換熱器的設(shè)計-化工課程設(shè)計

1、<p>　　《化工原理課程設(shè)計》報告</p><p><b>　　換熱器的設(shè)計</b></p><p>　　日 期：2013-06-12 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　指導教師（簽名）： 教研室主任

2、（簽名）：</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1．綜述……………………………………………………………………3</p><p>　　2．課程設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………3</p><p>　　3．換熱器的簡介與分類 ………………………………………………4</p>

3、<p>　　3.1換熱器的簡介 ……………………………………………………4</p><p>　　3.2換熱器的種類及特點 ………………………………………………………5</p><p>　　3.3換熱器材質(zhì)的選擇 …………………………………………………… 10</p><p>　　3.4管板式換熱器的優(yōu)點 …………………………………………………

4、12</p><p>　　3.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu) ……………………………………………… 13</p><p>　　3.6管板式換熱器的類型及工作原理 …………………………………… 15</p><p>　　3.7確定設(shè)計方案 …………………………………………………………16</p><p>　　4．設(shè)計計算……………………………

5、………………………………17 </p><p>　　4.1 流動空間以及流速的確定 ………………………………17</p><p>　　4.2 確定流體流動及進出口溫度 …………………………19</p><p>　　4.3 計算兩流體的平均溫度差 ………………………… 20</p&g

6、t;<p>　　4.4 計算熱負荷和冷卻水流量………………………20</p><p>　　5．換熱器主要附件的確定及工藝結(jié)構(gòu)尺寸 ………… 21</p><p>　　5.1 污垢熱阻…………………………………………………21</p><p>　　5.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù) ………………………………………21</p><p>　　

7、5.3 平均溫度校正和殼程數(shù)…………………………………23</p><p>　　5.4 換熱管排列和分程法 …………………………………23</p><p>　　6．核算總傳熱系數(shù) ………………………………… 24</p><p>　　6.1 殼程對流傳熱系數(shù) ……………………………………… 24</p><p>　　6.2 管程對流傳熱系數(shù)

8、 ……………………………………24</p><p>　　6.3 總傳熱系數(shù)…………………………………………………25</p><p>　　6.4 設(shè)計裕度 ………………………………………………25</p><p>　　6.5 壁溫計算 ………………………………………………………… 25</p><p>　　7．核算壓強降……………

9、…………………………………26</p><p>　　7.1 管程壓強降 …………………………………………26</p><p>　　7.2 殼程壓強降 ………………………………………… 27</p><p>　　8．換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 ………………………………28</p><p>　　9．換熱器的安裝與維修 …………………

10、………………………30</p><p>　　10．結(jié)束語 ……………………………………………………………31</p><p>　　11.參考文獻 …………………………………………………………32</p><p><b>　　1.綜述</b></p><p>　　換熱器的分類與比較，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式，

11、換熱器基本上可分為三大類即間壁式混合式和蓄熱式，其中間壁式換熱器應用最多，所以主要討論此類換熱器。</p><p><b>　　2.設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)：換熱器設(shè)計（列管式換熱器）</p><p>　　年處理煤油33.5萬噸</p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)如下：</b&g

12、t;</p><p>　　煤油：入口溫度140℃，出口溫度40℃</p><p>　　冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度20℃，出口溫度40℃</p><p>　　允許壓強降：不大于100kPa</p><p>　　煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.℃)，導熱系數(shù)0.

13、14W/(m.℃)</p><p>　　每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行</p><p>　?。?） 建廠地區(qū)：大氣壓為760mmHg</p><p>　　3．換熱器的簡介與分類</p><p><b>　　3.1換熱器的簡介</b></p><p>　　換熱器就是用于存在溫度差的流體間的

14、熱交換設(shè)備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反之則吸收熱量。</p><p>　　工藝流體之間的熱量傳遞是大多數(shù)化工過程中的一個重要組成部分，在化工過程和有關(guān)工業(yè)中使用換熱器的主要類型如下：（1）套管式換熱器：最簡單的類型，用于冷卻和加熱；（2）列管式換熱器：用于各種用途；（3）板框式換熱器（板式換熱器）：用于加熱及冷卻；（4）空氣冷卻器：用于冷卻和冷凝；（5）直接接觸式冷卻器：冷卻和急冷。</

15、p><p>　　列管式和板式，各有優(yōu)點，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應用于化工、石油、能源等設(shè)備;板式則以其高效、緊湊的特點大量應用于工業(yè)當中。其中列管式換熱器又可以分為固定板式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器、U型管式換熱器、釜式換熱器。</p><p>　　3.2換熱器的種類及特點</p><p><b>　　1.管殼式換熱器</b>&l

16、t;/p><p>　　管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標準換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，造價低廉，用材廣泛，清洗方便，適應性強等優(yōu)點，應用最為廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分為以下幾種：</p><p><b>　　固定管板式換熱器</b></p><p>　　固定管板式換熱器 它由殼體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成。

