換熱器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一． 緒論........................................................</p><p>　　1. 換熱器發(fā)展歷史………………………………………………………………………………………</p><p>　　2. 換熱器應(yīng)用方向……………

2、…………………………………………………………………………</p><p>　　二． 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 </p><p>　　三． 設(shè)計(jì)概述 </p><p>　　1．換熱器的概念及意義…

3、……………………………………………………………………………….</p><p>　　2、管殼式換熱器的簡(jiǎn)介……………………………………………………………………………….</p><p>　　四 ．換熱器類型..................................................</p><p>　　1. 夾套式換熱器……………………………

4、…………………………………………………………</p><p>　　2. 噴淋式換熱器………………………………………………………………………………………</p><p>　　3. 套管式換熱器……………………………………………………………………………………</p><p>　　4.管殼式換熱器…………………………………………………………………………………………<

5、/p><p>　　五、換熱器設(shè)計(jì)和選用...........................................</p><p>　　1．管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用要考慮的問(wèn)題……………………………………………</p><p>　　2.管殼式換熱器的給熱系數(shù)………………………………………………………………</p><p>　　3.流體通

6、過(guò)換熱器的阻力損失…………………………………………………………</p><p>　　六． 換熱器設(shè)計(jì)和計(jì)算 </p><p>　　1．傳熱量Q及釜液出口溫度T…………………………………………………………………………</p><p>　　2．換熱器殼程數(shù)及流程……………………………………………

7、………………………………….</p><p>　　3. 估算傳熱面積A…………………………………………………………………………………..</p><p>　　4．換熱器選型……………………………………………………………………………………………</p><p>　　5．換熱器的核算………………………………………………………………………………………….</p&g

8、t;<p>　　七． 經(jīng)驗(yàn)公式 </p><p>　　八． 設(shè)計(jì)評(píng)述 </p><p>　　九． 參考文獻(xiàn)

9、 </p><p><b>　　一． 緒論</b></p><p>　　隨著科技高速發(fā)展的今天，換熱器已廣泛應(yīng)用國(guó)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，換熱器跟人們生活息息相關(guān)。換熱器顧名思義就是用來(lái)熱交換的機(jī)械設(shè)備。有氣體-氣體交換，氣體-液體交換，液體-液體交換這幾種。就是一種介質(zhì)熱能降低，另一種介質(zhì)熱能增多，達(dá)到熱平衡，符合Q（吸） =Q（放）

10、的熱平衡公式。</p><p>　　在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多</p><p><b>　　換熱器簡(jiǎn)介及分類</b></p><p>　　換熱器是一種非常重要的

11、換熱設(shè)備，能夠把熱量從一種介質(zhì)傳遞給另一種介質(zhì)，在各種工業(yè)領(lǐng)域中有很廣泛的應(yīng)用。尤其在化工、能源、交通、機(jī)械、制冷、空調(diào)等領(lǐng)域應(yīng)用更廣泛。換熱器能夠充分利用工業(yè)的二次能源，并且能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和節(jié)能。</p><p>　　換熱器的種類很多，根據(jù)不同的工業(yè)領(lǐng)域可以選用不同的換熱器，可以更大的發(fā)揮換熱器的傳遞熱量的作用?，F(xiàn)在由于人們追求換熱器重量輕、占地面積少、使用經(jīng)濟(jì)性高，從而推動(dòng)了緊湊式換熱表面的發(fā)展，所以緊湊式

12、換熱器在實(shí)際應(yīng)用中種類很多。管殼式的換熱器在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用很廣泛。除了工業(yè)中用到的主要換熱器種類，如緊湊式換熱器、管殼式換熱器、再生器和板式換熱器外，還有其他特殊的換熱器，如雙套管、熱管、螺旋式、板殼式、夾套式等。</p><p>　　換熱器根據(jù)傳遞過(guò)程分為：間接接觸式——直接傳遞式、蓄熱式、流化床等。</p><p>　　直接接觸式——冷卻塔。</p><p>

13、　　根據(jù)流動(dòng)形式分為：并流、逆流、錯(cuò)流。</p><p>　　根據(jù)分成情況分類：?jiǎn)纬虛Q熱器、多程換熱器、</p><p>　　根據(jù)流體的相態(tài)分類：氣-液換熱器、液-液換熱器、氣-氣換熱器。</p><p>　　根據(jù)傳熱機(jī)理分類：冷凝器、蒸發(fā)器</p><p>　　1.2常見(jiàn)換熱器原理及特點(diǎn)</p><p>　　各種換熱

14、器的作用、工作原理、結(jié)構(gòu)以及其中工作的流體種類、數(shù)量等差別很大，因此幾種常見(jiàn)換熱器的構(gòu)造和原理如下：</p><p>　　■ 板式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　板式換熱器由高效傳熱波紋板片及框架組成。板片由螺栓夾緊在固定壓緊板及活動(dòng)壓緊板之間，在換熱器內(nèi)部就構(gòu)成了許多流道，板與板之間用橡膠密封。壓緊板上有本設(shè)備與外部連接的接管。板片用優(yōu)質(zhì)耐腐蝕金屬薄板壓制而成，四角沖有供介

15、質(zhì)進(jìn)出的角孔，上下有掛孔。人字形波紋能增加對(duì)流體的擾動(dòng)，使流體在低速下能達(dá)到湍流狀態(tài)，獲得高的傳熱效果。并采用特殊結(jié)構(gòu)，保證兩種流體介質(zhì)不會(huì)串漏。</p><p>　　■螺旋板式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設(shè)備,適用汽－汽、汽－液、液－液，對(duì)液傳熱。它適用于化學(xué)、石油、溶劑、醫(yī)藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按 結(jié)構(gòu)形式可分為

16、不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋 板式換熱器。</p><p>　　■ 列管式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　列管式換熱器（又名列管式冷凝器），按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1～500m2，可根據(jù)用戶需要定制。</

17、p><p>　　■ 管殼式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　管殼式換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備。廣泛應(yīng)用于化工、石油、石油化工、電力、輕工、冶金、原子能、造船、航空、供熱等工業(yè)部門中。特別是在石油煉制和化學(xué)加工裝置中，占有極其重要的地位。</p><p>　　■ 容積式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　自動(dòng)控溫節(jié)能

