XXX移动方向可逆的彩灯控制器设计

课程名称： 移动方向可逆的彩灯控制器 系 部： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 设计报告 一 内容提要 : 在街道、商场或公共场所通常装有各种五彩斑斓的灯饰，美化人们的生活空间。 本文介绍了由电子电路设计的一个彩灯控制器， 控制红绿黄三个灯，按一定规律依次闪亮，即由电子电路实现一个可正向循环、逆向循环效果的彩灯控制器。 详细说明了彩灯控制器的工作原理以及其各个组成部分，记录了我 们在整个设计过程中对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析等等。 二 设计内容及要求 : 用电子电路设计一个彩灯控制器，控制红绿黄三个灯，按一定规律依次点亮。由电子电路实现一个可正向循环、逆向循环效果的彩灯控制器。 （ 1） 控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：先按正向循环闪亮， 全灭 红 红绿 绿 黄绿 黄 全亮 全灭。 紧接着按逆向循环闪亮 全亮 黄 黄绿 绿 红绿 红全灭，如此往复循环 ,产生移动方向变化 的“流水”效果。 （ 2） 正向循环闪亮速度慢， 逆向循环闪亮速度快 （ 3） 彩灯白天不亮，夜晚自动亮。 三 设计思路及原理 : 1.系统概述 彩灯控制器由六部分组成：脉冲发生 部分 ，光敏器件检测电路，加减控制，可逆计数器，循环结束判别，以及逻辑电路。 用光敏电阻 检测电路 检测周围环境的光强， 用来 区分白天夜晚， 以 控制彩灯的亮灭。 由 555 定时器组成的多 谐 振荡器产生脉冲信号控制彩灯的逆向循环，同时经由 D触发器分频产生的低频率脉冲 控制彩灯正向循环 。 两脉冲分别送入可逆计数器的 Down 端和 Up 端 ， 用来控制计数器的加法计数和减法计数。 每完成一次计数循环通过循环结束判别电路的判断由加法计数改为减法计数，或由减法计数改为加法计数， 循环 往复。 最后， 由可逆计数器的输出端通过逻辑电路控制彩灯的亮灭 规律，以达到要求产生的效果 。 2.单元电路设计、仿真与分析 （一）光敏器件检测电路 光敏电阻 一端与 10 千欧的电阻连接，另一端接 VCC，电阻另一端接地，光敏电阻与电阻的共同端接 555的 THR、 TRI 端， OUT为输出端。白天光敏电阻的电阻小， OUT端输出低电平，夜晚光敏电阻的电阻 大， OUT端输出高电平。将 OUT光敏器件检测电路 脉冲发生 可逆计数器 逻 辑 电 路 红 黄 绿 Q2 Q1 Q0 D CP 加减控制 正向循环结束、逆向循环结束判别 时钟快慢 控制 端与产生脉冲的多 谐 振荡器 RES 端相连 就能 起到控制彩灯白天不亮夜晚亮的作用。 （二） 脉冲发生电路 在 555定时器内部， 2个比较器出发输入端 6（ THR）和 2（ TRI）是接在一个端点上并跟电容 C连接，如果这个端点上的电容电压 u变动，会同时导致两个比较器的输出电平改变，使 RS触发器的输出改变。 首先， 电源 Vcc 经 R1和 R2给电容 C充电， 当 u上升到 电源电压 Vcc的三分之二 时， U2=U6=（ 2/3） Vcc， 输出电压为低电平，放电管 T导通，电容 C经 R2、放电端 7（ DIS） 放电， u 开始下 降，当下降到 三分之一 Vcc 时， U2=U6=（ 1/3）Vcc，输出电压为高电平 ， 同时放电管 T 截止，放电端 7（ DIS） 断开，电源 Vcc又经 R1和 R2给电容 C充电，使 u上升。这样周而复始，电容电压 u 形成了一个周期性充电放电的 波形，输出电压就形成周期性的矩形脉冲 ，此脉冲用来控制减法计数。 参数选择：电阻 R1、 R2和电容 C的参数选择是由所需要的脉冲来决定的，根据所需要的脉冲的充电时间和放电时间解出参数数值。 充电时间 T1： T1 =0.7(R1+R2)C=0.7 (10+40) 10=350ms 放电时间 T2： T2 =0.7(R2 C)=0.7 40 10=280ms f=1/（ T1+T2） 1.6Hz （三） D触发器分频电路 将 D触发器的 D端与非 Q相连，则从 Q输出的脉冲频率为输入的 CP 脉冲的一半。多谐振荡器产生的脉冲经 D触发器分频后频率变为原来一半，这低频率脉冲用来控制加法计数。 （四）计数器以及加减控制电路 如图，高频率脉冲输入与 Down端相连的与非门，低频率脉冲输入与 Up端相连的与非门，右边三端分别作为逻辑电路的输入端 A、 B、 C。 在循环结束判别电路中，对于三输入与门，只有当输入为 111 时输出为 1，对于三 输入或非门，只有当输入为 000 时输出为 1。所以计数器只有输出为 000或 111时，二输入 或门的输出方为 1，才能使 D触发器发生一次偏转。 当开始计数时， 74192首先进行加法计数，此时图示 D触发器输出 Q端为 1，非 Q 端为 0，控制 Down 端的与非门输出始终为 1， 而 控制 Up 端的与非门输出由低频率脉冲决定，进而控制计数器的加法计数。 