17、其結(jié)構(gòu)特點是，兩端的管板與殼體連在一起，管束兩端固定在管板上，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，價格低廉，每根換熱管都可以進行更換，且管內(nèi)清洗方便，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50℃且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。</p><p>　　帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應力，這種補償方法適用于兩流體溫差小于70℃且殼方流體壓強不高于600Kpa的情況。</p><p&

18、gt;<b>　　浮頭式換熱器</b></p><p>　　浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復雜，造價高。</p><p><b>　　填料涵式換熱器</b></p>

19、<p>　　填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進行清洗，維修方便。但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。且填料函耐壓不高，一般小于4.0Mpa，填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。</p><p><b>　　填

20、料函式換熱器</b></p><p>　?。?）U 型管式換熱器</p><p>　　U型管式換熱器是只有一個管板，換熱管為U型，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當殼體與 U 型換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生溫差應力。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，管間清洗方便，但管內(nèi)清洗比較困難，利用率較低，殼程易短路，報廢率較高。因而U 型管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢，而管程介

21、質(zhì)清潔不易結(jié)垢以及高溫、高壓、腐蝕性強的場合。一般高溫、高壓、腐蝕性強的介質(zhì)走管內(nèi)，可使高壓空間減小，密封易解決，并可節(jié)約材料和減少熱損失。</p><p><b>　　U形管管殼式換熱器</b></p><p><b>　　2.蛇管式換熱器</b></p><p>　　蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡單，操作最方便的一

22、種換熱設(shè)備，通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。</p><p><b>　　3.套管式換熱器</b></p><p>　　套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內(nèi)管用U型時管順次連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動，有

23、利于傳熱。此換熱器適用于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。</p><p>　　3.3換熱器材質(zhì)的選擇</p><p>　　在進行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零、部件的材料，應根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐

24、蝕性能，有時往往成為一個復雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。 一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。 （1）碳鋼 價格低，強度較高，對堿性介質(zhì)的化學腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應用是合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為10號和20號碳鋼。 （2）不銹鋼 奧

25、氏體系不銹鋼以1Crl8Ni9Ti為代表，它是標準的18-8奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。</p><p>　　正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 （2）管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程

26、和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4 MPa，設(shè)計溫度不超過 350℃的場合。</p><p>　?。?）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。</p><p>　

27、?、俜忸^ 當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 ②管箱 換熱器管內(nèi)流體進出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應便于裝拆。</p><p>　?、鄯殖谈舭?當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組

28、管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、4、6程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。</p><p>　　3.4管板式換熱器的優(yōu)點(1) 換熱效率高,熱損失小        在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)

29、可以達到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的3～5倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進行充分的換熱。完成同一項換熱過程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/ 3～1/ 4。(2) 占地面積小重量輕  &#

30、160;     除設(shè)備本身體積外, 不需要預留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 6～0. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3) 污垢系數(shù)低        流體在板片間劇烈翻騰形成湍流,&#

31、160;優(yōu)秀的板片設(shè)計避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便        換熱板片通過夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當檢修、清洗時, 僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣     

32、   設(shè)備最高耐溫可達180 ℃, 耐壓2. 0MPa ,</p><p>　　3.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。 （1）換熱管布置和排列間距 常用換熱管規(guī)格有ф19×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、ф25×2.

33、5 mm(碳鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。  （A） （B）（C）</p><p>　?。―） （E）</p><p>　　圖 1-4 換

34、熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列     （B）正方形錯列    (C) 三角形直列     </p><p>　?。―）三角形錯列  （E）同心圓排列 </p><p>　　正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管

35、布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 （2）管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4 MPa，設(shè)計溫度不超過350℃的場

36、合。 </p><p>　?。?）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。</p><p>　?、俜忸^ 當殼體直徑較小時常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 ②管箱 換熱器管內(nèi)流體進出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應便于裝

37、拆。</p><p>　　③分程隔板 當需要的換熱面很大時，可采用多管程換熱器。對于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強傳熱。管程多者可達16程，常用的有2、4、6程。在布置時應盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強傳熱，同時應嚴防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。</p><p>　　3.6管板式換熱器的類型及

38、工作原理</p><p>　　板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同, 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對板片的腐蝕, 并且設(shè)

39、備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓明顯好于可拆式板式換熱器, 可以達到250 ℃、2. 5MPa 。因此同樣是板式換熱器, 因其形式的多樣性,可以應用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)熱交換工藝過程都可以使用。 雖然板式換熱器有多種形式, 但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過外力將換熱板片夾緊組裝在一起, 介質(zhì)通過換熱板片上的通孔在板片表面進行流動,