18、型容積式熱交換器，它充分利用蒸汽能源、高效、節(jié)能，是一種新型熱水器。普通熱水器一般需要配置水水熱交換器來(lái)降低蒸汽凝結(jié)水溫度以便回用。而節(jié)能型熱交換器凝結(jié)水出水溫度在45℃左右，或直接回鍋爐房重復(fù)使用。這樣減少了設(shè)備投資，節(jié)約熱交換器機(jī)房面積，從而降低基建造價(jià)，因此節(jié)能型容積式熱交換器深受廣大設(shè)計(jì)、用戶單位歡迎。　　 鋼襯銅熱交換器比不銹鋼熱交換器經(jīng)濟(jì)，并且技術(shù)上有保證。它利用了鋼的強(qiáng)度和銅的耐腐蝕性，即保證熱交換器能承受一定工作壓力，

19、又使熱交換器出水質(zhì)量好。鋼殼內(nèi)襯銅的厚度一般為1.0mm。鋼襯銅熱交換器必須防止在罐內(nèi)形成部分真空，因此產(chǎn)品出廠時(shí)均設(shè)有防真空閥。此閥除非定期檢修是絕對(duì)不能取消的。部分真空的形成原因可能是排出不當(dāng)，低水位時(shí)從熱交換器，或者排水系統(tǒng)不良。水錘或突然的壓力降也是造成壓負(fù)的原因。</p><p>　　■ 浮頭式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　浮頭式換熱器其一端管板與殼體固定，而另一

20、端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。殼體和管束對(duì)熱膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束與殼體之間不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，而且要求殼程與管程都要進(jìn)行清洗的工況。</p><p>　　■ 管式換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　DLG型列管式換熱器利用熱傳導(dǎo)和

21、熱輻射的原理，煙道氣通過(guò)管程與逆流通過(guò)殼程的空氣進(jìn)行能量交換，從而達(dá)到輸出潔凈熱空氣的目的。該換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，列管采用耐高溫的薄壁波紋管，增加發(fā)傳熱面積和換熱效率。廣泛應(yīng)用于化工、制藥、輕工等行業(yè)廢氣余熱利用和空氣加熱。</p><p>　　■熱管換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　熱管是一種高效傳熱元件，其導(dǎo)熱能力比金屬高幾百倍至數(shù)千倍。熱管還具有均溫特性好、熱流密度

22、可調(diào)、傳熱方向可逆等特性。用它組成熱管換熱器不僅具有熱管固有的傳熱量大、溫差小、重量輕體積小、熱響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，而且還具有安裝方便、維修簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、阻力損失小、進(jìn)、排風(fēng)流道便于分隔、互不滲漏等特點(diǎn)。 熱管是由內(nèi)壁加工有槽道的兩端密封的鋁（軋）翅片管經(jīng)清洗并抽成高真空后注入最佳液態(tài)工質(zhì)而成，隨注入液態(tài)工質(zhì)的成分和比例不同，分為KLS低溫?zé)峁軗Q熱器、GRSC-A中溫?zé)峁軗Q熱器、GRSC-B高溫?zé)峁軗Q熱器。熱管一端受熱時(shí)管內(nèi)工質(zhì)

23、汽化，從熱源吸收汽化熱，汽化后蒸汽向另一端流動(dòng)并遇冷凝結(jié)向散熱區(qū)放出潛熱。冷凝液借毛細(xì)力和重力的作用回流，繼續(xù)受熱汽化，這樣往復(fù)循環(huán)將大量熱量從加熱區(qū)傳遞到散熱區(qū)。熱管內(nèi)熱量傳遞是通過(guò)工質(zhì)的相變過(guò)程進(jìn)行的。將熱管元件按一定行列間距布置，成束裝在框架的殼體內(nèi)，用中間隔板將熱管的加熱段和散熱段隔開(kāi)，構(gòu)成熱管換熱器。</p><p>　　■ 汽水換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　該

24、換熱器是在板式換熱器的基礎(chǔ)上加裝降溫與降壓器而組成的，利用調(diào)節(jié)器對(duì)高蒸汽或高溫水進(jìn)行一級(jí)換熱使之降之150℃以下。進(jìn)入板式換熱器進(jìn)行換熱，適用于高溫蒸汽及高溫水(150℃以上)。這種裝置集板式換熱器同時(shí)具有降溫與降壓器的優(yōu)點(diǎn)。使換熱器更加充分地進(jìn)行熱量交換。</p><p>　　■ 空氣換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　加熱爐窯為了降低能耗，在煙道中設(shè)置空氣換熱器，以回收煙氣中

25、的大量余熱，達(dá)到節(jié)約燃料、降低生產(chǎn)成本，提高燃燒溫度、增加爐子的產(chǎn)量?？諝鈸Q熱器是余熱利用的理想設(shè)備，在軋鋼加熱爐、熱處理爐、煅造加熱爐等各種工業(yè)爐窯上得到廣泛應(yīng)用。爐用空氣換熱器的種類很多， 目前國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)采用的是金屬換熱器，空氣換熱器是利用爐窯排出的尾氣熱量將空氣預(yù)熱至一定的溫度后返回爐內(nèi)助燃或用于其它設(shè)備。金屬換熱器具有體積小、熱交換效率高、嚴(yán)密性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。</p><p>　　■ 波紋管換熱

26、器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　產(chǎn)品特點(diǎn)一種新型的強(qiáng)化傳熱節(jié)能型高效換熱設(shè)備，在傳統(tǒng)列管式換熱器的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)化傳熱技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)各類換熱器的重大突破。公稱通徑DN325～2000mm；公稱壓力P0.6～.4Mpa；換熱管規(guī)格Ф19,Ф25,Ф32,Ф42.壁厚0.5～1.0；工作介質(zhì)水－水、汽－水、油－水、油－油等多種換熱介質(zhì)?？倐鳠嵯禂?shù)水－水K＝2000～3500w/㎡；汽－水K＝2500～400

