化工流體傳熱課程設(shè)計(jì).doc

化工流體傳熱課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（一）設(shè)計(jì)題目：真空蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)鹵水分效預(yù)熱器設(shè)計(jì)（二）設(shè)計(jì)任務(wù)及條件1、蒸發(fā)系統(tǒng)流程及有關(guān)條件見(jiàn)附圖。2、系統(tǒng)生產(chǎn)能力： 30 萬(wàn)噸/年。3、有效生產(chǎn)時(shí)間：300天/年。4、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 第二效 效預(yù)熱器（組）第 二 臺(tái)預(yù)熱器的設(shè)計(jì)。5、鹵水分效預(yù)熱器采用單管程固定管板式列管換熱器，試根據(jù)附圖中鹵水預(yù)熱的溫度要求對(duì)預(yù)熱器（組）進(jìn)行設(shè)計(jì)。6、鹵水為易結(jié)垢工質(zhì)，鹵水流速不得低于0.5m/s。7、換熱管直徑選為383mm。8、鹵水物性參數(shù)隨溫度的變化，當(dāng)手冊(cè)查不到時(shí)，可按水的變化規(guī)律推算。（三）設(shè)計(jì)項(xiàng)目1、由物料衡算確定鹵水流量；2、假設(shè)K計(jì)算傳熱面積；3、確定預(yù)熱器的臺(tái)數(shù)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸；4、核算總傳熱系數(shù)；5、核算壓降；6、初步經(jīng)濟(jì)衡算；7、確定預(yù)熱器附件；8、設(shè)計(jì)評(píng)述。目錄（略）1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在一般化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11%。在煉油廠的常、減壓蒸餾裝置中，換熱器約占總投資的20%。今后換熱器的發(fā)展趨勢(shì)將是不斷增加緊湊性、互換性、不斷降低材料消耗，提高傳熱效率和各種比特性，提高操作和維護(hù)的便捷性。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。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、直接接觸式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。列管式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。列管式換熱器又稱管殼式換熱器。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。管殼式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。它的主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性較大。與其它品種換熱器比較,管殼式換熱器的最大缺點(diǎn)是傳熱效率低。例如,對(duì)于水一水換熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器K值范圍一般為11502230W/ ,而板式換熱器K值為15004700W/ ,螺旋板式為20003000W/ 。圖1. 列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)由于鹵水的蒸發(fā)器要求鹵水在沸點(diǎn)下進(jìn)入，而原料鹵水的溫度達(dá)不到要求，需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，這樣既能達(dá)到對(duì)原料的加熱作用，還能有效利用二次蒸汽的能量，達(dá)到對(duì)能源的有效利用，節(jié)約生產(chǎn)成本。目前工廠的設(shè)備投資，大約3040%是用于換熱器的投資，設(shè)計(jì)高效換熱器對(duì)生產(chǎn)有重要意義。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，設(shè)計(jì)一個(gè)列管式換熱器。