，社会实际需求的了解。设计一款，符合当代工业生产需要的，具有创新意义的，实用的换热器，是本次设计的主要内容以及目标。进过长达半年的磕磕碰碰，在老师的帮助下，完成本次设计的大体轮廓。在设计中，各项设计的内容，比如：换热器的尺寸，材料，设计数据，严格按照国家设计的标准。在这种严格要求中，设计出了本项F40连续搅拌蛇管式换热器关键词：蛇管式换热器;设计结构尺寸;工作温度;材料及设计强度ABSTRACTHeat exchanger is a kind of equipment that uses medium and medium to exchange heat in a pipeline. it has advanced heat exchange technology, is practical for various production jobs in todays society, and plays an indispensable role in factory production, realizing the great invention of modernization and high-speed development, and has epoch-making significance. In this graduation design, a series of standard design requirements are made for heat exchangers, which are mainly manifested in the main body design, size requirements, material selection, corrosion protection, maintenance, operation, cleaning and other aspects of the heat exchanger. Through reference to previous designs, as well as a large number of online data queries, professional guidance of guidance teachers, questionnaire survey of actual requirements of factories and understanding of social actual needs. Designing an innovative and practical heat exchanger that meets the needs of contemporary industrial production is the main content and goal of this design. After six months of bumpy work, with the help of teachers, the general outline of this design was completed. In the design, the contents of each design, such as the size, materials and design data of heat exchanger, are strictly in accordance with the national design standards. In this strict requirement, this f40 continuous stirred snake-tube heat exchanger is designed.Key words: coiled tube heat exchanger; design