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2.2.1调节阀的类型及开关型式11
2.2.2调节阀得正反作用11
2.2.3调节阀的流量特性11
2.3换热器温度控制仪表的选型11
2.3.1温度仪表11
2.3.2流量仪表12
2.3.3液位仪表静压式液位计13
2.4换热器温度控制执行器的选用13
第三章装备工艺设计
3.1原始数据
3.1.1工艺条件
3.1.2生产能力
3.2.1定性温度的确定
3.2.2饱和蒸汽和去离子水的其他物性参数:
3.2.3质量流量
3.2.4热负荷计算
3.3平均推动力的计算
3.3.1流体流动空间
3.3.2流体走向确定
3.3.3平均推动力计算
3.4估算传热面积
3.5初步确定换热器结构参数
3.5.1换热管的选择
3.5.2管内流速的确定
3.5.3管子数目与管长的确定
3.5.4壳体内径的估算
3.5.5布管图
3.5.6拉杆的直径、数量及定距管的确定
3.5.7折流板直径、数量及相关尺寸的确定
3.6计算实际传热面积及总传热系数
3.7校核传热
3.7.1壳程流体传热膜系数
3.7.2管程流体传热膜系数
3.7.3污垢热阻及管壁热阻
3.8压力降校核
3.8.1管程压力降
3.8.2壳程压力降
第四章设备结构设计
4.1设计条件的确定
4.1.1设计压力
4.1.2设计温度
4.1.3设计条件
4.2金属壁温的确定
4.2.1管程侧冷流体：
4.2.2壳程热流体侧：
4.2.3金属壁温
4.3接管设计
4.3.1管程侧接管的设计
4.3.2壳程侧的接管设计
4.3.3排液排气口的设计
4.3.4接管法兰的设计
4.3.5接管与壳体的连接形式
4.4管程的结构设计
4.4.1封头结构设计
4.4.2容器法兰的选取
4.4.3管箱结构设计
4.4.4管箱筒体短节与封头以及与容器法兰的连接
4.5管板结构设计
4.5.1管板的类型
4.5.2管板的尺寸初选及布管设计
4.5.3换热管规格尺寸
4.5.4管板与接管的连接形式
4.5.5管板与壳体的连接
4.6管程侧结构设计
4.6.1壳体的结构设计
4.6.2壳程侧封头的设计
4.6.3折流板的设计
4.6.4拉杆定距管的设计
4.6.5滑道的设计
4.7附件设计
4.7.1保温层的设计
4.7.2支座设计
第五章强度设计
5.1壁厚计算
第六章技术条件的编制
6.1技术条件说明
6.1.1钢材
6.1.3焊接条件
6.1.4热处理
6.1.5无损探伤
6.2总装配图的技术条件编制
6.3零部件图的技术条件编制
6.3.1管箱部件图的技术条件编制
6.3.2管束技术部件图的技术条件编制
6.3.3管板零件图的技术条件编制
6.3.4容器法兰零件图的技术条件编制
6.3.5折流板的技术条件编制
6.3.6滑道的技术条件编制
6.3.7垫片的技术条件编制
6.3.8带肩双头螺柱和拉杆的技术条件编制
6.3.9分程隔板的技术条件编制
6.3.10支座的技术条件编制
致谢
72
参考文献
73
第一章过程工艺设计
碳纤维不仅属于多学科、多技术的高新技术产品，而且属于高能耗、高附加值的新产品。
PAN基碳纤维的流程如图所示。
丙烯腈引发剂（AIBN）、共聚单体和溶剂属于石油化工产品；
聚合物属于高分子；
纺丝属于纺织工学；
预氧化、炭化属于碳素工学；
表面处理电化学等。
流程长、学科多、技术交叉，是技术密集型产品，回收未反应单体AN和溶剂聚合、纺丝必须配套环保设备。
PAN基碳纤维的生产流程如图1-1