2確定換熱器臺(tái)數(shù)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.1估算換熱器的臺(tái)數(shù)鹵水典型組成（g/L） 1.62 0.15 3.31 178.20 293.76鹵水下的物理性質(zhì)：密度（） 恒壓熱熔（） 黏度（） 導(dǎo)熱系數(shù)（） 系統(tǒng)生產(chǎn)能力：30萬(wàn)噸/年 有效生產(chǎn)時(shí)間：300天/年所以，每小時(shí)的處理量：第二效預(yù)熱器中鹵水的質(zhì)量流量所以第二效預(yù)熱器（組）的換熱任務(wù)為將的物料加熱到。殼程流體：加熱蒸汽，壓力 殼程流體物性 查附錄九（化工流體流動(dòng)與傳熱）飽和水蒸氣表 采用線性插值法： 同理 管程流體：鹵水，被加熱， 定性溫度 查化工流體流動(dòng)與傳熱附錄六下水的物性 下水的物性 密度 定壓熱熔 熱導(dǎo)率 黏度 已知鹵水下的物理性質(zhì)：密度（） 恒壓熱熔（） 黏度（） 導(dǎo)熱系數(shù)（） 按照水的物性變化規(guī)律推算鹵水：得到下鹵水的物性密度（） 恒壓熱熔（） 黏度（） 導(dǎo)熱系數(shù)（） 總傳熱量平均溫度差：管外為水蒸氣冷凝的管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)約為：所以需要的總傳熱面積，由于鹵水為易結(jié)垢工質(zhì)，鹵水流速不得低于0.5m/s，所以以流速0.5m/s進(jìn)行估算，所以計(jì)算得到，所以，根據(jù)換熱管的管長(zhǎng)規(guī)格，應(yīng)該要三臺(tái)換熱器才能完成預(yù)熱任務(wù)。在此分組設(shè)計(jì)中，本人分配的任務(wù)為第二臺(tái)換熱器，換熱任務(wù)為71到78。2.2.假設(shè)K計(jì)算傳熱面積2.2.1確定流體物性管程流體：鹵水，被加熱， 管程流體物性 定性溫度 查化工流體流動(dòng)與傳熱附錄六下水的物性 下水的物性 密度 定壓熱熔 熱導(dǎo)率 黏度 已知鹵水下的物理性質(zhì)：密度（） 恒壓熱熔（） 黏度（） 導(dǎo)熱系數(shù)（） 按照水的物性變化規(guī)律推算鹵水：得到下鹵水的物性密度（） 恒壓熱熔（） 黏度（） 導(dǎo)熱系數(shù)（） 2.2.2設(shè)定總傳熱系數(shù)估算換熱面積管外為加熱蒸汽處于比飽和溫度低的環(huán)境中，發(fā)生冷凝現(xiàn)象。蒸汽冷凝主要有膜狀冷凝和珠裝冷凝兩種方式：若凝液潤(rùn)濕表面，則會(huì)形成一層平滑的液膜，稱為膜狀冷凝；若凝液不潤(rùn)濕表面，則會(huì)在表面上雜亂無(wú)章地形成小液珠并沿壁面滑落，稱為珠狀冷凝。在珠狀冷凝過(guò)程中，壁面的大部分面積直接暴露在蒸汽中，在這些部位沒(méi)有液膜阻礙著熱流，故珠狀冷凝的傳熱系數(shù)可比膜狀冷凝高10倍左右。盡管如此，要保持珠狀冷凝是非常困難的。事實(shí)上，至今在工程上要實(shí)現(xiàn)珠狀冷凝在工程上是很難實(shí)現(xiàn)的，故進(jìn)行冷凝計(jì)算時(shí)，通常是將冷凝視為膜狀冷凝。管外冷凝系數(shù)一般較大，管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù) 管內(nèi)流速應(yīng)不小于，取為進(jìn)行估算 為湍流迪特斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式：查化工原理附錄20換熱管材料選為碳素鋼，熱傳導(dǎo)系數(shù) 估算總傳熱系數(shù) 平均溫度差 總換熱量：換熱面積：考慮15%的面積富裕度，2.3.換熱器的工藝尺寸2.3.1.換熱管的根數(shù)及殼體內(nèi)徑換熱管的系列標(biāo)準(zhǔn)：2m 3m 4.5m 6m選取換熱管的長(zhǎng)度為換熱管的數(shù)目：根（因?yàn)榭紤]了面積裕度）估算殼體內(nèi)徑D為殼體內(nèi)徑，；t為管中心距，；為位于管束中心線上的管數(shù)；管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取查化工流體流動(dòng)與傳熱表6-4換熱管外徑d/mm 10 14 19 25 32 38 45 57換熱管中心距t/mm 14 19 25 32 40 48 57 72所以， 按正三角形排列：管束中心線上的管數(shù)根取m所以，殼體內(nèi)徑為：=按照系列標(biāo)準(zhǔn)：計(jì)算得殼體內(nèi)徑應(yīng)圓整，即2.3.2換熱管的排列方式換熱管的尺寸和形狀對(duì)傳熱有很大影響，管徑越小，單位體積設(shè)備的傳熱面積就越大，這意味著設(shè)備越緊湊，體積則越小，對(duì)流傳熱系數(shù)較高。