structure size; working temperature; material and design strength目录1 前言11.1 设计的目的和意义21.2 设计任务31.3 换热器的发展动向42 蛇管换热器的主体设计42.1 沉浸式蛇管换热器设计工艺参数及要求42.2 介质进入蛇管内、外的选择42.3 介质流速的选择42.4 蛇管管径的选择和材料的选择42.5 蛇管组数和长度的确定52.6 筒体直径及材料的选取62.7 蛇管换热器的管间距、中心直径、圈数的确定62.7.1 蛇管圈中心直径72.7.2 蛇管换热器的管间距72.7.3 每组蛇管的圈数82.7.4 每组蛇管高度93 搅拌器装置的设计93.1 搅拌器的类型93.2 搅拌器的选型93.3 搅拌功率的计算103.4 搅拌轴设计113.4.1 强度及刚度计算113.5 传动装置的选择123.5.1 电动机的选用123.5.2 减速机的选用133.5.3 机座的选择143.5.4 联轴器的选用144 换热器的零部件设计154.1筒体壁厚的设计154.2 封头尺寸及材料的确定164.3 换热器支座的设计164.4 吊耳的设计174.5 简体法兰的设计185 换热器零部件的校核195.1 筒体壁厚校核195.1.1 液压试验应力校核195.1.2 工作条件应力校核195.2 封头壁厚计算、校核及尺寸的确定205.2.1 封头壁厚的计算205.3 封头壁厚的校核206 换热器的防腐216.1 换热器的腐蚀机理216.1.1 化学腐蚀216.1.2 电化学腐蚀和磨损腐蚀216.2 防腐措施226.2.1 正确选用耐蚀材料236.2.2 表面涂覆层保护236.2.3 电化学保护246.2.4 腐蚀介质的处理和控制247 换热器的安装、使用、维修257.1 换热器的安装257.2 换热器的清洗267.2.1 化学清洗法267.2.2 物理清洗法267.2.3 清洗时的注意事项277.3 换热器的维修27参考文献28致谢28411 前言1.1设计的目的以及意义在高速发展的如今，各式各样的行业日渐出现，随着经济的快速发展，国民生产总值的渐渐提高，有这划时代意义的换热器就此诞生了。经济发展的同时，各种能量资源的消耗也逐渐增大，在节能的同时促进发展是当今社会考虑的重大问题之一。因此，换热器也从一开始的快捷换热，向着节能，方便，快捷的方向发展，一项符合现今社会主流的换热器设计，对工业生产有这必不可少的作用。世界各国都在争先发展各类节能的换热器，我国更是鼓励在校大学生设计，因此为响应国家号召，回应社会主流，我们需要设计一款具有创新意识的，便携式换热器F40连续搅拌蛇管式换热器。随着主题的深入，我们本次设计的F40连续搅拌蛇管式换热器，这种换热器的特点，是一种简单的管壳式换热器，工作原理是通过管内不同种类介质的流动，由需要换热的介质，在管内于其他种类的介质进行换热的。因为不同介质的导热性能差异，将所需换热的介质通过与管内介质的接触，达到换热的目的。这种换热器具有换热简单，通俗易懂，操作方便，生产成本低的特点，适用于各个行业（比如制冷、化工、冶金等行业）。但是这种传统的换热器，所需工作量较大，换热性能较低，如果不能在换热器设计中对设计进行优化，将性能提升，则并不能广泛使用。甚至如果设计不严密，将会造成设计的产品不能使用，或使用困难，更会造成材料浪费，人工浪费等各种问题。故而为了设计出符合标准的换热器，我们需要在设计前做充分的准备，通过上网查询资料，以及前人设计的参考，指导老师的帮助，我们才能正确的设计出合理的换热器。在查询的过程中，有几项对设计非常重要的指标：换热器的尺寸大小、材料选择，需要引起重视。通过CAD、pre、Soildworks，等各种平面制图，立体制图软件的模拟设计，在换热器结构上进行大量的模拟，选择性能最优的结构设计，能降低浪费材料的风险。