图1-1PAN基碳纤维的生产流程
合成氨的生产的原料主要是空气和氢气，合成氨以备生产合成AN时原料用。
合成催化剂与溶剂DMAC制得引发剂AIBN，合成共聚单体与引发剂共同作用生成共聚单体衣康酸，以备与AN生成聚合1001时用。
以原油为原料，经过蒸馏得到石脑油，再将石脑油分解得到丙烷，丙烷分成俩部分，一部分与氨合成AN，另外一部分供给到废气处理工程和包装工程。
丙烷与合成工程来的氨合成AN，AN单体通过共聚单体衣康酸的作用，生成聚合的AN长链，最后得到PAN。
纺丝过程是一个物理过程，也是一个相分离成纤过程。
在这个过程中发生了纺丝液细流与凝固液细流之间的传质、传热、相平衡移动，导致PAN沉淀形成凝胶结构的丝条。
湿法纺丝采用一步法，碳纤维对PAN原丝的最基本要求是碱，碱土金属和铁等的含量愈少愈好，采用有机溶剂较好，金属杂质可控制在100mg/kg以下。
无机溶剂的代表是NaSCN,残留在PAN原丝中的钠高达10-3级，如果要洗到100mg/kg以下，必须消耗大量的能源，加大生产成本。
溶剂不同，黏度不同，对PAN树脂的溶解性能也不同，溶剂对PAN树脂溶解能力的顺序如下：
DMF>
DMAc>
DMSO>
EC>
NaSCN>
HNO3>
ZnCl2
合成油剂PEO与PAN长链在水做溶剂的情况下进行纺丝工艺，合成PAN纤维。
如果说优质PAN原丝是制取高性能碳纤维的前提，那么预氧化工序则是承前启后的桥梁。
PAN原丝的质量直接影响碳纤维的性能。
预氧化的关键是预氧化炉。
预氧化炉的效率是控制生产碳纤维周期的主要因素之一，也是直接影响碳纤维质量的关键所在。
目前，预氧化时间大致为60~120min，炭化时间为几分钟到几十分钟，而石墨化时间则以秒计算。
同样的预氧化设备，缩短预氧化时间是当前研究热点之一。
预氧化分为外热循环式预氧化炉和内热式预氧化炉。
所谓外热循环式预氧化炉是指加热空气的组件在预氧化炉的外部，此种预氧化炉具有自动控制循环鼓风机，热空气可循环使用，实现节电省能，降低生产成本。
对于内热式预氧化炉，它分为四个炉膛，四个温区，横向温度控制在±
2℃，实际操作高达±
4℃，循环热风入口出的温度高，出口处温度低，从两边预氧丝颜色的深浅不均匀可以看出温差的影响。
其特点是热风通道内安装热风分布装置，使预氧化炉内的热风均匀流动。
炭化过程可分为低温炭化和高温炭化两个阶段。
前者的温度一般为300~1000℃，后者为1100~1600℃，但标志性炭化温度在700℃左右。
炭化主要释放气体氰化氢在700℃前有一个释放高峰，700℃之后又出现释放高峰，这可能是由两种类型的反应所导致。
在高温区，主要释放N2和HCN。
N的脱除会留下残留分子级的微孔，导致碳纤维拉伸强度下降。
加压炭化可抑制N的释放。
目前加压炭化用于工业生产还有许多工作要做，但研究思路指出：
可调控N的溢出，减少孔隙，实现致密化，有益于提高碳纤维的力学性能。
表1-1在炭化过程中释放的废气废物
温度区
HCN
NH3
N2
H2O
CO与CO2
焦油
低温区
8
1
2
11
高温区
4
0.1
14
在碳纤维实际生产过程中，除释放废气外，也产生了相当量的焦油。
焦油一旦沾污纤维，轻则变硬、发脆，重则断丝。
不让废气在炉内冷凝成焦油和瞬时排除废气、焦油是稳定质量、稳定生产的重要因素之一。
在炭化过程中释放的废气废物见表。
在低温区释放出大量焦油，在高温区主要释放出的是N2。
如何使低温炭化炉内的热解废气不冷凝为焦油和瞬时排出炉外是一重要的技术课题。
只有这样才能防止焦油对运行纤维的污染。