但制造麻煩，且小管易結(jié)垢，不易機(jī)械清洗。所以對(duì)清潔的流體小管子為宜，對(duì)粘度大或易結(jié)垢的液體管徑則可取大些。 管子在管板上的固定，原則是必須保證管子和管板連接牢固，不能在連接處產(chǎn)生泄漏，否則會(huì)給操作帶來(lái)嚴(yán)重故障。目前廣泛采用脹接法和焊接法，在高溫高壓時(shí)有時(shí)也采用脹接加焊接的方法，近來(lái)出現(xiàn)了一種爆炸脹管法。脹接法是用脹管器擠壓伸人管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)取出脹管器后，管板孔彈性收縮，管板和管子就會(huì)緊緊擠壓在一起，實(shí)現(xiàn)密封緊固。采用脹接時(shí)，管板硬度應(yīng)比管端高，這樣可免除在脹接時(shí)管板孔產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。脹接法一般多用于壓力低于3.923 Pa,溫度低于300的場(chǎng)合。如果溫度高，管子和管板會(huì)產(chǎn)生蠕變，脹接應(yīng)力松弛而引起連接處泄漏。所以對(duì)高壓、高溫、易燃易爆的流體，換熱管的緊固多采用焊接法。 當(dāng)溫度高于300或壓力高于3.923 Pa時(shí)，一般多采用焊接法。這樣可保證高溫高壓時(shí)連接的緊密性，同時(shí)焊接工藝較脹管工藝簡(jiǎn)便，管板孔加工要求低，且壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板，因此焊接法被廣泛采用。但焊接法由于焊接接頭處的熱應(yīng)力，可能會(huì)造成應(yīng)力腐蝕和破裂，同時(shí)管板孔與管子間存在間隙。換熱管在管板上可按等邊三角形、正方形直列和正方形錯(cuò)列排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列管外清潔方便。（a）正三角形排列；（b）正方形直列；（c）正方形錯(cuò)列本換熱器中管子在管板上的固定采用的是焊接法，保證連接的緊密性，由于操作壓力和操作溫度都不高，所以焊接接頭處的熱應(yīng)力所造成的應(yīng)力腐蝕和破裂均可以不考慮。管子的排列方式選用正三角形排列，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱系數(shù)大。由于加熱蒸汽很清潔，無(wú)需清洗。管的排列結(jié)果：根滿排時(shí)，根3.換熱器核算3.1總傳熱系數(shù)的核算3.1.1管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)換熱器中換熱管的內(nèi)截面積：所以，管內(nèi)平均流速：為湍流由迪特斯貝爾特關(guān)聯(lián)式得：3.1.2管內(nèi)為冷凝對(duì)流傳熱由于換熱管的導(dǎo)熱系數(shù)與管內(nèi)外對(duì)流傳熱系數(shù)相比都很小，所以可將管壁溫度視為恒定，下面對(duì)管壁溫度進(jìn)行估算：管內(nèi)冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)較大，假設(shè) 因?yàn)椋?計(jì)算得：假設(shè)壁面溫度，計(jì)算管外膜狀冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)定性溫度： 換熱管的材料為碳素鋼：查化工原理附錄20下水的物性為密度 黏度 導(dǎo)熱系數(shù) 汽化潛熱963.8 蒸汽密度為：?jiǎn)胃芡饫淠龑?duì)流傳熱系數(shù)：=換熱管呈正三角形分布：所以，所以，所以假設(shè)的壁面溫度合理，壁面溫度為所以總傳熱系數(shù) 所以，核算的總傳熱系數(shù)為：實(shí)際要的傳熱面積：實(shí)際提供的傳熱面積為：，實(shí)際提供的傳熱面積體統(tǒng)20%的面積富裕度。所以設(shè)計(jì)的換熱器能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。3.2核算壓降流體通過(guò)換熱器的流動(dòng)阻力（壓降）計(jì)算，應(yīng)按照管程和殼程分別計(jì)算。3.2.1管程流動(dòng)阻力計(jì)算對(duì)于多管程換熱器，其總阻力式中，為因直管摩擦阻力引起的壓降，Pa；為因回彎阻力引起的壓降，Pa； 為管程結(jié)垢校正系數(shù)，量綱為一，對(duì)的管子，對(duì)的管子，：為串聯(lián)的殼程數(shù)；為管程數(shù)。