结合工艺制作的流程，在设计上提供大量的设计经验，从而达到模拟设计的目的。上网查询不同介质的导热性能，对比其中介质导热数据的调查，在管内材料选择上提供宝贵意见，做好防腐保护也是重中之重。1.2设计任务这种换热器是传统换热器中最常见的换热器之一，如图所示，它分为蛇式形状的管壳，以及进出阀门（上下两个）。管中就是设计出来让介质流动的部位，它的结构具有非常明显的缺点：介质的流动速度较慢，介质的导热性能在一定程度上决定了换热的速度，换热速度跟介质流动速度成正比，故而换热速度低，工作效率较低。所以本次设计的主要任务就是增加介质的流动速度，但是这个结构还是相对而言使用起来非常的麻烦。目前，我们设计的东西主要是因为技术不怎么好，设计出来的东西不怎么紧凑，导致设计制造的成本较高，材料利用率低，介质接触面积不大，传热效果不好，工作利用率低。通过这些问题的总结，我们需要提高结构紧凑程度，增加介质流动的速度，同时增大介质表面接触面积，达到提升换热效率，提升换热器优化程度的目的。我们需要根据前人经验的总结，对换热器主体大小进行改良，以及管内结构紧凑程度的提升，在不影响介质流动速度的同时，减小换热器的大小，优化换热器的工作方式。虽然这种换热器的缺点明显，但是它也不是没有不可取之处的，相比于其他大型的工业机器，它的大小还是相对而言娇小了点，占地面积不大，方便存放。管内大小可以在设计中进行调整，设计出来后，便于工作后的清洗，维护，整洁以及保养。同时它也具有其他种类换热器不具备的优点，比如，较高的灵敏度，准确性，以及安全性，良好的抗压性，从而决定了它的广泛用途1.3换热器的发展动向经济的提升，能源的消耗，环境的恶化，是当今社会发展的三大主要问题，优化换热器的设计是必不可少的解决方法之一，是贯彻可持续发展，实现经济的稳步增长重要道路之一。本次设计的换热器，就是经过这种深思熟虑而设计的，虽然过程非常辛苦，还是幸不辱命的出来了。本设计的主题是对换热器内部结构紧凑程度，以及在不影响介质的流速，接触面积进行专业设计的。这种专业表现为：对零部件的主体结构设计，取材标准，严格按照国家所规定的标准，通过各种零件的校核，一而再再而三的计算，使设计达到工业生产所需的标准。2 换热器的主体设计2.1 本次换热器采用沉浸式蛇管式换热器，下面是它的设计工艺参数和要求表1 设计参数和要求项目设计要求1管程介质苯蒸气2壳程介质水3管程设计压力0.30MPa4壳程设计压力0.15MPa5管程设计压力1456壳程设计温度757搅拌转速95r/min8电机功率5.5kW9换热面积30m210腐蚀余量自定 2.2 介质的选择由于工作的方式选择，以及介质传热速率的对比，管内选择笨蒸气，壳内选择水2.3 介质流速的选择 常用流速范围为24m/s，选取介质流速为。（数据来源管壳式换热器）2.4 管内的管径和材料的选择由于内管的制造工艺难度过高，根据我们采用的是蛇管式的设计，故而在直径的选择上：，材料取碳钢。2.5 蛇管组数和长度的确定体积流量 (1)数据来源（管壳式换热器公式8-1） 蛇管的长度 (2) 数据来源（换热器设计手册公式8-3）表2 蛇管组数和长度的确定步骤1蛇管内径，mm2体积流量，mm3介质流速，4蛇管内径的计算公式5体积的流量6蛇管的长度的计算公式7换热面积，8d0蛇管外径9设计的换热面积F30m210选用的蛇管管径25x2.5mm11舍管外径27.5mm12带入公式(2)计算蛇管长度得因为蛇管的长度348m太长，使得苯蒸汽在这个产品中不方便，可能还会瞬间凝固，使得工作起来非常的困难。为了不产生这种糟糕的情况，我们这一次采用两个蛇管的设计，将它们设计成两个圆心在一起的圆，因此所以每组蛇管长的长度为2.6 筒体直径及材料的选取通过上述计算，我们筒体的选用标准系列尺寸为1800mm碳素钢板卷制而成。这样做的原因，是为了减少换热器本身管内的压力，不至于造成里面温度小的情况。