计数从 000开始逐渐增加， 当计数达到 111时，由循环结束判别电路产生一个 1信号输入 D触发器的脉冲端，从而使 D 触发器进行翻转，进行减法计数。 在进行减法计数时，控制 Up端的与非门输出始终为 1，同时控制 Down端的与非门输出由高频率脉冲决定，进而控制计数器的减法计数。 当数值减到 000时，由循环结束判别电路产生一个 1信号控制 D触发器翻转 ，进行加法计数 。 在加减的过程中 D 触发器的 CP 脉冲始终为 0，只有当减到 000 或 加到 111时，才会产生 1信号是 D触发器翻转 ， 如此循环往复。 74LS192 的管脚及功能用法 CPU 计数芯片时钟脉冲输入 CPD 倒计时时钟脉冲输入 MR 异步主复位（清除）输入 PL 异步并行负载（低电平）输入 Pn 并行数据输入 Qn 触发器输出 TCD 终端倒计时输出 TCU 终端数最多输出 Vcc 接电源 GND 接地 （五）控制灯泡亮灭规律的逻辑电路 计数器输出信号与逻辑信号的关系： 2Q 1Q 0Q 红 X 绿 Y 黄 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 根据真值表，可写出最小项表达式，如下： X= （ 1， 2， 6） Y= （ 2， 3， 4， 6） Z= （ 4， 5， 6） 3 电路的安装与调试 现象记录 原因分析 解决措施 效果 74L138 芯片无输出信号 芯片没有正常工作，应该是芯片管脚接入问题。 将芯片 14 管脚接入高电平 芯片正常工作 LED 阵列无法进行循环 循环结束判别电路的问题 检测该区域电路，发现管脚松动，固定管脚。 开始循环 LED 阵列循环不正常，在 111与 000 之间循环 循环结束判别电路的问题，应该是循环的判定信号出现错误。 检查该区域电路，更换了 74L20芯片 重新检测，没有改变 仍然是循环不正常 继续检测电路，仍该是循环电路问题 将 D触发器进行置一操作 问题解决 在电路安装与调试的过程中，遇到的主要问题有，芯片的管脚功能无法确定，闲置管脚的处理方式不确定，如何达到最优的线路连接，线路连接完毕后的故障排除等。 试验箱上共有三块面包板，我们首先遇到的问题就是芯片的布局，好的芯片布局可以大量减少后面接线的工作量，并且容易排查可能出现的故障。我们组将光敏控制电路和脉冲发生电路放在了面包板上靠近电阻电容区域的位置，这样使得接 线的长度减少很多。然后将可逆计数器以及逻辑电路放在脉冲发生电路的后面，因为这两片电路区域使用到了两个中心芯片 74138和 74192，而且这两个芯片之间的联系比较紧密。在这块面包板下面的面包板上，我们组放置了反馈电路和数字逻辑电路所需要的部分新片，因为这部分电路所需要的芯片多且杂乱，这部分电路作为辅助电路辅助上面的芯片。而且我们统一规定面包板的最上面一排接孔为 Vcc，最先面一排接孔为接地，这样统一定义，简洁明了。 做完上述工作后开始连接线路，我们在做完光敏器件检测电路和脉冲发生电路后进行了统一的检测，检测结果 正常，检测的结果 可如下表示 ： 然后是 D触发器分频电路 ， 输出正常， 输出波形如图所示： 在连接 74138 电路时我们遇到了困难，因为没有完整的认识整块芯片，所以在 接 入芯片后发现芯片不能输出信号，后来经过查找资料以及询问同学发现了问题所在，问题在十四以及十一管脚上，经过调整后，解决了问题，输出了信号。 逻辑电路的运算没有发现问题，但是我们在正向循环结束判别以及 逆向 循环结束判别电路上遇到不少阻力 ，主要的问题有 D触发器忘记置一，面包板与芯片管 脚 之间接触不良，等等，因为这片电路用到的芯片最多，而且管 脚之 间连线比较凌乱，所以花费了比较多的时间才处理好。 在检测故障时，我们组一般是采用首先进行区域的故障检测确定是 哪 一片区域出现问题 ， 检测这一片区域的供电以及接地 ， 然后进行元器件的故障排查，确定元器件都是好的 ， 接着是查看管脚之间的连线是否有误 ， 然后是接线连接的故障检测 ， 最终确定问题出在哪里，排查修理。整个过程耗时比较长，但是出现故障后这样一步一步检测，总能找到问题所在。 四心得体会及建议 outO T T2 T3outO T T2 T31 王义炎 电子课 程设计 这门实践课程 ， 极大地提高了我的动手能力 ， 也 让我体 会到了理论和实践相结合的重要性，理论是需要实践 来检验 的 。但我们又必须承认理论的重要性， 理论是前提。通过在实验过程中遇到的各种问题，我了解到实验前对基本理论和原理的了解是必不可少的，因为如果原理不了解的话，那线路的连接和调试将寸步难行。 试验中要用到很多很多的芯片，所以了解芯片的内部结构是非常重要的。芯片内部结构比较复杂，接线路时很容易混淆，这就要求我们对芯片要有足够的认识，同时也要有足够的耐心 ，这对于培养我们实事求是、认真负责的科学态度有极大帮助。 与此 同时，我也体会到了理论与实践的差异性很大。空想的理论没有实践的支持同样是站不住脚的。理论与实践是相辅相成，缺一不可的。 2.常鹏翔 课程设计无论在仿真还是在调试都有复杂的工作要做，这要求我们要细心，认真。