27、0w/㎡；其它介質(zhì)視介質(zhì)物理性能及工況而定。優(yōu)性能傳熱效率高，防腐能力好，不污、不堵、不易結(jié)垢，無(wú)需維護(hù)，密封可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，占地少，節(jié)省投資。</p><p>　　■石墨換熱器的構(gòu)造原理、特點(diǎn)：</p><p>　　圓塊孔式石墨換熱器由柱形不滲透性石墨換熱塊、石墨上下蓋和其間的氟氧橡膠（或柔性石墨）O型圈及金屬外殼、壓蓋等組裝而成。是目前較先進(jìn)、性能較優(yōu)越的一種石墨換熱器。圓柱形石墨換熱

28、塊有較高的結(jié)果強(qiáng)度，并易與解決密封問(wèn)題；在密封中采用氟橡膠（或柔性石墨）O型圈密封介質(zhì)，加裝壓力彈簧作為熱脹冷縮的自動(dòng)補(bǔ)償，以起到密封保持作用；采用短通道提高紊流程度使設(shè)備結(jié)構(gòu)度高、耐溫耐壓性能強(qiáng)、抗熱沖擊性能好、體積利用率高、傳熱效果好并便于裝拆檢修。設(shè)備縱向孔走腐蝕性介質(zhì)，橫向孔走非腐蝕性介質(zhì)。</p><p>　　間壁式換熱器的類型包括板式換熱器，夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，

29、管殼式換熱器。</p><p>　　板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊，組裝方便，占地面積小，傳熱系數(shù)的熱交換設(shè)備。當(dāng)雷諾數(shù)為200時(shí)，就能達(dá)到湍流狀態(tài)，熱系數(shù)可達(dá)4000-7000W/M2℃，是同等流速的管殼式換熱器的3至5倍。設(shè)計(jì)上是軟硬結(jié)合的熱混合的設(shè)計(jì)技術(shù)，不同的波紋面的孿生軟硬板，根據(jù)不同的要求，可以組合不同的阻力的流道，從而使傳熱達(dá)到最優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)合理化。其最大的缺點(diǎn)由于組合件是有橡膠密封，承壓有極限，不

30、能應(yīng)用相高壓的環(huán)境中。由于板片之間交叉成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，要求其運(yùn)行的介質(zhì)分子的顆粒要有一定的范圍，不然很容易堵塞，由于獨(dú)特的組合形式，泄露時(shí)維修極其方便，更換配件簡(jiǎn)單，所以大多行業(yè)用量較大，例如集中供熱行業(yè)、輕工、石油、化工食品等多個(gè)行業(yè)。</p><p>　　管殼式換熱器是一種設(shè)計(jì)復(fù)雜制造工藝繁瑣的換熱設(shè)備，在壓力容器的制造過(guò)程中，必須遵守相應(yīng)的章程和制度，管板的厚度，殼體的厚度都得符合GB6654-1996和GB7

31、13-1997的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T4237-2007的水平，換熱管的設(shè)計(jì)也要根據(jù)腐蝕程度，抗壓能力上做嚴(yán)格的選擇。其在運(yùn)行的過(guò)程中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流2種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小管式換熱器在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫

32、差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。管式換熱器當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化（沸騰或冷凝）時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收汽化熱，流體本身的溫度并無(wú)變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無(wú)關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。管</p><p>

33、;　　換熱器技術(shù)的發(fā)展前景， 換熱器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性起著舉足輕重的作用因此開(kāi)發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個(gè)重要方向。因此,幾十年來(lái),高效換熱器的開(kāi)發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題,國(guó)內(nèi)外先后推出了一系列新型高效換熱器。新型高效換熱器簡(jiǎn)介1 氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器2 焊接式板式換熱器3 螺旋折流板換熱器4 新型麻花管換熱器

34、Hitan..繞絲花環(huán)換熱器 </p><p>　　而在我國(guó)換熱器的制造技術(shù)遠(yuǎn)落后于外國(guó)，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 </p><p>　　在國(guó)外二十世紀(jì)2

35、0年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的

36、換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強(qiáng)化傳熱。70年代中期，為了進(jìn)一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科

37、學(xué)的辦法來(lái)增強(qiáng)換熱器內(nèi)的傳熱。</p><p>　　70年代的世界能源危機(jī)，有力促進(jìn)了換熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開(kāi)發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效換熱設(shè)備。所以這些年來(lái)，換熱器的開(kāi)發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD（計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)）、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)等形成一個(gè)高技術(shù)體系。所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強(qiáng)化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的

38、傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個(gè)原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。</p><p>　　因此最近十幾年來(lái)，強(qiáng)化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過(guò)程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過(guò)強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率[3]。</p><p><b>　　換熱器的研究目的</b></p><p

39、>　　任何一種石油、化工產(chǎn)品，都是人們利用一定的生產(chǎn)技術(shù)和按照特定的工藝要求，將原料經(jīng)過(guò)一系列的物理或化學(xué)加工處理得到的。在生產(chǎn)實(shí)踐中，要實(shí)現(xiàn)某種化工生產(chǎn)就需要有相應(yīng)的機(jī)器和設(shè)備。</p><p>　　石油化學(xué)等過(guò)程工業(yè)的絕大數(shù)生產(chǎn)過(guò)程都是在化工設(shè)備這一特定空間內(nèi)進(jìn)行的。化工容器及設(shè)備是為生產(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)的，它必須在規(guī)定的工藝條件下，在單位時(shí)間內(nèi)，盡可能利用最少的資源，最小的空間生產(chǎn)最多的產(chǎn)品，而且在經(jīng)濟(jì)上

40、也是最為合理的。他們的性能，對(duì)整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、生產(chǎn)能力、消耗定額以及“三廢”治理和環(huán)境保護(hù)等方面都有重大影響。</p><p>　　隨著石油化工裝置的大型化和高參數(shù)化，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新型、高效、節(jié)能的化工設(shè)備，對(duì)石油化工生產(chǎn)具有非常重大的意義[4]。 </p><p>　　[參考文獻(xiàn)] [1] 曹偉.國(guó)外新型換熱器技術(shù)[J].機(jī)電設(shè)備,200

