課程名稱： 移動方向可逆的彩燈控制器 系 部： 專業班級： 學生姓名： 指導教師： 完成時間： 設計報告 一 內容提要 : 在街道、商場或公共場所通常裝有各種五彩斑斕的燈飾，美化人們的生活空間。 本文介紹了由電子電路設計的一個彩燈控制器， 控制紅綠黃三個燈，按一定規律依次閃亮，即由電子電路實現一個可正向循環、逆向循環效果的彩燈控制器。 詳細說明了彩燈控制器的工作原理以及其各個組成部分，記錄了我 們在整個設計過程中對各部分電路設計方案的選擇、元器件的篩選、以及對它們的調試、對調試結果的分析等等。 二 設計內容及要求 : 用電子電路設計一個彩燈控制器，控制紅綠黃三個燈，按一定規律依次點亮。由電子電路實現一個可正向循環、逆向循環效果的彩燈控制器。 （ 1） 控制紅、綠、黃一組彩燈循環閃亮，變化的規律是：先按正向循環閃亮， 全滅 紅 紅綠 綠 黃綠 黃 全亮 全滅。 緊接著按逆向循環閃亮 全亮 黃 黃綠 綠 紅綠 紅全滅，如此往復循環 ,產生移動方向變化 的“流水”效果。 （ 2） 正向循環閃亮速度慢， 逆向循環閃亮速度快 （ 3） 彩燈白天不亮，夜晚自動亮。 三 設計思路及原理 : 1.系統概述 彩燈控制器由六部分組成：脈沖發生 部分 ，光敏器件檢測電路，加減控制，可逆計數器，循環結束判別，以及邏輯電路。 用光敏電阻 檢測電路 檢測周圍環境的光強， 用來 區分白天夜晚， 以 控制彩燈的亮滅。 由 555 定時器組成的多 諧 振蕩器產生脈沖信號控制彩燈的逆向循環，同時經由 D觸發器分頻產生的低頻率脈沖 控制彩燈正向循環 。 兩脈沖分別送入可逆計數器的 Down 端和 Up 端 ， 用來控制計數器的加法計數和減法計數。 每完成一次計數循環通過循環結束判別電路的判斷由加法計數改為減法計數，或由減法計數改為加法計數， 循環 往復。 最后， 由可逆計數器的輸出端通過邏輯電路控制彩燈的亮滅 規律，以達到要求產生的效果 。 2.單元電路設計、仿真與分析 （一）光敏器件檢測電路 光敏電阻 一端與 10 千歐的電阻連接，另一端接 VCC，電阻另一端接地，光敏電阻與電阻的共同端接 555的 THR、 TRI 端， OUT為輸出端。白天光敏電阻的電阻小， OUT端輸出低電平，夜晚光敏電阻的電阻 大， OUT端輸出高電平。將 OUT光敏器件檢測電路 脈沖發生 可逆計數器 邏 輯 電 路 紅 黃 綠 Q2 Q1 Q0 D CP 加減控制 正向循環結束、逆向循環結束判別 時鐘快慢 控制 端與產生脈沖的多 諧 振蕩器 RES 端相連 就能 起到控制彩燈白天不亮夜晚亮的作用。 （二） 脈沖發生電路 在 555定時器內部， 2個比較器出發輸入端 6（ THR）和 2（ TRI）是接在一個端點上并跟電容 C連接，如果這個端點上的電容電壓 u變動，會同時導致兩個比較器的輸出電平改變，使 RS觸發器的輸出改變。 首先， 電源 Vcc 經 R1和 R2給電容 C充電， 當 u上升到 電源電壓 Vcc的三分之二 時， U2=U6=（ 2/3） Vcc， 輸出電壓為低電平，放電管 T導通，電容 C經 R2、放電端 7（ DIS） 放電， u 開始下 降，當下降到 三分之一 Vcc 時， U2=U6=（ 1/3）Vcc，輸出電壓為高電平 ， 同時放電管 T 截止，放電端 7（ DIS） 斷開，電源 Vcc又經 R1和 R2給電容 C充電，使 u上升。這樣周而復始，電容電壓 u 形成了一個周期性充電放電的 波形，輸出電壓就形成周期性的矩形脈沖 ，此脈沖用來控制減法計數。 參數選擇：電阻 R1、 R2和電容 C的參數選擇是由所需要的脈沖來決定的，根據所需要的脈沖的充電時間和放電時間解出參數數值。 充電時間 T1： T1 =0.7(R1+R2)C=0.7 (10+40) 10=350ms 放電時間 T2： T2 =0.7(R2 C)=0.7 40 10=280ms f=1/（ T1+T2） 1.6Hz （三） D觸發器分頻電路 將 D觸發器的 D端與非 Q相連，則從 Q輸出的脈沖頻率為輸入的 CP 脈沖的一半。多諧振蕩器產生的脈沖經 D觸發器分頻后頻率變為原來一半，這低頻率脈沖用來控制加法計數。 （四）計數器以及加減控制電路 如圖，高頻率脈沖輸入與 Down端相連的與非門，低頻率脈沖輸入與 Up端相連的與非門，右邊三端分別作為邏輯電路的輸入端 A、 B、 C。 在循環結束判別電路中，對于三輸入與門，只有當輸入為 111 時輸出為 1，對于三 輸入或非門，只有當輸入為 000 時輸出為 1。