由于线路的复杂，一旦出现一个小错误将影响所有的结果，而且还很难检查出来，这就对我们的实践能力提出了一定的挑战，让我深刻感受到了把理论和实践结合起来是多么的重要，二者缺其一将不能做出有效的成果来。 这次实习给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型， 都对我们所学的知识进行了检验和巩固。 由于器件比较小，芯片接口很小，在实验室就不得不很小心地去连接电路。每做完一段就要停下来检查做的对不对，这培养着我们科学严谨的学习态度，因此这次课程设计试验意义重大。 3.雷浩 在试验的安 装调试阶段要连接大量的线路，工作量很大，也很繁琐，器件比较小， 极其挑战我们的耐心，这也正是我们具不具备一定的科学素养的体现。 这次课程设计提供了一次难得机会锻炼我们的动手能力。通过试验中不断遇到瓶颈并不断克服，我们变得更加认真， 更加细心，让我们对科学实验有了更加深刻的认识 ，并不断提高 自己各方面的能力让试验更有效率。 这次的电子课程设计不仅对我们所学知识进行了一次检验，也很大程度上培养了我们想问题、做事情严谨的态度，更是我们以后为人处事的基础。 五附录 元件名称 数量 555 定时器 2 10uF 电容 1 40kohm 电阻 1 50kohm 电阻 1 2kohm 电阻 1 10kohm 电阻 2 74HC74 1 74LS00 1 74LS04 1 74LS20 2 74LS27 1 74LS02 1 74LS192 1 74LS138 1 六参考文献 林红 数字电路与逻辑设计 清华大学出版社 2009年 4月 韩 振振 唐志宏 数字电路逻辑设计 大连理工大学出版社 2000年 曹汉房 数字电路逻辑设计 华中科技大学出版社 2004 年 食品工程原理 课 程 设 计 任 务 书 指导教师： 李春海 1.题目： 双酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷却换热器设计 2.学生完成全部任务期 2010 年 1 月 4 日 限 : 3.设计数据说明 （ 1） 液化液处理量： 111100（ 吨 /年 ) （ 2） 年开工时： 8000小时。 （ 3） 性质数据： 液化液密度 1076kg/m3、比热容 1.8KJ/(kg. )、 粘度 1.42 10-3Pa.s、导热系数 0.15KJ/(m. )； 34时循环水 密度 994.3 /m3、 定压比热容4.174KJ/(kg. )、 导热系数 0.624W/(m. )、 粘度 0.742 10-3Pa.s。 4.课程设计 条件 （ 1）液化液进口温度 95（经自然冷却），出口温度 60； （ 2）采取循环水冷却，循环水进出口温度 34和 42； （ 3） 换热器的管程和壳程压强降不大于 30Kpa； （ 4） 假设管壁热阻和热损失可以忽略。 （ 5）其他参数查资料自选。 5.课程设计要求 : （ 1）资料充分、完整，计算 正确。 （ 2）设计说明书书写符合规范 ,图表书写符合标准。 （ 3）说明书语句通顺，层次分明，文字简练，说明透彻。 （ 4）按时提交设计说明书。 （ 5）绘制装置图，包括设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。 茂 名 学 院 课 程 设 计 说 明 书 课程名称： 食品工程原理课程设计 题 目： 双酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷却换热器设计 学 生： 黎冬平 学 号： 07114050111 班 别： 食品 07-1 班 专 业： 食品科学与 工程 指导教师： 李 春 海（副教授） 日 期： 2010 年 1 月 4 日 设 计 说 明 书 内 容 目录 第一章 绪论 (课程设计的目的、意义、综述 ) 4 第二章 工艺流程及设计方案（确定设计方案） 6 第三章 设备计算及 设计 8 第四章 设计结果汇总表 15 第五章 设计说明及讨论 16 第六章 参考文献 17 第七章 结束语 18 附录：设备结构图（尽量使用 AutoCAD） 19 第一章 绪论 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 换热器是石油化工、环保、能源、电力、空分、深冷等许多工业领域中的一种重要的单元设备。通常在化工厂的建设中， 换热器约占总投资的 10 20%；在炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的 35 40。所以换热器自身性能的优劣及在运行中性能是否充分得以发挥，不仅直接影响到产品质量问题，而且对能源的高效利用性及节能也起着至关重要的作用。因此，对换热器的研究一直是人们研究的重点和关键，具有重要的理论意义和现实意义。 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： 1、 合理地实现所规定的工艺条件； 2、 结构安全可靠； 3、 便于制造、安装、操作和维修； 4、 经济上合理。 