41、0,(2):46~47.</p><p>　　[2] 方書起,祝春進(jìn),等.強(qiáng)化傳熱技術(shù)與新型高效換熱器研究進(jìn)展[J].化工機(jī)械,2004,(31)4.</p><p>　　[3] 馬曉馳.國(guó)內(nèi)外新型高效換熱器[J].化工進(jìn)展,2001,(20)1. </p><p>　　[4] 矯明,徐宏,等.新型高效換熱器發(fā)展現(xiàn)狀及研究方向[J].化

42、工設(shè)計(jì)通訊,2007,(33)3.</p><p>　　[ 5] 宋亞非,姜麗,沈占軍各種換熱器的原理及應(yīng)用[ J] 2010.1</p><p>　　二．化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目：</b></p><p><b>　　乙二醇冷卻器設(shè)計(jì)</b></p&g

43、t;<p><b>　　二． 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　1處理能力：50萬(wàn)噸乙二醇/年</p><p>　　2、設(shè)備型式：管殼式換熱器</p><p><b>　　3. 、操作條件：</b></p><p>　　1、苯：入口溫度120℃，出口溫度105℃, 操作壓力0.

44、6MPa</p><p>　　2、冷卻介質(zhì)：甲苯，入口溫度25℃， 出口溫度60℃,操作壓力0.3MPa</p><p>　　3、允許壓強(qiáng)降不大于50kPa。</p><p>　　4、每年按330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1

45、，完成換熱器工藝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　　2、繪制設(shè)備條件圖；</p><p>　　3. 編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。</p><p><b>　　四 、設(shè)計(jì)工作量</b></p><p>　　說(shuō)明書總頁(yè)數(shù)不少于25-30頁(yè)</p><p>　　五、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容</p>&l

46、t;p><b>　　1、目錄</b></p><p>　　2、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)（任務(wù)書）</p><p>　　3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器型式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇</p><p>　　4、換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算（物料衡算、熱量衡算、換熱器型號(hào)、殼體直徑等）</p><p>　　5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要（主要設(shè)備尺寸、衡算

47、結(jié)果等）；</p><p>　　6、主體設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明</p><p>　　7、主要零件的強(qiáng)度計(jì)算（選作）</p><p>　　8、附屬設(shè)備的選擇（選作）</p><p><b>　　9、參考文獻(xiàn)；</b></p><p><b>　　10、后記及其它</b></p&g

48、t;<p><b>　　三.設(shè)計(jì)概述</b></p><p>　　1換熱器的概念及意義</p><p>　　在化工生產(chǎn)中為了實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞過(guò)程需要一種傳熱設(shè)備。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過(guò)程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來(lái)進(jìn)行這些熱傳遞過(guò)程的設(shè)備，通過(guò)這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流

49、體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動(dòng)力，原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，對(duì)于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。任何化工生產(chǎn)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，它在生產(chǎn)中都占有主導(dǎo)地位。</p><p>　　【表】換熱器設(shè)計(jì)要求</p>

50、<p>　　2、管殼式換熱器的簡(jiǎn)介</p><p>　　管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它包括:固定管板式換熱器、U 型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。管

51、箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。</p><p><b>　　1）工作原理：</b></p><p>　　管殼式換熱器和螺旋板式換熱器、板式換熱器一樣屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過(guò)兩不同溫度的流體時(shí)，溫度較高的流體通過(guò)換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體

52、被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。</p><p><b>　　2）主要技術(shù)特性：</b></p><p>　　一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性：</p><p>　　1、耐高溫高壓，堅(jiān)固可靠耐用；</p><p>　　2、制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術(shù)成熟；&l

53、t;/p><p>　　3、選材廣泛，適用范圍大。</p><p>　　四．換熱器結(jié)構(gòu)和類型</p><p><b>　　一. 夾套式換熱器</b></p><p><b>　　三.套管式換熱器</b></p><p>　　套管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，內(nèi)管能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需

54、要增減，適當(dāng)選擇兩管的管徑，兩流體皆可獲得適宜的流速，且兩流體可作嚴(yán)格逆流。其缺點(diǎn)是管間接頭較多，接頭處易泄漏，單位換熱器體積具有的傳熱面積較小。故適用于流量不大、傳熱面積要求不大但壓強(qiáng)要求較高的場(chǎng)合。</p><p><b>　　四.管殼式換熱器</b></p><p><b>　　1.固定管板式</b></p><p>

55、;　　體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。但這種補(bǔ)償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大（大于70℃）的場(chǎng)合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強(qiáng)不宜超過(guò)6at。</p><p>　　為更好地解決熱應(yīng)力問(wèn)題，在固定管板式的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了浮頭式和U型管式列管換熱器。</p><p><b>　　2.浮頭式</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)如圖所示。其特點(diǎn)是有一

56、端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體連接，整個(gè)管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。浮頭式換熱式應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。</p><p><b>　　3.U型管式</b></p><p>　　如圖所示，U型管式換熱器每根管子都彎成U型，管子的進(jìn)出口均安裝在同一管板上。封頭內(nèi)用隔板分成兩室。這

57、樣，管子可以自由伸縮，與殼體無(wú)關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)適用于高溫和高壓場(chǎng)合，其主要不足之處是管內(nèi)清洗不易，制造困難。</p><p>　　五．管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用</p><p>　　一.管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用要考慮的問(wèn)題</p><p>　?。ㄒ唬├洌瑹崃黧w流動(dòng)的通道的選擇</p><p>　?。ǘ┝鲃?dòng)方式的選擇</p>&

58、lt;p>　　（三）換熱管規(guī)格和排列的選擇</p><p><b>　?。ㄋ模┱哿鲹醢?lt;/b></p><p>　　二.管殼式換熱器的給熱系數(shù)</p><p>　　三.流體通過(guò)換熱器的阻力損失</p><p><b>　　3 其它類型換熱器</b></p><p>&l