所以計數器只有輸出為 000或 111時，二輸入 或門的輸出方為 1，才能使 D觸發器發生一次偏轉。 當開始計數時， 74192首先進行加法計數，此時圖示 D觸發器輸出 Q端為 1，非 Q 端為 0，控制 Down 端的與非門輸出始終為 1， 而 控制 Up 端的與非門輸出由低頻率脈沖決定，進而控制計數器的加法計數。 計數從 000開始逐漸增加， 當計數達到 111時，由循環結束判別電路產生一個 1信號輸入 D觸發器的脈沖端，從而使 D 觸發器進行翻轉，進行減法計數。 在進行減法計數時，控制 Up端的與非門輸出始終為 1，同時控制 Down端的與非門輸出由高頻率脈沖決定，進而控制計數器的減法計數。 當數值減到 000時，由循環結束判別電路產生一個 1信號控制 D觸發器翻轉 ，進行加法計數 。 在加減的過程中 D 觸發器的 CP 脈沖始終為 0，只有當減到 000 或 加到 111時，才會產生 1信號是 D觸發器翻轉 ， 如此循環往復。 74LS192 的管腳及功能用法 CPU 計數芯片時鐘脈沖輸入 CPD 倒計時時鐘脈沖輸入 MR 異步主復位（清除）輸入 PL 異步并行負載（低電平）輸入 Pn 并行數據輸入 Qn 觸發器輸出 TCD 終端倒計時輸出 TCU 終端數最多輸出 Vcc 接電源 GND 接地 （五）控制燈泡亮滅規律的邏輯電路 計數器輸出信號與邏輯信號的關系： 2Q 1Q 0Q 紅 X 綠 Y 黃 Z 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 根據真值表，可寫出最小項表達式，如下： X= （ 1， 2， 6） Y= （ 2， 3， 4， 6） Z= （ 4， 5， 6） 3 電路的安裝與調試 現象記錄 原因分析 解決措施 效果 74L138 芯片無輸出信號 芯片沒有正常工作，應該是芯片管腳接入問題。 將芯片 14 管腳接入高電平 芯片正常工作 LED 陣列無法進行循環 循環結束判別電路的問題 檢測該區域電路，發現管腳松動，固定管腳。 開始循環 LED 陣列循環不正常，在 111與 000 之間循環 循環結束判別電路的問題，應該是循環的判定信號出現錯誤。 檢查該區域電路，更換了 74L20芯片 重新檢測，沒有改變 仍然是循環不正常 繼續檢測電路，仍該是循環電路問題 將 D觸發器進行置一操作 問題解決 在電路安裝與調試的過程中，遇到的主要問題有，芯片的管腳功能無法確定，閑置管腳的處理方式不確定，如何達到最優的線路連接，線路連接完畢后的故障排除等。 試驗箱上共有三塊面包板，我們首先遇到的問題就是芯片的布局，好的芯片布局可以大量減少后面接線的工作量，并且容易排查可能出現的故障。我們組將光敏控制電路和脈沖發生電路放在了面包板上靠近電阻電容區域的位置，這樣使得接 線的長度減少很多。然后將可逆計數器以及邏輯電路放在脈沖發生電路的后面，因為這兩片電路區域使用到了兩個中心芯片 74138和 74192，而且這兩個芯片之間的聯系比較緊密。在這塊面包板下面的面包板上，我們組放置了反饋電路和數字邏輯電路所需要的部分新片，因為這部分電路所需要的芯片多且雜亂，這部分電路作為輔助電路輔助上面的芯片。而且我們統一規定面包板的最上面一排接孔為 Vcc，最先面一排接孔為接地，這樣統一定義，簡潔明了。 做完上述工作后開始連接線路，我們在做完光敏器件檢測電路和脈沖發生電路后進行了統一的檢測，檢測結果 正常，檢測的結果 可如下表示 ： 然后是 D觸發器分頻電路 ， 輸出正常， 輸出波形如圖所示： 在連接 74138 電路時我們遇到了困難，因為沒有完整的認識整塊芯片，所以在 接 入芯片后發現芯片不能輸出信號，后來經過查找資料以及詢問同學發現了問題所在，問題在十四以及十一管腳上，經過調整后，解決了問題，輸出了信號。 邏輯電路的運算沒有發現問題，但是我們在正向循環結束判別以及 逆向 循環結束判別電路上遇到不少阻力 ，主要的問題有 D觸發器忘記置一，面包板與芯片管 腳 之間接觸不良，等等，因為這片電路用到的芯片最多，而且管 腳之 間連線比較凌亂，所以花費了比較多的時間才處理好。 在檢測故障時，我們組一般是采用首先進行區域的故障檢測確定是 哪 一片區域出現問題 ， 檢測這一片區域的供電以及接地 ， 然后進行元器件的故障排查，確定元器件都是好的 ， 接著是查看管腳之間的連線是否有誤 ， 然后是接線連接的故障檢測 ， 最終確定問題出在哪里，排查修理。整個過程耗時比較長，但是出現故障后這樣一步一步檢測，總能找到問題所在。 