热交换器分类方式多样 ,按照其工作原理可分为 :直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类 ,其中间壁式换热器用量最大 ,据统计 ,这类换热器占总用量的 99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类 ,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性 ,在长期的操作过程中积累了丰富的经验 ,其设计资料比较齐全 ,在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新 型换热器的挑战 ,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点 ,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器 ,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。 本设计要用到的 热交换器 是 固定管板 式换热器 ，它是 管壳式换热器 最为广泛使用的。 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属 材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 现简述一下 管壳式换热器 的结构和类型。 结构 由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次 横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等 边三角形排列较紧 凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体 。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体速度 ,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。 类型 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应 力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过 50 时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型： 固定管板式换热器 管束两端的管 板与壳体联成一体，结构简单 ,但只适用于 冷热流体温度差不大 ,且壳程不需机械清洗 时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力 又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿 圈，以减小热应力。 其结构如 图 1-1 所示： U 型管换热器 每根换热管皆弯成 U 形， 两端分别固定在同一管板上下两区，借助 于管箱 内的隔板分成进出口两室。此种换 热器完全消除了热应力，结构比浮头式简 单，但管程不易清洗。 其结构如 图 1-2 所示： 浮头式换热器 浮头式换热器的特点是有 一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向 自由浮动。这种结构不但完全消除了热应 图 1-1 固定管板式换热器 图 1-2 U 型管换热器 力的影响，且由于固定端的管板以法兰与 壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出， 因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应 用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。其结构如 图 1-3 所示： 第二章 工艺流程及设计方案 一、设计相关工艺流程 工业上采用的双酶法一水 -口服 葡萄糖液化常用以下工艺流程图来进行大批生产，该过程主要是将处理好的淀粉浆先通过离心泵输送到液化罐液化，经过了五个液化罐工序，得到了 1050C 的液化液。然后通过蒸汽分离器后输入另一液化罐，再次用离心泵将已冷却为 900C 的液化液通过换热器冷却为 600C，以达到糖化所需要温度，达到了生产目的。 图 1-4 双酶法一水 -口服葡萄糖液化工艺流程示意图 可见在生产过程中，需要进行冷却这一单元操作，这一操作就与 换热器紧密相连。其实，化工生产过程中，其操作环境大都是在高于或者低于正常环境 温度下发生的。无论是在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业，还是在农业、环境保护等其他部门中都涉及到许多有关传热问题。