因为筒体选择太小而造成Q235-A碳素钢（价格低廉）的浪费（数据来源 化工设备设计基础表16-3，）2.7 蛇管换热器的管间距、中心直径、圈数的确定2.7.1 蛇管圈中心直径外圈中心圆直径可由公式： (3) 式中 容器内径，。将代入上式，蛇管中心圆直径不能小于8 ，可取 。内圈中心圆直径，t为蛇管内圈与外圈之间的距离，通常取，此处取，代入数据可得。 2.7.2 蛇管换热器的管间距 蛇管间距取 。 (4) 每圈蛇管长度：外圈mm (5)内圈mm (6)2.7.3 每组蛇管的圈数 蛇管的圈数n的计算公式为： (7)将数据代入可得外圈蛇管的圈数， (8)内圈蛇管的圈数 (9)由于内圈和外圈圈数数相差比较大，取内外圈都为37圈。 2.7.4 每组蛇管高度蛇管高度的计算公式为： (10)（数据来源管壳式换热器第330页公式7-6）代入数据得内外圈蛇管的高度。3 搅拌器装置的设计3.1搅拌器的种类搅拌器是一种在换热器内部对介质与介质进行搅拌的一种比较常见的，具有实际意义的，非常实用的工件之一。它的种类有很多种，但是他们的用处一样，只是它们的工作范围，使用方式，工作状态不一样罢了。我们在选取搅拌器的过程中，考虑到设计成本，使用功能，以及使用效果，需要选择不同于其他种类，具有实际意义的搅拌器作为本次设计的主要搅拌器。3.2 搅拌器设计选择的类型前文说的，我们对比前人设计的换热器，以及很多重要的文件对比，和当今社会需要的换热器种类。我们可以选择这种比较实用的搅拌器，通常来说，这种搅拌器的特点是因为它很小，不需要太多的电力动力来驱使它工作。本次设计采用涡轮式叶轮搅拌器，主要是因为这种搅拌器的直径对能量的消耗很小，叶轮叶片的直径大小是影响换热速率的重要原因，根据相关资料，我们可以知道它的大小在一定时间内会用掉非常多的电力或者说是能源，这也是我们为什么会在设计中考虑这么多的一个重要原因。涡轮式叶轮的直径的选择：涡轮式叶轮的直径与圆筒直径之比，故选取涡轮搅拌器的叶轮直径为，材料为碳素钢。3.3 搅拌功率的计算为了维持搅拌器正常的运行，我们对它的功率进行了大致的猜想以及计算，下面是相关功率的大致计算。表3 影响搅拌装置的搅拌功率主要因素影响方式具体影响因素搅拌介质的物性介质的密度大小、液相介质粘稠度、固体颗粒和气体介质通气率等。搅拌器的运行参数和结构搅拌器的转速大小、桨叶的数量、桨叶的倾角大小、桨叶直径和宽度、搅拌器的类型等。搅拌槽的结构参数有无挡板以及导流筒、导流筒直径大小、搅拌槽内径和高度等都能影响搅拌功率。其他重力加速度（g）等综合因素的影响，可用下列的公式来进行表示。 (11) 表4 公式中各种参数的含义1B桨叶的宽度，m2d搅拌器的直径，m3D搅拌容器内直径，m4Fr弗劳德数,5h液面高度,m6系数7n转速，s-18Np功率准数9搅拌功率，W10指数11雷诺数，12密度，kg/m313粘度，Pas雷诺数是指流体惯性力和粘滞力的比值，通过试验，可以证明，当雷诺数Re300时，弗劳德数对换热器的影响不大，可以忽略其影响。因为在Re中包含了搅拌器的转速、桨叶的直径大小以及流体的密度和黏度。在实验中需要对无关参数进行设定，最后利用试验得出功率准数和雷诺数的函数关系。雷诺数的计算公式为： (12)表5桨叶公称尺寸的功率计算表桨叶公称尺寸（）转速（n）水的粘度（）水的密度（）雷诺数计算公式雷诺数（）1702973功率准数（）4.2搅拌功率计算公式搅拌功率5.15（kw）修正系数1.05功率5.41（kw）3.4 搅拌轴设计3.4.1 强度及刚度计算（1）轴的强度计算搅拌轴是搅拌器的一个比较重要的部位，它是传递扭矩和弯矩，将这两个动息进行对比不可缺少的东西。弯矩的作用可以忽略不计，只考虑扭矩，计算更加简单可行，只考虑扭矩。忽略弯矩不算会产生误差，通过安全系数的计算可以减小误差。只传递扭矩的圆截面轴，其强度根据公式（数据来源化工设备机械基础公式11-1）计算。 (13)2表6界面上的最大剪应力周所传递的扭句抗钮截面系数降低之后的扭转需用剪应力扭转试验所得的强度极限或者屈服极限除以安全系数决定了搅拌轴扭转时材料的许用剪应力。