59、t;b>　　一.各種板式換熱器</b></p><p><b>　　1.螺旋板式換熱器</b></p><p>　　兩板間的距離由預(yù)先焊在板上的定距撐控制，相鄰板間的距離為5～25mm。常用材料為碳鋼和不銹鋼。</p><p>　　螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　?、賯鳠嵯禂?shù)高：螺旋流道中的流

60、體由于離心慣性力的作用，在較低雷諾數(shù)下即可達(dá)到湍流（一般在Re=1400～1800時(shí)即為湍流），并且允許采用較高流速（液體2m/s，氣體20m/s），所以傳熱系數(shù)較大。如水與水之間的換熱，其傳熱系數(shù)可達(dá)2000～3000W/(m2·℃），而列管式換熱器一般為1000～2000W/(m2·℃）。</p><p>　　②不易結(jié)垢和堵塞：由于對(duì)每種流體流動(dòng)都是單通道，流體的速度較高，又有離心慣性力的

61、作用，湍流程度高，流體中懸浮的顆粒不易沉積，故螺旋板換熱器不易結(jié)垢和堵塞，宜處理懸浮液及粘度較大的流體。</p><p>　　③能利用低溫?zé)嵩矗河捎诹黧w流動(dòng)的流道長(zhǎng)和兩流體可完全逆流，故可在較小的溫差下操作，充分回收低溫?zé)嵩?。?jù)有的資料介紹，若流體出口端熱、冷流體溫差可小至3℃。</p><p>　　④結(jié)構(gòu)緊湊：?jiǎn)挝惑w積的傳熱面積約為列管式的3倍。</p><p>

62、　　螺旋板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：</p><p>　　①操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高：目前最高操作壓強(qiáng)不超過(guò)20at，溫度在400℃以下。</p><p>　?、诓灰讬z修：因常用的螺旋板換熱器被焊成一體，一旦損壞，修理很困難。</p><p><b>　　2.平板式換熱器</b></p><p>　　平板式換熱器（通常為板式換

63、熱器）主要由一組沖壓出一定凹凸波紋的長(zhǎng)方形薄金屬板平行排列，以密封及夾緊裝置組裝于支架上構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后可以達(dá)到對(duì)外密封的目的。操作時(shí)要求板間通道冷、熱流體相間流動(dòng)，即一個(gè)通道走熱流體，其兩側(cè)緊鄰的流道走冷流體。為此，每塊板的四個(gè)角上個(gè)各開(kāi)一個(gè)圓孔。通過(guò)圓孔外設(shè)置或不設(shè)直圓環(huán)形墊片可使每個(gè)板間通道只同兩個(gè)孔相連。板式換熱器的組裝流程如圖（a）所示。由圖可見(jiàn)，引入的流體可并聯(lián)流入一組板間通道，而組與組間又為串聯(lián)機(jī)構(gòu)。

64、換熱板的結(jié)構(gòu)如圖（b）所示。板上的凹凸波紋可增大流體的湍流程度，亦可增加板的剛性。波紋的形式有多種，圖（b）所示的是人字形波紋板。</p><p>　　板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　①傳熱系數(shù)高：因板面上有波紋，在低雷諾數(shù)（Re=200左右）下即可達(dá)到湍流，而且板片厚度又小，故傳熱系數(shù)大。熱水與冷水間換熱的傳熱系數(shù)可達(dá)1500～4700W/(m2·℃）。</p&

65、gt;<p>　?、诮Y(jié)構(gòu)緊湊：一般板間距為4～6mm，單位體積設(shè)備可提供的傳熱面積為250～1000m2/m3（列管換熱器只有40～150m2/m3）。</p><p>　　③具有可拆結(jié)構(gòu)：可根據(jù)需要，用調(diào)節(jié)板片數(shù)目的方法增減傳熱面積。故檢修、清洗都比較方便。</p><p>　　板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：</p><p>　?、俨僮鲏簭?qiáng)和溫度不太高：壓

66、強(qiáng)過(guò)高容易泄漏，操作壓強(qiáng)不宜超過(guò)20at。操作溫度受墊片材料耐熱性能限制，一般不超過(guò)250℃。</p><p>　?、谔幚砹啃。阂虬彘g距離僅幾毫米，流速又不大，故處理量較小。</p><p><b>　　3.板翅式換熱器</b></p><p>　　板翅式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器，應(yīng)用甚廣。板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但其基本結(jié)

67、構(gòu)元件相同，即在兩塊平行的薄金屬板之間，夾入波紋狀或其它形狀的金屬翅片，并將兩側(cè)面封死，即構(gòu)成一個(gè)換熱基</p><p>　　數(shù)為115～1750W/(m2·℃）。冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面，而且大部分通過(guò)翅片傳熱（二次傳熱面），因此提高了傳熱效果。</p><p>　?、诮Y(jié)構(gòu)緊湊：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備提供的傳熱面積一般能達(dá)到2500～4300m2/m3。</p>

68、<p>　?、圯p巧牢固：通常用鋁合金制造，板重量輕。在相同的傳熱面積下，其重量約為列管式換熱器的1/10。波形翅片不單是傳熱面，亦是兩板間的支撐，故其強(qiáng)度很高。</p><p>　?、苓m應(yīng)性強(qiáng)、操作范圍廣：因鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，且在0℃以下操作時(shí)，其延伸性和抗拉強(qiáng)度都較高，適用于低溫及超低溫的場(chǎng)合，故操作范圍廣。此外，既可用于兩種流體的熱交換，還可用于多種不同介質(zhì)在同一設(shè)備內(nèi)的換熱，故適應(yīng)性強(qiáng)。<

69、;/p><p>　　板翅式換熱器的缺點(diǎn)是：</p><p>　?、僭O(shè)備流道很小，易堵塞，且清洗和檢修困難，所以，物料應(yīng)潔凈或預(yù)先凈制。</p><p>　?、谝蚋舭搴统崞加杀′X片制成，故要求介質(zhì)對(duì)鋁不腐蝕。</p><p><b>　　二.強(qiáng)化管式換熱器</b></p><p><b>　