所以，换热器的设计与选型是工程上一大重点问题。本设计是通过 双酶法一水 -口服葡萄糖液化工艺流程，主要针对传热操作中 冷却换热器的设计。 二、设计方案 淀粉浆 涉及冷却换热器的设计 图 1-3 浮头式换热器 C0105C095 600C 1、设计任务 设计任务要求设计 双酶法一水 -口服葡萄糖液化液冷却用换热器 ，指定年生产量 111100 吨，年开工时间为 8000 小时，用循环冷却水将其从 95进一步冷却至 60之后，进入糖化罐糖化，管程壳程压降不大于 30Kpa ，循环水的入口 温度为 34，出口温度为 42 ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 2设计方案的确定 （ 1）、选择换热器的类型 在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，下列几点可作为选择的一般原则： a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出。 e) 流量小 而粘度大（ ）的流体一般以壳程为宜，因在壳程 Re100 即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的表面传热系数。 f) 若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。 g) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。 两流体温的变化情况：液化液（热流体）进口温度 95 出口温度 60；冷流体进口温度 34，出口温度为 42，该换热器用冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用最为广泛使用的浮头式换热器。 （ 2）、管程安排确定 由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，水适合走管程；并且待冷却的液化液流体黏度比较大，适合走壳程。故综上分析流程选择冷却水走交换 器的管程，液化液走其壳程。 （ 3）冷热流体物性数据的确定 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程液化液的定性温度为： T=26095=77.5 管程流体的定性温度为： t= 382 4234 而壳程和管程流体的有关物理性质数据设计条件已经给出，为方便设计，现将在定性温度下流体物性列于附表 1 1 中： 流体 流程安 排 定性温度（） 密度（ kg/m3） 比热容KJ/(kg.) 黏度 （ Pa.s） 导热系数KJ/(m. ) 液化液 壳程 77.5 1076 1.8 1.42 10-3 0.15 冷却水 管程 38 994.3 4.174 0.742 10-3 0.624 附表 1 1 壳程和管程流体的有关物理性质数据 （ 4）、设计方案思路 第三章 设备计算及 设计 一、传热面积的估算 1、 计算热负荷和冷却水的流量 按照设计任务， 液化液处理量： 100000 吨 /年 班号 10000 吨 /年 学号 100吨 /年，而本人学号为 11号，故设计的处理量为 ： 年吨 /1 1 1 1 0 0100111 0 0 0 011 0 0 0 0 0 W 而年开工时间为 8000 小时，所以实际 设计的处理量为 ： hkgh kg /138888000 101 1 1 1 0 0 W 3h 根据0S选用换热器型号 选取一合适 K 计 算 实 际 的sosiic RRK , 0 mcc tKQA 需由传热任务确定换热器型式、流程并计算 Q、mt确定传热面积 20 mtKQS面积裕度需需实ccp A AAH 1520% 选用结果 计算管、壳程压强降 否 是 N Y K 不符 K 符 热负荷量 WTTCWQ phh 2430403600 )6095(108.113888)( 321 所需冷却水的流量： hkgttcQwpcc/26202)3442(10174.4 360024304 0)( 312 2、平均 传热温差 先按逆流来计算，由逆流时的平均温差公式： Ctttttm9.3734604295ln)3460()4295(ln1212 而 P= 13.0349581112 tT ttR= 4.4344260951221 tt TT按单壳程结构，查温度校正系数表得温度校正系数： 97.0t故平均传热温差： Cttmtm 36 .7637 .90. 97 2、 估算传热面积 根据两流体的情况，假设 K=310W/( k)。 故估算的传热面积为： 20 2176.36310 2 4 3 0 4 0 mtK QSm 二、交换器结构尺寸选择 1确定壳程数 由以上的计算表明，由于平均传热温差校正系数 8.097.0 t并且壳程流体流量比较大，故取单壳程合适。 