查阅相关资料和实验数据可知，在静载荷作用下，钢材的扭转许用剪应力，约为拉伸许用应力的0.50.6倍，具体倍数按照严格的标准和规定来选取。搅拌轴不仅受扭转作用，而且受弯曲作用，因为不是静载荷，所以许用应力值通常选较低值，如Q235-A钢取=120200。表7 轴径的计算过程参数及计算公式数值搅拌轴的搅拌功率（kw）5.41（kw）搅拌轴的转速（r/min）轴所传递的扭矩计算公式轴的许用剪应力参数及计算公式数值抗扭截面系数计算公式降低之后的扭转需用剪应力搅拌轴的直径计算公式搅拌轴的材料搅拌轴的直径(mm)对于搅拌器转轴的直径，为了设计工作及加工的方便，我们可以取整为标准值，查与搅拌器转轴相关的标准表，取整搅拌轴直径为0.085.3.5 传动装置的选择因为设计工作的需要，我们在本次设计所采用的传动是电动机和传动装置带动转动。它是换热器内部安装在顶部的一个东西，又因为本次设计的是蛇管式，所以只能按照立式的安在换热器的顶部。如下图所示我们可以看到，这个装置的头部是一个电动机，它的作用是给下面的机器提供重要的动力。依次向下是减速机（联轴器和搅拌轴连接在一起为搅拌轴提供转动所用到的动里）。在下面是一个机架，是维持整个装置的平衡，也方便检查是可以一下子拆下来，最下面是为了保证整个装置平衡的底座。图1 搅拌器的传动装置3.5.1 电动机的选用每个设备都有一个非常核心的东西，在这里提到的电动机是整个换热器非常重要的一个东西，它给了整个设备很充足的后备能源，下面我们列举了一些在工业中非常常见的一些种类（也可以说成是归类）表8 换热器及反应常用电动机名称型号结构特征异步电动机Y用铸铁做成整个机壳，小机座上有可以散热的东西。隔爆型异步电动机YB钢板做成的外壳、铸铝做成的转子，小机座上有可以散热东西，整个电动机是可以防止爆炸的化工防腐用异步电动机Y-F结构和上面Y型的一样，整个机器是密封的及有不错的防爆措施摆线针轮减速异步电动机YXJ由封闭式异步电动机与摆线针轮减速器直联异步电动机的同步转速一般按电动机的级数有、等几种。综合考虑搅拌速度和相关因素，选用Y2006作为搅拌器的电动机。3.5.2 减速机的选用每种机器有了电动机就会有减速机，它的做用是和电动机配和，为整个换热器提供打开和关闭动力的作用。有一些电动机和减速机都具有结构简单，方便拆卸和安装，使用范围很大的特点。在生产环境很差的地方，即便是很困难的生产环境，也会有很不错的传热功能。同时也有一些制作起来很简单，价格也不贵，同时有优秀的传热功能，具有良好的性能，而且有一定的保护大家安全的作用，正是因为为这些不同，所以才会满足很多工产生产的需要。表9 几种常用的立式减速器的基本特征特性参数减速器类型摆线针轮行星减速器齿轮减速器V形皮带减速器圆柱蜗杆减速器传动比i输出轴转速（r/m）输入功率KW传动效率传动原理利用少齿差内啮合行星传动两级同中心距并流式斜齿轮传动单级V形皮带传动圆弧齿圆柱蜗杆传动主要特点它的使用范围很大，结构是独一无二的稳定，在一定的程度上是能够代替普通圆柱齿轮减速机、涡轮蜗杆减速机，里面的结构相当的紧凑，方便拆卸，使用寿命很长，额定的输出扭矩可以很大，因此承载能力强。它的优点是当同时传动某些东西的时候，它传动的范围很大，相对而言传动的体积小而且速度很快，不怎么花钱，当需要拆开维修的时候很方便，允许正反转，不能承受多余的轴向载荷。它的结构其结构比前面的两个还要简单，但过载时容易产生打滑的情况，它内部的皮带是可以保护机器传动的，安全性能比较好，但是并不能保持精确的传动比。这个东西的结构很简单，非常的紧凑，所以他的体积很小，重量非常轻，凹凸面圆弧齿廓啮合度高，磨损小，发热低，效率高，而且承载能力非常好。经过查看上面说道的这些减速机本身的工作优点，在我们一而再再而三的考虑后 ，因此选用摆线针轮行星减速机，这是我们所能想到的最适合我们设计的一个选择，所以选取的减速机的型号为传动比。