四心得體會及建議 outO T T2 T3outO T T2 T31 王義炎 電子課 程設計 這門實踐課程 ， 極大地提高了我的動手能力 ， 也 讓我體 會到了理論和實踐相結合的重要性，理論是需要實踐 來檢驗 的 。但我們又必須承認理論的重要性， 理論是前提。通過在實驗過程中遇到的各種問題，我了解到實驗前對基本理論和原理的了解是必不可少的，因為如果原理不了解的話，那線路的連接和調試將寸步難行。 試驗中要用到很多很多的芯片，所以了解芯片的內部結構是非常重要的。芯片內部結構比較復雜，接線路時很容易混淆，這就要求我們對芯片要有足夠的認識，同時也要有足夠的耐心 ，這對于培養我們實事求是、認真負責的科學態度有極大幫助。 與此 同時，我也體會到了理論與實踐的差異性很大。空想的理論沒有實踐的支持同樣是站不住腳的。理論與實踐是相輔相成，缺一不可的。 2.常鵬翔 課程設計無論在仿真還是在調試都有復雜的工作要做，這要求我們要細心，認真。由于線路的復雜，一旦出現一個小錯誤將影響所有的結果，而且還很難檢查出來，這就對我們的實踐能力提出了一定的挑戰，讓我深刻感受到了把理論和實踐結合起來是多么的重要，二者缺其一將不能做出有效的成果來。 這次實習給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設計對電路的調試再到最后電路的成型， 都對我們所學的知識進行了檢驗和鞏固。 由于器件比較小，芯片接口很小，在實驗室就不得不很小心地去連接電路。每做完一段就要停下來檢查做的對不對，這培養著我們科學嚴謹的學習態度，因此這次課程設計試驗意義重大。 3.雷浩 在試驗的安 裝調試階段要連接大量的線路，工作量很大，也很繁瑣，器件比較小， 極其挑戰我們的耐心，這也正是我們具不具備一定的科學素養的體現。 這次課程設計提供了一次難得機會鍛煉我們的動手能力。通過試驗中不斷遇到瓶頸并不斷克服，我們變得更加認真， 更加細心，讓我們對科學實驗有了更加深刻的認識 ，并不斷提高 自己各方面的能力讓試驗更有效率。 這次的電子課程設計不僅對我們所學知識進行了一次檢驗，也很大程度上培養了我們想問題、做事情嚴謹的態度，更是我們以后為人處事的基礎。 五附錄 元件名稱 數量 555 定時器 2 10uF 電容 1 40kohm 電阻 1 50kohm 電阻 1 2kohm 電阻 1 10kohm 電阻 2 74HC74 1 74LS00 1 74LS04 1 74LS20 2 74LS27 1 74LS02 1 74LS192 1 74LS138 1 六參考文獻 林紅 數字電路與邏輯設計 清華大學出版社 2009年 4月 韓 振振 唐志宏 數字電路邏輯設計 大連理工大學出版社 2000年 曹漢房 數字電路邏輯設計 華中科技大學出版社 2004 年 食品工程原理 課 程 設 計 任 務 書 指導教師： 李春海 1.題目： 雙酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷卻換熱器設計 2.學生完成全部任務期 2010 年 1 月 4 日 限 : 3.設計數據說明 （ 1） 液化液處理量： 111100（ 噸 /年 ) （ 2） 年開工時： 8000小時。 （ 3） 性質數據： 液化液密度 1076kg/m3、比熱容 1.8KJ/(kg. )、 粘度 1.42 10-3Pa.s、導熱系數 0.15KJ/(m. )； 34時循環水 密度 994.3 /m3、 定壓比熱容4.174KJ/(kg. )、 導熱系數 0.624W/(m. )、 粘度 0.742 10-3Pa.s。 4.課程設計 條件 （ 1）液化液進口溫度 95（經自然冷卻），出口溫度 60； （ 2）采取循環水冷卻，循環水進出口溫度 34和 42； （ 3） 換熱器的管程和殼程壓強降不大于 30Kpa； （ 4） 假設管壁熱阻和熱損失可以忽略。 （ 5）其他參數查資料自選。 5.課程設計要求 : （ 1）資料充分、完整，計算 正確。 （ 2）設計說明書書寫符合規范 ,圖表書寫符合標準。 （ 3）說明書語句通順，層次分明，文字簡練，說明透徹。 （ 4）按時提交設計說明書。 （ 5）繪制裝置圖，包括設備技術要求、主要參數、接管表、部件明細表、標題欄。 