70、　1.翅片管</b></p><p>　　翅片管換熱器是在管的表面加裝翅片制成。常用的翅片有橫向和縱向兩類，圖所示的是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的幾種翅片形式。</p><p>　　翅片與管表面的連接應(yīng)緊密，否則連接處的接觸熱阻很大，影響傳熱效果。常用的連接方法有加套、鑲鉗、張力纏繞和焊接等方法。此外，翅片管也可采用整體軋制、整體鑄造和機(jī)械加工等方法制造。</p><p

71、><b>　　2.熱管</b></p><p>　　熱管是60年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型傳熱元件。它是在一根抽除不凝性氣體的密閉金屬管內(nèi)充以一定量的某種工作液體構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。工作液體因在熱端吸收熱量而沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷端放出潛熱。冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復(fù)循環(huán)，熱量不斷從熱端傳至冷端。冷凝液的回流可以通過(guò)不同的方法（如毛細(xì)管作用、重力等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前常用的方

72、法是將具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的吸液芯裝在管的內(nèi)壁上，利用毛細(xì)管的作用使冷凝液由冷端回流至熱端。熱管工作液體可以是氨、水、丙酮、汞等。采用不同液體介質(zhì)有不同的工作溫度范圍。</p><p>　　熱管傳導(dǎo)熱量的能力很強(qiáng)，為最優(yōu)導(dǎo)熱性能金屬的導(dǎo)熱能力的103～104倍。因充分利用了沸騰及冷凝時(shí)給熱系數(shù)大的特點(diǎn)，通過(guò)管外翅片增大傳熱面，且巧妙地把管內(nèi)、外流體間的傳熱轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚?cè)管外的傳熱，使熱管成為高效而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少的傳熱設(shè)備。

73、目前，熱管換熱器已被廣泛應(yīng)</p><p>　　七.管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的計(jì)算步驟</p><p>　　設(shè)有流量為mh的熱流體，需從溫度T1冷卻至T2，可用的冷卻介質(zhì)入口溫度t1，出口溫度選定為t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量Q和逆流操作的平均推動(dòng)力。根據(jù)傳熱速率基本方程：</p><p>　　當(dāng)Q和已知時(shí)，要求取傳熱面積A必須知K和則是由傳熱面積A的大小

74、和換熱器結(jié)構(gòu)決定的?？梢?jiàn)，在冷、熱流體的流量及進(jìn)、出口溫度皆已知的條件下，選用或設(shè)計(jì)換熱器必須通過(guò)試差計(jì)算，按以下步驟進(jìn)行。</p><p>　　初選換熱器的規(guī)格尺寸</p><p>　　初步選定換熱器的流動(dòng)方式，保證溫差修正系數(shù)大于0.8，否則應(yīng)改變流動(dòng)方式，重新計(jì)算。計(jì)算熱流量Q及平均傳熱溫差△tm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A</p><p>　

75、　選取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長(zhǎng)度及排列。</p><p>　　計(jì)算管、殼程阻力在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了換熱器主要尺寸的基礎(chǔ)上，就可以計(jì)算管、殼程流速和阻力，看是否合理?；蛘呦冗x定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計(jì)算壓力降是否合理。這時(shí)NP與B是可以調(diào)整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進(jìn)行計(jì)算，直到合理為止。</p><p>　　

76、核算總傳熱系數(shù)　　分別計(jì)算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計(jì)，并與估算時(shí)所取用的傳熱系數(shù)K估進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。</p><p>　　計(jì)算傳熱面積并求裕度</p><p>　　根據(jù)計(jì)算的K計(jì)值、熱流量Q及平均溫度差△tm，由總傳熱速率方程計(jì)算傳熱面積A0，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計(jì)的實(shí)際傳熱面積AP大于A020%左右為宜。即裕度為20%左右，裕度的計(jì)算式為：&

77、lt;/p><p>　　某有機(jī)合成廠的乙二醇車間在節(jié)能改造中，為回收系統(tǒng)內(nèi)第一萃取塔釜液的熱量，用其釜液將原料液從25℃預(yù)熱至60℃，原料液及釜液均為乙二醇，甲苯溶液，其操作條件列表如下：</p><p>　　表4-18　　設(shè)計(jì)條件數(shù)據(jù)</p><p>　　試設(shè)計(jì)選擇適宜的管殼式換熱器。</p><p><b>　　解：</b&g

78、t;</p><p><b>　?。?） 傳熱量Q</b></p><p><b>　　a. 傳熱量Q</b></p><p>　　以原料液為基準(zhǔn)亦計(jì)入5%的熱損失，按以下步驟求得傳熱量Q。</p><p>　　平均溫度tm=（105+120）/2=112.5℃</p><p&g

79、t;　　分別查得乙二醇、甲苯的物性為：</p><p>　　以上表中混合物的各物性分別由下式求得：</p><p>　　所需傳遞的熱流量：　　　　　　　　　　　Q=M.CP.T=63131×2.93×(120-105)=770.73Kw </p><p>　　（2） 換熱器殼程數(shù)及流程</p><p>　　a. 換熱器的

80、殼程數(shù)</p><p>　　對(duì)于無(wú)相變的多管程的換熱器殼程數(shù)的確定，是由工藝條件，即冷、熱物流進(jìn)出口溫度，按逆流流動(dòng)給出傳熱溫差分布圖如圖4-71所示，采用圖解方法確定殼程數(shù)。</p><p>　　圖1 圖解殼程數(shù)Ns </p><p>　　如圖 1可見(jiàn)，所用水平線數(shù)為2，故選取該換熱器的殼程為2。其處理辦法，或在一殼體內(nèi)加隔板或選用兩個(gè)單殼程的換熱器，顯然后者比較

81、方便。故選用兩臺(tái)相同的換熱器。</p><p><b>　　b. 流程規(guī)定</b></p><p>　　冷、熱流體的物性及流量均相近。為減少熱損失，先選擇熱流體（釜液）走管程，冷流體（原料液）走殼程如圖4-72所示。</p><p><b>　　流程示意圖</b></p><p>　　（3） 估算傳

82、熱面積A</p><p><b>　　傳熱溫差</b></p><p><b>　　窗體頂端</b></p><p>　　前面已提供了釜液及原料液進(jìn)出口溫度，于是可得：　　　　　　　　</p><p>　　=[(120-60)-(105-25)]/ln（120-60/105-25）　　　　　　　　