废气处理是预氧化、炭化必须配套的环保设备。
碳纤维增强热固性树脂（CFRP）和热塑性树脂（CFRTP）复合材料的废旧物处理已列入议事日程，特别是CFRTP的再生利用引起人们的极大关注。
掩埋废旧CFRP、CFRTP是下策，再生利用有待进一步试验。
废气处理工程是通过石脑油分解段来的丙烷将氧化和炭化段产生的废气无害化。
PAN原丝经整丝后送入1#、2#预氧化炉制得预氧化碳纤维（俗称预氧丝）；
预氧丝相继进入低温炭化炉，高温炭化炉制得碳纤维，碳纤维再经表面处理，上浆既得碳纤维产品。
全过程连续进行，任何一工序出现问题都会影响稳定生产和碳纤维产品的质量。
全过程流程长，工序多，是多学科多技术的集成。
生产碳纤维的过程中的环境必须实现洁净化，防止空气中的尘埃对纤维表面造成污染。
特别是纺丝车间，达到千级净化水平，关键部位达到百级。
在预氧化过程中，保证匀质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间，这是降低生产成本的方向性课题。
碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始，实现一条龙生产，应充分重视原丝的根本地位。
原丝质量既决定碳纤维的性质，又制约其生产成本。
高性能PAN原丝是制造高性能碳纤维的前提，这是多年的经验总结。
由分解段来的乙烯经聚合后得到PE，在将PE制膜得到PE膜，与纸管共同将碳纤维收丝、包装后最终得到碳纤维成品。
考虑到节省能源、资源，还应在工艺过程中设立回收工程。
聚合过程挥手AN单体。
纺丝过程回收溶剂DMAC。
聚丙烯腈纤维的湿纺工艺流程的特点是先牵引后水洗，经过热牵和高压水蒸汽牵伸后使纤维直径变细，有利于水洗。
同时，离浴（凝固浴丝条中喊有一定量的溶剂，也有利于牵伸。
另一工艺流程是先水洗，后牵伸，丝条离浴后水洗）膨润状态水洗效果比较好。
两种工艺路线各有利弊，应根据实际情况选择。
由于干喷湿纺可纺出高分子量、高固含量及高黏度的纺丝液，因而纺丝设备应适应该工艺的要求。
湿纺工艺流程图如下图1-2：
图1-2湿纺工艺流程图
⑴凝固浴的流向应与丝条运行方向一致
两者速度应基本相同，最好凝固浴流动速度较丝条运行速度大1%~3%。
这样的流动状态丝条运行没有阻力，不易产生毛丝或断丝。
实践证明，PAN原丝的毛丝或断丝的产生在喷丝和凝固体系。
在纺丝过程中，以肉眼可以清楚看到丝条内溶剂向外扩散的波纹。
实验证明，如果丝条周围凝固液面保持平静，丝条泛白现象十分严重。
所以，凝固浴流动速度与丝条内溶剂向外扩散的速度成正比。
⑵凝固浴液面保持平稳
干喷段的长度一般在3~15mm范围内，大多采用3~10mm。
如此短的干喷段，要牵伸1.1~3.5倍，单位长度（mm）的牵伸率是相当大的。
这就要求凝固浴液面保持平稳，确保牵伸段长度保持定值，否则将加大牵伸的CV值，也就是说加大了纤度的CV值。
为了保持凝固浴的平稳，纺丝线最好安装在楼的一层，安装凝固浴的地基应安装有防震设施。
此外，凝固浴以及前后相关的动力设备也应注意有防震措施。
⑶干喷湿纺的导向辊
由于干喷湿纺可纺高分子量，高固含量和高黏度的纺丝液，因而喷孔直径较大。
在该条件下纺丝，出口膨大效应十分显著，因此喷丝板的喷孔间距也应比较大，这必然加大喷丝板的面积。
由于喷丝板比较大，吐出丝的幅度也比较宽，因而导向可采用具有一定曲率半径的特殊加工的导向辊，它可以起到集束作用，避免产生毛丝或断
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