茂 名 學 院 課 程 設 計 說 明 書 課程名稱： 食品工程原理課程設計 題 目： 雙酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷卻換熱器設計 學 生： 黎冬平 學 號： 07114050111 班 別： 食品 07-1 班 專 業： 食品科學與 工程 指導教師： 李 春 海（副教授） 日 期： 2010 年 1 月 4 日 設 計 說 明 書 內 容 目錄 第一章 緒論 (課程設計的目的、意義、綜述 ) 4 第二章 工藝流程及設計方案（確定設計方案） 6 第三章 設備計算及 設計 8 第四章 設計結果匯總表 15 第五章 設計說明及討論 16 第六章 參考文獻 17 第七章 結束語 18 附錄：設備結構圖（盡量使用 AutoCAD） 19 第一章 緒論 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業生產中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯系，因而均可以通過換熱器來完成。 換熱器是石油化工、環保、能源、電力、空分、深冷等許多工業領域中的一種重要的單元設備。通常在化工廠的建設中， 換熱器約占總投資的 10 20%；在煉油廠中，換熱器約占全部工藝設備投資的 35 40。所以換熱器自身性能的優劣及在運行中性能是否充分得以發揮，不僅直接影響到產品質量問題，而且對能源的高效利用性及節能也起著至關重要的作用。因此，對換熱器的研究一直是人們研究的重點和關鍵，具有重要的理論意義和現實意義。 隨著經濟的發展，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要，我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求： 1、 合理地實現所規定的工藝條件； 2、 結構安全可靠； 3、 便于制造、安裝、操作和維修； 4、 經濟上合理。 熱交換器分類方式多樣 ,按照其工作原理可分為 :直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類 ,其中間壁式換熱器用量最大 ,據統計 ,這類換熱器占總用量的 99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類 ,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性 ,在長期的操作過程中積累了豐富的經驗 ,其設計資料比較齊全 ,在許多國家都有了系列化標準。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新 型換熱器的挑戰 ,但由于管殼式熱交換器具有結構簡單、牢固、操作彈性大、應用材料廣等優點 ,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業中使用的主要類型換熱器 ,尤其在高溫、高壓和大型換熱設備中仍占有絕對優勢。 本設計要用到的 熱交換器 是 固定管板 式換熱器 ，它是 管殼式換熱器 最為廣泛使用的。 管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬 材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。 現簡述一下 管殼式換熱器 的結構和類型。 結構 由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次 橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等 邊三角形排列較緊 湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結垢的流體 。 流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體速度 ,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。 