83、　?。?9.52℃　　在列管式換熱器中由于加折流板或多管程，冷、熱兩流體并非純逆流，以上應(yīng)加以校正，其校正系數(shù)按以下步驟求得：</p><p>　　R=T1-T2/t2-t1=120-105/60-25=0.401　　　　　　　</p><p>　　P=t2-t1/T1-t1=0.368　　由R、P及殼程數(shù) 查圖4-8(2)得：=0.97，于是得傳熱溫差校正值為：　　　　　　　　0.9

84、7×69052=67.52℃　　b.傳熱面積A　　根據(jù)冷、熱流體在換熱器中有無(wú)相變化及其物性等，選取傳熱系數(shù)K=300W/㎡℃，于是可求所需傳熱面積A為：　　　　　　　　0.77×107/300×67052=38.06㎡</p><p><b>　　窗體底端</b></p><p>　　（4） 換熱器選型　　根據(jù)傳熱溫差

85、的大小，傳熱介質(zhì)的性質(zhì)以及結(jié)垢、清洗要求等條件選擇適宜的換熱器，為保證傳熱時(shí)流體適宜流動(dòng)狀態(tài)，還需估算管程數(shù)。 　　管程熱流體（釜液）體積流量　　　　　　　　63131/1020=4.776m3/s</p><p>　　選用規(guī)格鋼管，設(shè)管內(nèi)的流速1.0m/s，則：?jiǎn)喂艹趟韫茏痈鶖?shù)n：　　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>　　=4×0.172/(3.14&#

86、215;0.02×0.02×1.0)=38　　設(shè)單臺(tái)換熱器的傳熱面積為，則單臺(tái)傳熱面積為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　L=38.06/(2×38×3.14×0.025)=6.396m　　選取管束長(zhǎng)l＝4.5m，則管程數(shù)為　　　　　　　　43.2/4.5=1.42　　故應(yīng)選取管程數(shù)為2。根據(jù)以上確定的條件，按列管換熱器標(biāo)準(zhǔn)系列，初步選取型號(hào)為G800-II-

87、16-225固定管板式換熱器兩臺(tái)，其主要性能參數(shù)如下：　　　　殼體內(nèi)徑　　　600mm　　　　公稱直徑　　　600mm　　　　公稱壓力　　　1.6MPa　　　　公稱面積　　　55m2　　　　計(jì)算面積　　　56m2　　　　管程數(shù)　　　　2　　　　管長(zhǎng)　　　　　4500mm　　　　管子規(guī)格　　　　　　　排列方式　　　　　　　管間距　　　　32mm　　　　管數(shù) 　　　　188根　　　　折流板數(shù)　　　18　　　　殼程

88、數(shù) 　　?。薄　。?）換熱器的核算　　　按以上數(shù)據(jù)可分別求出管程和殼程流體流速及雷諾數(shù)　　　管程：流通截面積　　　　　　　　</p><p>　　=188/2×3.14/4×0.02×0.02=0.029㎡　　式中　n為總管數(shù)?！　」軆?nèi)流速　63131/3600×0.029×1020=0.593　　式中 －管程流速m/s；　　　　－釜液流速k

89、g/h；　　　?。浩骄芏?；　　管內(nèi)雷諾數(shù) Re=dup/u=0.02×0.593×1020/0.00024=53991　　式中 －管內(nèi)直徑，m；　　　　－釜液平均粘度， ；　　殼程：　　選折流板間距　B=300mm　　殼程流通截面積　　　　　　　　　　 </p><p>　　=0.3×0.6×(1-25/32)=0.434㎡</p>

90、<p>　　式中 －殼體內(nèi)徑，m；　　　　?。芡鈴?，m；　　　　　t－管間距，m。　　流速 </p><p>　　=45430/3600×0.434×84802=0.0343m/s　　式中 －殼程流速m/s；　　　　－原料液平均密度 　　　?。弦毫髀蔾g/h?！　‘?dāng)量直徑　　　　　　</p><p>　　=4×[1.732/

91、2×0.032×0.032-×0.025×0.025×0.785]/3.14×0.025</p><p>　　=0.02m　　雷諾數(shù)　　　　　　　　</p><p>　　=0.02×0.0343×848.2/0.495=11754.9</p><p>　　式中 －原料液平均粘度　

92、　從以上計(jì)算結(jié)果可知，兩流體在換熱器中流動(dòng)均能達(dá)到湍流，有利于傳熱?！　. 管、殼程壓力降　?、俟艹虊毫怠　∪」鼙诮^對(duì)粗糙度：E＝0.2mm　　　　　相對(duì)粗糙度：　　由前面計(jì)算已得Re=53991，故可查得直管壁摩擦系數(shù)0.06，于是得單管程壓力降為：　　　　　　　0.013×6×0.593×1020/0.02×2=4684.5Pa　　回彎壓降：　　　　　　　0.593&

93、#215;1020/2=907Pa　　式中 －阻力系數(shù)　　管程總壓力降：　　　　　　　　　　　校正系數(shù) 　　管程數(shù) 　　　串聯(lián)的殼程數(shù) （即串聯(lián)的換熱器數(shù)）　?、跉こ虊毫怠　」苁鴫航怠　　　　　　　　　∪切闻帕校篎=0.5　　殼程流體摩擦因數(shù)　　　　　　　　5.0×11754.9-0.228=0.427　　　　　　　</p><p>　　NTc=1.1×(n)

94、0.5=　1.1×(118)0.5=15.1　　折流板數(shù) 　　　　　　　　　P=0.5×0.427×15.1×19×0.5×0.343×848.2=3057.7Pa　　折流板缺口壓降：　　　　　　　　　 =13098.1MPa</p><p>　　殼程總壓力降：　　　　　　　　　　殼程壓力降結(jié)垢校