3.5.3 机座的选择我们在设计中选用的减速机和电动机对机座的要求非常严格，不仅仅是因为他们的重量很大，而且还因为工作和功率传动比的关系，所以才会选择这类机座，下面是有关机座选择的一些参数。机座的尺寸大小不是一种儿戏的选择，而是经查阅国家相关标准规定的，根据搅拌轴的转速。综合考虑后，选取可以承受轴向力、公称直径为的单支点机座，其材料为碳钢。3.5.4 联轴器的选用表10 几种联轴器的性能和优缺点类型小类型性能和优缺点固定式联轴器凸缘联轴器它的结构很简单，是可一承受很多扭矩的一类东西，它的生产成本很低，很便宜，加工起来非常容易。不过它要求很高的安装技巧和技术，传递载荷时不能对振动进行缓和和吸收。凸缘轴通常用来连接刚度大、，传动平缓的轴，公称扭矩范围国家有规定的标准系列。夹壳联轴器它安装和拆卸起来非常方便，不能用做有冲击力的重物运作。他的原理是通过轴与夹壳间的摩擦力来传递重物的。可移式联轴器弹性块式联轴器这种联轴器结构非常的简单，结构非常的紧凑，制作的时候非常的简单，生产的成本很低，很便宜，拥有非常好的减小冲击力的能力。常常用于两个相连东西之间的连接。弹性套柱销联轴器这样一种联轴器是由非金属有很好好的弹性的材料生产出来的，把它放在两半联轴器凸缘孔中，用这种联轴器联接两半联轴器。它具有结构简单，制造简单，安装简单等优点。通过查寻上面这些机器设备在运作是的优点后，我们非常清楚的可以看到凸缘联轴器的这种机器是一种生产起来非常便宜，在很多地方都有用到，在工作的时候拥有很大的力量对物体进行移动，是我们这次设计非常正确的选择，所以我们才会用到这种类型的设备。4 换热器的零部件设计4.1筒体壁厚的设计筒体壁厚的计算公式为： (14) 表11 壁厚设计过程参数计算1参数含义2筒体计算壁厚，3计算压力，4筒体直径5焊缝系数6试验温度下的许用应力，7150下的许用应力8设计压力9筒体直径10考虑因素：换热器是冷热交替的产品，受到的压缩应力很大焊缝系数=1.011代如公式得计算结果为。国家标准GB151圆筒规定的最小厚度取名义厚度，钢板负偏差厚度，腐蚀余量取，因此筒体有效厚度为。 4.2 封头尺寸及材料的确定这种类型的封头（椭圆）安装起来非常的方便，清洗换热器的时候非常容易，所以才被本次设计用来选用我们用钢材（Q235A）用来制作这种封头，公称直径为，这样我们不必浪费其他的钢材，达到一举两得的作用。 图2 封头 4.3支座的设计支座作用是一个设备的桥梁，也是一个设备的基础，在设计中我们不可避免的要用到，所以我们选择了悬挂式支座。这种支座在很多非常小型的立式设备都有用到。，本设计选用A型悬挂式支座，（数据来源查化工设备设计基础338页表16-15）我们可以清楚的了解到并查到：表12 支座的结构尺寸大小尺寸大小H160mmb100mmS6mma80mmc125mmf30mmS18mmd25mm直径20详细的支座结构已绘制成图。4.4吊耳的确定考虑到设计换热器为立式结构，质量大的因素，因此选用板式吊耳，结构如下图3 吊耳 4.5筒体法兰的设计法兰是经常用于两个可拆卸零部件之间的连接，利用法兰的连接具有价格便廉，密封性很好，适用范围广等诸多优点。根据设计需求，本换热器用甲型平焊法兰进行连接，材料为Q235A锻件。甲型平焊法兰公称压力（数据来源查化工设备机械基础第329页表16-12）结构尺寸大小如下。表13 法兰的结构尺寸大小结构尺寸大小D1030mmD1990mmD2955mmD3945mmD4942mmd44mmb23mm螺栓20（数据来源化工设备机械基础第330页表16-13）5 换热器零部件的校核5.1 筒体壁厚校核5.1.1 液压试验应力校核筒体试验压力计算值的计算公式为： (15) 表14 液压试验应力校核1材料在合适试验温度下的许用应力1252代入公式（7）3筒体试验压力计算值4常用屈服极限=235MPa56带入公式（9）计算液压试验下圆筒应力7计算值8计算得知所以筒体的校核结果合格液压试验允许通过的压力的计算公式为： (16) 液压试验下圆筒应力的计算公式为: (17) 5.1.2 工作条件应力校核设计温度下的计算应力的计算公式维： (18) 将数据代入得。