類型 由于管內外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應 力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過 50 時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型： 固定管板式換熱器 管束兩端的管 板與殼體聯成一體，結構簡單 ,但只適用于 冷熱流體溫度差不大 ,且殼程不需機械清洗 時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力 又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償 圈，以減小熱應力。 其結構如 圖 1-1 所示： U 型管換熱器 每根換熱管皆彎成 U 形， 兩端分別固定在同一管板上下兩區，借助 于管箱 內的隔板分成進出口兩室。此種換 熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡 單，但管程不易清洗。 其結構如 圖 1-2 所示： 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的特點是有 一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸向 自由浮動。這種結構不但完全消除了熱應 圖 1-1 固定管板式換熱器 圖 1-2 U 型管換熱器 力的影響，且由于固定端的管板以法蘭與 殼體連接，整個管束可以從殼體中抽出， 因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應 用較為普遍，但它的結構比較復雜，造價較高。其結構如 圖 1-3 所示： 第二章 工藝流程及設計方案 一、設計相關工藝流程 工業上采用的雙酶法一水 -口服 葡萄糖液化常用以下工藝流程圖來進行大批生產，該過程主要是將處理好的淀粉漿先通過離心泵輸送到液化罐液化，經過了五個液化罐工序，得到了 1050C 的液化液。然后通過蒸汽分離器后輸入另一液化罐，再次用離心泵將已冷卻為 900C 的液化液通過換熱器冷卻為 600C，以達到糖化所需要溫度，達到了生產目的。 圖 1-4 雙酶法一水 -口服葡萄糖液化工藝流程示意圖 可見在生產過程中，需要進行冷卻這一單元操作，這一操作就與 換熱器緊密相連。其實，化工生產過程中，其操作環境大都是在高于或者低于正常環境 溫度下發生的。無論是在能源、宇航、化工、動力、冶金、機械、建筑等工業，還是在農業、環境保護等其他部門中都涉及到許多有關傳熱問題。所以，換熱器的設計與選型是工程上一大重點問題。本設計是通過 雙酶法一水 -口服葡萄糖液化工藝流程，主要針對傳熱操作中 冷卻換熱器的設計。 二、設計方案 淀粉漿 涉及冷卻換熱器的設計 圖 1-3 浮頭式換熱器 C0105C095 600C 1、設計任務 設計任務要求設計 雙酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷卻用換熱器 ，指定年生產量 111100 噸，年開工時間為 8000 小時，用循環冷卻水將其從 95進一步冷卻至 60之后，進入糖化罐糖化，管程殼程壓降不大于 30Kpa ，循環水的入口 溫度為 34，出口溫度為 42 ，試設計一臺列管式換熱器，完成該生產任務。 2設計方案的確定 （ 1）、選擇換熱器的類型 在換熱器中，哪一種流體流經管程，哪一種流經殼程，下列幾點可作為選擇的一般原則： a) 不潔凈或易結垢的液體宜在管程，因管內清洗方便。 b) 腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕。 c) 壓力高的流體宜在管內，以免殼體承受壓力。 d) 飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面傳熱系數與流速無關，而且冷凝液容易排出。 e) 流量小 而粘度大（ ）的流體一般以殼程為宜，因在殼程 Re100 即可達到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這類流體通入管內并采用多管程結構，亦可得到較高的表面傳熱系數。 f) 若兩流體溫差較大，對于剛性結構的換熱器，宜將表面傳熱系數大的流體通入殼程，以減小熱應力。 g) 需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱。 兩流體溫的變化情況：液化液（熱流體）進口溫度 95 出口溫度 60；冷流體進口溫度 34，出口溫度為 42，該換熱器用冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用最為廣泛使用的浮頭式換熱器。 （ 2）、管程安排確定 由于循環冷卻水較易結垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，水適合走管程；并且待冷卻的液化液流體黏度比較大，適合走殼程。故綜上分析流程選擇冷卻水走交換 器的管程，液化液走其殼程。 （ 3）冷熱流體物性數據的確定 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。故殼程液化液的定性溫度為： T=26095=77.5 管程流體的定性溫度為： t= 382 4234 而殼程和管程流體的有關物理性質數據設計條件已經給出，為方便設計，現將在定性溫度下流體物性列于附表 1 1 中： 流體 流程安 排 定性溫度（） 密度（ kg/m3） 比熱容KJ/(kg.) 黏度 （ Pa.s） 導熱系數KJ/(m. ) 液化液 殼程 77.5 1076 1.8 1.42 10-3 0.15 冷卻水 管程 38 994.3 4.174 0.742 10-3 0.624 附表 1 1 殼程和管程流體的有關物理性質數據 （ 4）、設計方案思路 第三章 設備計算及 設計 一、傳熱面積的估算 1、 計算熱負荷和冷卻水的流量 按照設計任務， 液化液處理量： 100000 噸 /年 班號 10000 噸 /年 學號 100噸 /年，而本人學號為 11號，故設計的處理量為 ： 年噸 /1 1 1 1 0 0100111 0 0 0 011 0 0 0 0 0 W 而年開工時間為 8000 小時，所以實際 設計的處理量為 ： hkgh kg /138888000 101 1 1 1 0 0 W 3h 根據0S選用換熱器型號 選取一合適 K 計 算 實 際 的sosiic RRK , 0 mcc tKQA 需由傳熱任務確定換熱器型式、流程并計算 Q、mt確定傳熱面積 20 mtKQS面積裕度需需實ccp A AAH 1520% 選用結果 計算管、殼程壓強降 否 是 N Y K 不符 K 符 熱負荷量 WTTCWQ phh 2430403600 )6095(108.113888)( 321 所需冷卻水的流量： hkgttcQwpcc/26202)3442(10174.4 360024304 0)( 312 2、平均 傳熱溫差 先按逆流來計算，由逆流時的平均溫差公式： Ctttttm9.3734604295ln)3460()4295(ln1212 而 P= 13.0349581112 tT ttR= 4.4344260951221 tt TT按單殼程結構，查溫度校正系數表得溫度校正系數： 97.0t故平均傳熱溫差： Cttmtm 36 .7637 .90. 97 2、 估算傳熱面積 根據兩流體的情況，假設 K=310W/( k)。 故估算的傳熱面積為： 20 2176.36310 2 4 3 0 4 0 mtK QSm 二、交換器結構尺寸選擇 1確定殼程數 由以上的計算表明，由于平均傳熱溫差校正系數 8.097.0 t并且殼程流體流量比較大，故取單殼程合適。 2管徑和管程流速 我國目前試用的管殼式換熱器系列標準僅有 mmmm 5.225 及mmmm 219 兩種規格的管 子，故可選用前者 mmmm 5.225 規格的管子，其傳熱管子可以選擇不銹鋼材料。 流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表面傳熱系數，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數的大小，特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速過低甚至可能導致管路堵塞，嚴重影響到設備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。因此選擇適宜的流速是十分重要的。根據經驗 ，在選擇換熱器管程流速時，一般的液體是 0.53 m/s,對于容易結垢的液體則 1.0 m/s，故可取管程流速 smui /05.1。 