40、 在板片波紋的作用下形成激烈的湍流, 猶如用筷子攪動杯中的熱水, 加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動,湍流形成的大量換熱面與板片接觸, 通過板片來進行充分的熱傳遞,達到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過密封墊的分割, 或者通過大量的焊縫來保證, 在換熱板</p><p><b>　　3.7確定設(shè)計方案</b>&l

41、t;/p><p><b>　　選擇換熱器的類型:</b></p><p>　　兩流體溫的變化情況：熱流體進口溫度140℃ 出口溫度40℃；冷流體進口溫度20℃，出口溫度為40℃，該換熱器用循環(huán)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，因此初步確定選用列管式換熱器。</p><p><b

42、>　　4.設(shè)計計算</b></p><p>　　4.1 流動空間以及流速的確定</p><p>　　4.2.1流體流動空間的選擇</p><p>　　在列管式換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，取決于多種因素。</p><p>　　不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因為管程清洗比較方便。</p>&

43、lt;p>　　腐蝕性的流體宜走管程，以免時管子和殼體同被腐蝕，且管程便于檢修與更換。</p><p>　　壓力高的流體宜走管程，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。</p><p>　　被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對外的散熱作用，增強冷卻效果。</p><p>　　飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，一般不需清洗</p>&

44、lt;p>　　有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。</p><p>　　流量小或粘度大的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程中流動，由于流速和流向的不斷改變，在低Re（Re>100）下即可達到湍流，以提高傳熱系數(shù)。</p><p>　　若兩流體溫差較大，宜使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，因壁面溫度與α大的流體接近，以減小管壁與殼壁的溫差，減小溫差應力。</p>

45、<p>　　綜合以上的選擇原則,從增加兩物流的傳熱膜系數(shù)看，應使煤油走管程，冷卻水走殼程。</p><p>　　4.2.2流體流速的選擇</p><p>　　流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。增大流速，可加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢的形成，使總傳熱系數(shù)增大；但同時使流動阻力加大，動力消耗增多；選擇高流速，使管子的數(shù)目減小，對一定換熱面積，不得不采用較長的管

46、子或增加程數(shù)，管子太長不利于清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶄鳠釡夭钕陆怠Ｒ虼?，一般需通過多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計時參考。選擇流速時，應盡可能避免在層流下流動。</p><p>　　表1 管殼式換熱器中常用的流速范圍 </p><p>　　表2 管殼式換熱器中不同粘度液體的常用流速 </p><p>　　表3 管殼式換熱器中易燃、易

47、爆液體的安全允許速度 </p><p>　　由于冷卻水較易結(jié)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；又被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱。所以從總體考慮，應使冷卻水走管程，煤油走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取0.8m/s。</p><p>　　4.2 確定流體流動及進出口溫度</p><p>　　定性溫度：可取流體進口溫度的平

48、均值。</p><p>　　殼程煤油的定性溫度為 </p><p><b>　　T==90（℃）</b></p><p>　　管程流體的定性溫度為</p><p>　　取進口溫度20℃，出口溫度40℃</p><p><b>　　t==30(℃)</b></p>

49、<p>　　根據(jù)定性溫度分別查取流體的有關(guān)物理性質(zhì)數(shù)據(jù)</p><p>　　可得煤油在90℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容 </p><p>　　導熱系數(shù) =0.14W/(

50、m·℃)</p><p>　　粘度 =7.15×10-4Pa·s</p><p>　　冷卻水在30℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 </p><p>　　定壓比熱容 </p>

51、;<p>　　導熱系數(shù) </p><p>　　粘度 </p><p>　　4.3計算兩流體的平均溫度差</p><p><b>　　==49.708℃</b></p><p>　　4.4計算熱負荷和冷卻水流量</p>&

52、lt;p><b>　　4.5.1 熱流量</b></p><p><b>　　冷卻水用量</b></p><p>　　4.5.2總傳熱系數(shù)</p><p>　　假設(shè)總傳熱系數(shù) K = 400 </p><p>　　5．換熱器主要附件的確定及工藝結(jié)構(gòu)尺寸 </p>&l

53、t;p><b>　　5.1污垢熱</b></p><p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻 </b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 </b></p><p>　　管壁熱阻按碳鋼在該條件下的熱導率為50w/(m·K)。</p><p><b>　

54、　所以：</b></p><p>　　5.2管程數(shù)和傳熱管</p><p>　　當換熱器的換熱面積較大而管子又不能很長時，就得排列較多的管子，為了提高流體在管內(nèi)的流速，需將管束分程。但是程數(shù)過多，導致管程流動阻力加大，動力能耗增大，同時多程會使平均溫差下降，設(shè)計時應權(quán)衡考慮。管殼式換熱器系列標準中管程數(shù)有 1、2、4、6 四種。采用多程時，通常應使每程的管子數(shù)相等。</p