允许通过的最大应力所以0.15%，故计算的壁厚符合要求。（2）封头应力校核封头允许的最大应力的计算公式维： (20) K是椭圆形封头形状系数，选取标准椭圆形的封头，其长短轴之比值为2，所以K=1，将有关数据代入公式（12）得所以,故校核结果合格。5.2.3 封头尺寸的确定 上面已经选定封头的公称直径为1800,（数据来源化工设备设计基础第105页）表16 封头尺寸封头尺寸数值（）曲面高度（）250直边高度（）40厚度（）106 换热器的防腐以及保护换热器的腐蚀在工业中是不可避免的问题，通常这种腐蚀表现为氧化腐蚀或者溶解腐蚀，是因为机器的表面金属与空气中的氧气发生化学反应，或者金属与管内通过的溶液中的阴离子发生还原反应。在当今社会，机器的防腐是一项重大且艰巨的任务，它的形成使得工业中的损失变得更加严重，更有甚者，对环境和人体造成了严重的伤害。由于不同地区经济状况的不同，导致大家对机器的防腐做的不是非常的严格，一定程度上使得环境恶化。所以现阶段的毕业设计中，机器的防腐是值得我们大家重视的一个问题。6.1 换热器的腐蚀机理6.1.1 化学腐蚀化学腐蚀是因为机器表面的金属与空气中的氧气或者溶液中的阴离子发生的化学反应所造成的。但是这个过程中，金属与之发生的反应并发生的电子移动过程所产生的电能，并不会以导电的形式产生。化学腐蚀因为发生的化学反应的类型不同，使得形成的化学产物有以下两种不同的类型：第一种：腐蚀形成的物质呈现一种固态形式。这种产物结构较为紧密，在金属表面行成一层致密的化学物质，这种物质对金属来说是起到保护作用，这层膜被称为“钝化膜”，是化学反应中的钝化反应。第二种：腐蚀形成的物质呈现一种不稳定形态。这种产物结构疏散，在金属面会容易掉落，会接二连三的对金属设备进行腐蚀。这种腐蚀对设备的寿命非常不利，因为它的腐蚀会造成设备的老化，影响设备的正常工作。 6.1.2 电化学腐蚀以及磨损腐蚀电化学腐蚀的特点是在于它的常见性，它的普遍性。主要是因为金属和电解质溶液一起发生氧化还原反应将金属置换形成溶液，从而对金属产生腐蚀。根据金属化合价也就是金属的活跃不同，常常金属与金属类溶液也会发生置换反应，使钢材受到损伤，造成腐蚀。活跃的金属会把不活跃的金属从金属合金中置换出来，由于本次设计中的金属属于较为不活跃的金属（铁Fe），所以这种腐蚀是不可避免的，故而需要很大的精力去保护金属设备。磨损腐蚀是一种物理性的腐蚀，同时也会造成化学腐蚀，金属在摩擦生热造成金属原材料消耗，或者因为磨损掉表面的钝化膜，使得与空气中的介质发生反应称为磨损腐蚀。通常表现为磨损程度轻微，特殊情况下也会特别严重，更有甚者对人体或者工厂带来严重的危害。换热器的管内各种不同的介质之间的相对运动越快，材料的磨损腐蚀也会随之加剧。若管内有不同状态的介质，既固态和液态，或者相同状态的介质，如固态小颗粒和固态小颗粒等这类情况是，材料的磨损程度还会更严重。本次设计中换热器管内会存在大量的问题，因为管内介质种类的不同导致，介质之间的接触部位不光滑造成的磨损腐蚀，需要用一定程度的润滑剂辅助设备工作。 6.2 防腐措施6.2.1 正确选用耐腐材料前文说到的各种腐蚀其实并不可怕，发现问题对症下药，防腐的第一要素在于耐腐材料的选择。通常来说，我们本次设计中，需要注意的腐蚀就是化学腐蚀和磨损腐蚀（电化学腐蚀包括在化学腐蚀之类）。根据以上情况，我们不难做出正确的判断，在材料的选择上我们要用到的材料有：铸铁，不锈钢，碳钢，镁及其合金，铝及其合金等等在不同情况下都具有耐腐的特点。