3管程數和傳熱管數的確定 由iicc udVn24可根據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數： 20.2205.102.0414.33.99436002620244222iiciiccudwudVn取為 23 根 假 設 按 照 單 程 管 計 算 ， 所 需 的 傳 熱 管 長 度 為 ：mndSLco6.11230 2 5.014.3 210 計算得的傳熱管 mL 6.11 長度過長，不便于清洗，且長管容易彎曲，故應采用多管程結構。一般出廠的標準管長為 6m,合理的換熱器長應為 1.5m、 2m、3m 和 6m。系列標準中也采用這四種管長 。故根據實際情況，采用標準設計，可取傳熱管長 ml 6 。 故管程數 )(26 6.11 管程 lLN p。 傳熱管總根數 )(46223 根pcT NnN4.傳熱管排列方法的確定 由于設計所需傳熱管總根數比較少， )(46 根TN ，故可以選用正方形的排列方式排列。雖然正方形的排列在同樣的管板面積上可配置的傳熱管最少，但是其優點突出的是，該排列方式便于清洗列 管的外壁，也適用于殼程流體易產生污垢的場合。所以選用正方形的排列，如右圖 1-5 所示： 取管心距 t=1.25d0，則 t=1.25 25=32 隔板中心到離其最近一排管中心距離 可以按下式計算： S=t/2+6=32/2+6=22 故各程相鄰管的管心距為 44 。 5外殼殼體內徑的確定 初步設計可按照下式計算殼體的內徑，即： /1. 05 tDTN其中 為管板利用率，對于傳熱管以正方形排列 ， 2 管程其范圍為 =0.550.7 故可取利用率 =0.55，則殼體內徑為： )(307.5 50/46321 .0 5D mm 卷制殼體的公稱直徑一般是以 400mm 為基數，以 100mm 為進檔，故可取 )(400D mm 6折流板的選取 為提高殼程流體流速，往往在殼體內安裝一定數目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍動 程度大為增加。 一般是采用弓形折流板，如右圖 1-6 所示，由于弓形折流板切去圓缺高度一般是殼體內徑的 10%40%，常用值為 20%25%。故可取為 20%，則切去的圓缺高度為： h=0.2 400=80mm 取折流板間距 B=0.3D， 則 B=0.3 400=120 mm 折流板數目 NB= 塊94112060001 Bl7接管的選取 殼程流體進出口接管：取接管內液化液流速為 u1=0.8m/s，則接管內徑為 0 7 5 6 ( m ).00 .814.3 1 0 7 6 )3 6 0 0/(1 3 8 8 844VD 1 圓整后可取管內徑為 76mm。 管程流體進出口接管：取接管內液體流速 u2=2.0m/s，則接管內徑為 )(0682.00.214.3 )3.9943600/(2620242 mD 圓整后去管內徑為 68mm。 圖 1-6 折流板的選取與排列 圖 1-5 正方形的排列方式 三、換熱器核算 1核算壓強降 （ 1）、管程壓強降核算 管程流體阻力：pcti NNFppp )( 21 串聯的殼程數： 1cN， 管程數： 2pN對于 mmmm 5.225 的管子，tF=1.4 管程流通面積： 222 007 2 2.024602.0414.34 mNdA pcii n 故 smAVuici /014.100722.0 )3.9943600/(26202 )(4 0 0 02 7 1 7 610742.0 3.994014.1020.0Re 3 流動類型為湍流 iii ud 設管壁粗糙度 ,1.0 mm 故相對粗糙度 ,00 5.020 1.0 mmd i 由d Re關系圖中查得： 032.0 ，而流速 u=1.014m/s, 3/3.994 mkg 代入相應公式得： PaudLp 49072 014.13.99402.0 6032.02 221 Paup 15342 014.13.99432 222 Pap i 180344.12)15344907( 1520% 時，所選換熱器適宜，否則重選 (重復步驟 2， 3， 4)，直至滿足要求為止。 (6)必要時進行方案對比，找出最經濟合理的換熱方案。 二、設計討論 在設計計算中，要特別注意對管、殼程壓降，總傳熱系數 K， 面積裕度為 H進行核算， 如果合算結果不在 合理范圍內，必須調整相應設計。即 換熱器的管程和殼程壓強降不大于 30Kpa， 總傳熱系數 K與假設 K0必須滿足 K/K0=1.15 1.25之間，而 換熱器的面積裕度大于 15%20%，這是都是考慮到生產安全的問題，如果不設計好，對生產過程中可能會帶來一定的危險性。所以，在換熱器設