55、><p>　　管程數(shù)N按下式計算：</p><p><b>　　N=u/v</b></p><p>　　式中 u——管程內(nèi)流體的適宜流速；</p><p>　　V——管程內(nèi)流體的實際流速。</p><p>　　5.2.1計算傳熱面積</p><p>　　考慮15%的面積裕

56、度 </p><p>　　5.2.2管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用25×2.5㎜的傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速為=0.8 m/S</p><p>　　5.2.3管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p><b>　　=</b></p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為<

57、/p><p>　　按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在取L=9米管，該換熱器管程數(shù)為</p><p>　　Np = 54.91 / 9=6</p><p>　　傳熱管總根數(shù) Nt=35×6=210</p><p>　　5.3平均溫度校正和殼程數(shù)</p><p>　　5.3.1平均傳熱溫差校

58、正系數(shù)</p><p>　　按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)得：</p><p>　　平均傳熱溫差 ℃ </p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　5.3.2熱流量的校正 </p><p>　　Q = K A = 400150.8647.4 =

59、2838581.76 </p><p>　　5.4換熱管排列和分程法</p><p>　　采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列.取管心距</p><p><b>　　,則</b></p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu),取管板利用率0

60、.7,則殼體內(nèi)徑為</p><p><b>　　取600mm</b></p><p><b>　　5.5折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為</p><p><b>　　故可取150</b></p&

61、gt;<p><b>　　取折流板間距，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取B為250mm。</p><p><b>　　折流板數(shù) </b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p&

62、gt;<b>　　6 核算總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　6.1 殼程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　對圓缺形折流板,可采用克恩公式</p><p>　　當量直徑,由正方形排列得</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　殼程流體流速及

63、其雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b></p><p><b>　　粘度校正</b></p><p>　　6.2 管程對流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p>　　管程流體流速及其雷諾數(shù)分別

64、為</p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b></p><p>　　6.3 總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　6.4設(shè)計裕度</b></p><p><b>　　6.4.1傳熱面積</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</

65、p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p>　　傳熱面積裕度適宜,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)</p><p>　　6.6.壁溫計算 </p><p>　　因為管壁很薄，而且壁熱阻很小。冬季操作時，循環(huán)水的進口溫度將會降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進口溫度為30℃，出口溫度為40℃計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳

66、熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是有:</p><p>　　式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計算為</p><p>　　0.4×39+0.6×15=24.6℃</p><p>　　(140+40)

67、/2=90℃ </p><p><b>　　5887w/㎡·k</b></p><p>　　925.5w/㎡·k</p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　殼體壁溫

68、，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90℃。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ℃。</p><p><b>　　7．核算壓強降</b></p><p><b>　　7.1 管程壓強降</b></p><p><b>　　, , </b></p><p><b>　　, &

69、lt;/b></p><p>　　由，傳熱管相對粗糙度0.005，查圖——摩擦系數(shù)與雷諾準數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系得，流速，，</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　7.2 殼程壓強降</p><p><b>

70、　　,.15 </b></p><p><b>　　流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　總阻力 </b></p><p><b&

71、gt;　　殼程流動阻力也合適</b></p><p>　　8 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p>　　9 換熱器的安裝與維護</p><p><b>　　安裝</b></p><p>　　1.安裝位置：根據(jù)該換熱器的結(jié)構(gòu)形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝，維修的需要。</p>

72、<p>　　2.基礎(chǔ)：必須使換熱器不發(fā)生下沉，在活動支座的一端應予埋滑板。</p><p><b>　　3.地腳螺栓和墊鐵</b></p><p>　　1）活動支座的地腳螺栓應裝有兩個緊鎖的螺母，螺母與底板間應留有1-3mm的間隙。</p><p>　　2）地腳螺栓兩側(cè)均有墊鐵。設(shè)備找平后，斜墊鐵，可與設(shè)備支座底板焊牢，但不得與下面

73、的平墊鐵或滑板焊死。</p><p>　　3）墊鐵的安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。</p><p><b>　　10.結(jié)束語</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)個人綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓練，也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。</p><p>　　在換熱器的設(shè)計

74、過程中,我感覺我的理論運用于實際的能力得到了提升，主要有以下幾點： </p><p>　　(1)掌握了查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集)的能力；</p><p>　　(2)樹立了既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力；</p>&

75、lt;p>　　(3)培養(yǎng)了迅速準確的進行工程計算的能力；</p><p>　　(4)學會了用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力。</p><p>　　從設(shè)計結(jié)果可看出，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因為煤油的出口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K.因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應增大.通過這

76、個設(shè)計，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟投入，設(shè)計參數(shù)的選擇十分重要.</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《化工原理》天津大學化工原理教研室編 天津：天津大學出版社. （1999）</p><p>　　《換熱器》秦叔經(jīng)、葉文邦等 ，化學工業(yè)出版社（2003）</p><p>　　《化