所以我们在设计中会用到铸铁，不锈钢，45号钢，碳钢等6.2.2 表面覆盖式保护表面覆盖是保护有以下两种：根据覆盖层的物质种类不同，分为金属类和非金属类两种（1）钝化金属保护膜覆盖层利用一些常温下不易发生化学腐蚀的金属或者合金在金属表面度上一层致密的保护膜，我们把这种保护膜称为“钝化膜”。为了形成这种保护膜，有电镀保护，渗镀保护等。（2）非金属覆盖层在非金属中，有一些化合物具有良好的隔热，隔离空气中的介质且不与设备表面金属发生反应的。我们常常用这种材料对金属表面进行覆盖，使之与空气中的介质隔离，从而达到防腐的作用。 6.2.3 电化学保护与前文提到的电化学腐蚀原理一样，我们通过对表面金属进行电极保护，因为电极的正负关系，我们常常用到的保护是：阴极保护和阳极保护阴极保护：这里的保护与钝化膜有关，是用电极的方法，将溶液中的金属阳离子，得到电离子的方法在金属表面形成一层稳定的保护膜，这种保护膜的成分是金属氧化物，由于它的结构比较紧凑，所以起到了隔离金属与空气的作用，从而达到保护设备金属的作用。阳极保护：原理是根据电极正负两极的电势高低，用一种电势电势较低的金属或者金属合金作为正极也可以说是阳极，与被保护的设备中的金属连接在一起，形成电路回路，使得出于负极也就是阴极的被保护金属得到电子达到保护作用。6.2.4 环境保护法以及设备储存方法因为设备工作的缘故，使得某些部位不可避免的造成腐蚀，所以我们可以通过环境的因素达到保护设备的目的第一种：是将设备处在一个干燥的环境中，避免潮湿达到保护设备表面的作用 众所周知，一块铁放置在干燥环境中与潮湿环境中的氧化速度完全不相同，干燥环境中铁的寿命远远超过潮湿环境中的铁第二种：是用到金属防腐剂，与食品防腐剂同理，阻止并减轻金属与空气中介质的接触，可以起到非常明显的保护作用。但是防腐剂是一种对金属防腐有益，对环境保护有害做用的物质，为了保证社会和谐，保证设备寿命的同时，我们需要用到一定剂量的防腐剂。根据防腐剂的成分不同，我们把它分为有机防腐剂和无机防腐剂两种，有机防腐剂有有机胶体、氨基酸类、酮类、醛类这几种。无机防腐剂有有过氧化氢、磷酸盐、亚硫酸钠等7 关于换热器的清洗，维护，和操作方法7.1 换热器的操作方法 在使用前对换热器的安装，有以下几点需要注意第一点保证换热器安装后位置的固定，避免换热器与其他部件产生太大的形变第二点安装换热器的基础台换热器安置在一个由砖弄成鞍状的基础平台上，当换热器工作是它能够自由的移动，不会影响换热器的正常工作换热器安置在一个有混凝土制成的基础平台上，通过支架和螺栓将换热器与平台连接器来，当换热器工作时，不会影响到正常工作即可。为了使换热器正常工作是不会产生不必要的麻烦和意外，我们需要对换热器安置的平台进行质量检测：第一点是平台的尺寸，不管选择哪一种形式的平台，它的尺寸一定要符合本次设计的设计标准第二点是平台的位置和形状，上面所述的两种平台的水平位置和形状尺寸一定不能影响换热器的正常工作第三点，换热器与平台连接部位的螺栓和支架一定要符合设计标准，尺寸和设计强度是否达标，螺纹的方向是否一致。当以上标准均达到设计标准时，我们需要在平台上方放置一块平整的垫铁，当两者接触平稳后，再将换热器防止在垫铁上方，并调整换热器的水平位置和垂直位置，避免换热器接管的管道受力。7.2换热器内部和外部的清理为了保证换热器换热灵敏度，方便检测换热是否达到标准，我们需要对管内产生的沉淀和污垢进行清理，防止这些沉淀污垢对换热器管内进行二次腐蚀，从而避免产生对环境有害的物质，保证换热器能够使用得很久。下面是我们常常会用到的清洗方法：物理清洗法：是用人的力量对设备进行清洗，使用特定的清洗工具对换热器的内部（管内），外部换热器注入介质的部位进行清洗。常用喷式清洗，利用水压对沉淀进行冲刷；利用喷出来的砂砾（易于回收的砂砾）进行冲洗；还有刷式清洗，利用砂布，刻刀，刮刀，钻头对大型的沉淀污垢进行刷洗；最后还有一种连续清洗法，利用人工或者机器使用海绵或者橡胶球对小型沉淀污垢进行清洗。物理清洗根据清洗的方式，实用于大中型肉眼可见的沉淀污垢，对