2管径和管程流速 我国目前试用的管壳式换热器系列标准仅有 mmmm 5.225 及mmmm 219 两种规格的管 子，故可选用前者 mmmm 5.225 规格的管子，其传热管子可以选择不锈钢材料。 流体在管程或壳程中的流速，不仅直接影响表面传热系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数的大小，特别对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验 ，在选择换热器管程流速时，一般的液体是 0.53 m/s,对于容易结垢的液体则 1.0 m/s，故可取管程流速 smui /05.1。 3管程数和传热管数的确定 由iicc udVn24可根据传热管内径和流速确定单程传热管数： 20.2205.102.0414.33.99436002620244222iiciiccudwudVn取为 23 根 假 设 按 照 单 程 管 计 算 ， 所 需 的 传 热 管 长 度 为 ：mndSLco6.11230 2 5.014.3 210 计算得的传热管 mL 6.11 长度过长，不便于清洗，且长管容易弯曲，故应采用多管程结构。一般出厂的标准管长为 6m,合理的换热器长应为 1.5m、 2m、3m 和 6m。系列标准中也采用这四种管长 。故根据实际情况，采用标准设计，可取传热管长 ml 6 。 故管程数 )(26 6.11 管程 lLN p。 传热管总根数 )(46223 根pcT NnN4.传热管排列方法的确定 由于设计所需传热管总根数比较少， )(46 根TN ，故可以选用正方形的排列方式排列。虽然正方形的排列在同样的管板面积上可配置的传热管最少，但是其优点突出的是，该排列方式便于清洗列 管的外壁，也适用于壳程流体易产生污垢的场合。所以选用正方形的排列，如右图 1-5 所示： 取管心距 t=1.25d0，则 t=1.25 25=32 隔板中心到离其最近一排管中心距离 可以按下式计算： S=t/2+6=32/2+6=22 故各程相邻管的管心距为 44 。 5外壳壳体内径的确定 初步设计可按照下式计算壳体的内径，即： /1. 05 tDTN其中 为管板利用率，对于传热管以正方形排列 ， 2 管程其范围为 =0.550.7 故可取利用率 =0.55，则壳体内径为： )(307.5 50/46321 .0 5D mm 卷制壳体的公称直径一般是以 400mm 为基数，以 100mm 为进档，故可取 )(400D mm 6折流板的选取 为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动 程度大为增加。 一般是采用弓形折流板，如右图 1-6 所示，由于弓形折流板切去圆缺高度一般是壳体内径的 10%40%，常用值为 20%25%。故可取为 20%，则切去的圆缺高度为： h=0.2 400=80mm 取折流板间距 B=0.3D， 则 B=0.3 400=120 mm 折流板数目 NB= 块94112060001 Bl7接管的选取 壳程流体进出口接管：取接管内液化液流速为 u1=0.8m/s，则接管内径为 0 7 5 6 ( m ).00 .814.3 1 0 7 6 )3 6 0 0/(1 3 8 8 844VD 1 圆整后可取管内径为 76mm。 管程流体进出口接管：取接管内液体流速 u2=2.0m/s，则接管内径为 )(0682.00.214.3 )3.9943600/(2620242 mD 圆整后去管内径为 68mm。 图 1-6 折流板的选取与排列 图 1-5 正方形的排列方式 三、换热器核算 1核算压强降 （ 1）、管程压强降核算 管程流体阻力：pcti NNFppp )( 21 串联的壳程数： 1cN， 管程数： 2pN对于 mmmm 5.225 的管子，tF=1.4 管程流通面积： 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 流动类型为湍流 iii ud 设管壁粗糙度 ,1.0 mm 故相对粗糙度 ,00 5.020 1.0 mmd i 由d Re关系图中查得： 032.0 ，而流速 u=1.014m/s, 3/3.994 mkg 代入相应公式得： PaudLp 49072 014.13.99402.0 6032.02 221 Paup 15342 014.13.99432 222 Pap i 180344.12)15344907( 1520% 时，所选换热器适宜，否则重选 (重复步骤 2， 3， 4)，直至满足要求为止。 (6)必要时进行方案对比，找出最经济合理的换热方案。 二、设计讨论 在设计计算中，要特别注意对管、壳程压降，总传热系数 K， 面积裕度为 H进行核算， 如果合算结果不在 合理范围内，必须调整相应设计。即 换热器的管程和壳程压强降不大于 30Kpa， 总传热系数 K与假设 K0必须满足 K/K0=1.15 1.25之间，而 换热器的面积裕度大于 15%20%，这是都是考虑到生产安全的问题，如果不设计好，对生产过程中可能会带来一定的危险性。所以，在换热器设