95、正系數(shù)　　殼程數(shù) 　　　　　(17451=8543.5)×1.152=37158.4Pa　　b. 總傳熱系數(shù)K　　① 管程傳熱膜系數(shù) 　　管內(nèi)雷諾數(shù) 　53991>10000　　普蘭特?cái)?shù) 　　</p><p>　　2.93×0.0013/0.265=1.44>0.6　　管長(zhǎng)與管內(nèi)徑比： 4500/0.02=200000>50　　式中 －釜液平均熱容 ℃）

96、；　　　　　－釜液平均導(dǎo)熱系數(shù) ℃）；　　　　　　　　　　</p><p>　　=0.023×0.265×533910.8×1.440.3/0.02　　　　　　　　　　　　=2.37.2W/(㎡.c)　?、诠芡鈧鳠崮は禂?shù)　　管外雷諾數(shù)　Re=11754.9　　　普蘭特?cái)?shù) 　</p><p>　　=1.745×0.495/0.132<

97、;/p><p>　　=6.54　　式中 －原料液平均熱容 ℃）；　　　　?。弦浩骄扯?；　　　　?。弦浩骄鶎?dǎo)熱系數(shù) ℃）　　　　　　　　</p><p>　　=0.36×0.132×539910.55×6.540.33/0.02　　　　　　　　　　=1769.1W/(㎡℃）　?、畚酃讣肮鼙跓嶙琛　」鼙趦?nèi)外側(cè)污垢熱阻均為 ℃／W　　鋼管

98、壁熱導(dǎo)率 ℃）　　管壁熱阻 ℃)／W　?、芸倐鳠嵯禂?shù)　　　　　</p><p>　　=1/5134.5=0.000026=0.000056×25/22.5+0.000013×25/22.5+1/1061×25/22.5</p><p>　　=3.83　　得 　　K0=262.3W/(㎡.C)　　式中　 －管外污垢 ℃／W；　　　　　　－管內(nèi)污垢

99、℃／W；　　　　　　b－管壁厚m；　　　　　　－管壁平均直徑m；　　傳熱面積 　　　　　　</p><p>　　=770700000/404.9×3600×38</p><p>　　=38.26　　所選換熱器實(shí)際傳熱面積：　　　　　　　2×38=56㎡　　換熱器傳熱面裕度：Ap-Ao/Ao=56-38/56=0.321 　　　　　　　　　由

100、校核可知，各項(xiàng)性能符合要求，換熱能力可滿足生產(chǎn)需求，所選換熱器可</p><p><b>　　八．經(jīng)驗(yàn)公式</b></p><p>　　1.管程對(duì)流傳熱系數(shù)，可用迪特斯和貝爾特關(guān)聯(lián)式：</p><p>　　2.殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，可用關(guān)聯(lián)式計(jì)算：</p><p>　　3.管程壓強(qiáng)降可用：</p><p&

101、gt;　　4.殼程壓強(qiáng)降可用埃索法：</p><p><b>　　九．設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p><p>　　通過(guò)本我對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)、性能都有了一定的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也掌握了一定的工藝計(jì)算方法。</p><p>　　換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，而且種類繁多，特點(diǎn)不一，因此，選擇合適的換熱器是相當(dāng)重要的。在本次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)進(jìn)行

102、換熱器的選擇和設(shè)計(jì)是要通過(guò)反復(fù)計(jì)算，對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行比較后，從中確定出比較合適的或最優(yōu)的設(shè)計(jì)，為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮很多方面的因素。</p><p>　　首先要滿足傳熱的要求，本次設(shè)計(jì)時(shí)，由于初選總傳熱系數(shù)不合適，使規(guī)定條件下的計(jì)算結(jié)果與初設(shè)值的比值不在要求范圍內(nèi)，因此，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，才選擇到合適的K值為300W/(㎡.C)，計(jì)算結(jié)果為262.3W/(㎡.C)，安全系數(shù)為12.67%，滿足要求。</p>

103、<p>　　其次，在滿足工藝條件的前提下選擇合適的換熱器類型，通過(guò)分析操作要求及計(jì)算，本次設(shè)計(jì)選用換熱器為上述計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　再次，從壓強(qiáng)降來(lái)看，管程約為4684.5Pa，殼程約為37158.4Pa，都低于要求值（50kPa），因此，可適當(dāng)加大流速，從而加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低污垢熱阻，然而，流速增加，流動(dòng)阻力也會(huì)隨之增大，動(dòng)力消耗就增多，因此，作出經(jīng)濟(jì)

104、衡算在確定流速時(shí)是相當(dāng)重要的。</p><p>　　此外，其他因素（如加熱和冷卻介質(zhì)用量，換熱器的檢修和操作等），在設(shè)計(jì)時(shí)也是不可忽略的。根據(jù)操作要求。</p><p>　　在檢修和操作方面，固定管板式換熱器由于兩端管板和殼體連接成一體，因此不便于清洗和檢修。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，在滿足傳熱要求的前提下，考慮了其他各項(xiàng)問(wèn)題，但它們之間是相互矛盾的。如：若

105、設(shè)計(jì)換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降（阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)或壓強(qiáng)降減小，但卻又受到換熱器所能允許的尺寸限制，且換熱器的造價(jià)也提高了。因此，只能綜合考慮來(lái)選擇相對(duì)合適的換熱器。</p><p>　　然而在本次設(shè)計(jì)中由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)有限，還是存在著很多問(wèn)題。比如在設(shè)計(jì)中未考慮對(duì)成本進(jìn)行核算，僅在滿足操作要求下進(jìn)行設(shè)計(jì)，在經(jīng)濟(jì)上是否合理還有待分析

106、。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)板式換熱器采用同一板片組成不同幾何尺寸和形狀的流道（非對(duì)稱流道）解決了兩側(cè)水流量不等的問(wèn)題，同時(shí)與對(duì)稱結(jié)構(gòu)相比具有相同的耐壓性和使用壽命?？傊ㄟ^(guò)本次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己需要繼</p><p>　　學(xué)習(xí)的知識(shí)還很多，我將會(huì)認(rèn)真請(qǐng)教老師，不斷提高自己的知識(shí)水平，擴(kuò)展自己的知識(shí)面。</p><p><b>　　十。 參考文獻(xiàn)</b></p>