式中的直管阻力可按一般摩擦阻力公式計(jì)算；回彎阻力由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即在本設(shè)計(jì)的換熱器中，對(duì)的管子其應(yīng)該小于的管子的，在這里取的進(jìn)行核算。 為湍流對(duì)于碳鋼管，取管壁粗糙度為 相對(duì)粗糙度： 由第一章中關(guān)系圖，查得：所以，所以3.2.2殼程壓降殼程流動(dòng)阻力的計(jì)算公式很多，由于殼程流動(dòng)的了流動(dòng)狀況較為復(fù)雜，用不同的計(jì)算結(jié)果差別很大。下面采用比較通用的埃索計(jì)算公式。其中 式中，為流體橫過(guò)管束的壓降，Pa；為流體通過(guò)折流擋板缺口的壓降，Pa；為殼程結(jié)垢校正系數(shù)，量綱為一，對(duì)于液體,對(duì)于氣體或者蒸氣；為管子排列方式對(duì)壓降的校正系數(shù)，對(duì)于正三角形排列，對(duì)轉(zhuǎn)角正方形排列，對(duì)于正方形排列；為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)時(shí)，其中；為折流擋板；為折流擋板間距，m；為按殼程流通截面積計(jì)算的流速，而在本換熱器設(shè)計(jì)中，沒(méi)有設(shè)置折流擋板，所以，管子呈正三角形排列，管束中心線上的管數(shù)為：，殼程流通截面積 由熱量衡算 所以 因?yàn)?所以， 下水的物性： 所以，所以，由于管程和殼程的壓降均小于，所以設(shè)計(jì)的換熱器的壓降符合要求。4機(jī)械設(shè)計(jì)4.1 概述如圖為換熱器的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖。由換熱前面的計(jì)算可以知道，管殼壁溫差不大于50攝氏度時(shí)，不設(shè)置膨脹節(jié)。4.2 管子的選用及其管板的聯(lián)接4.2.1 管子的選用常采用無(wú)縫鋼管規(guī)格，材料由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定，長(zhǎng)度按規(guī)定選用（1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、4500mm、5000mm、6000mm、7500mm、9000mm、12000mm）。其長(zhǎng)度與公稱直徑之比，一般為425，常用的為610。本設(shè)計(jì)選用的管子為，的6000mm碳素鋼管。4.2.2 管子與管板的連接（1）脹接：適用范圍為換熱管為碳素管，管板為碳素管或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力小于或等于4Mpa，設(shè)計(jì)溫度小于300，且無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。外徑小于14mm，不適合脹接。要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后在脹接。脹接時(shí)管子可以是光孔也可以開(kāi)槽。（2）焊接：優(yōu)點(diǎn)在于高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡(jiǎn)單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。缺點(diǎn)在于焊接接頭處產(chǎn)生熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，已出現(xiàn)腐蝕。考慮到本設(shè)計(jì)中，殼管的溫度差就小，產(chǎn)生的溫差應(yīng)力較小，所以采用焊接的方法連接。（3）焊脹并用：先焊后脹和先脹后焊兩種方式。能提高連接處的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和時(shí)間腐蝕，提高壽命。4.2.3 管板結(jié)構(gòu)管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開(kāi)孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)管板厚度采用的是彈性基礎(chǔ)模型，將管束當(dāng)作彈性支承，而管板則作為放置于這彈性基礎(chǔ)上的圓板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來(lái)確定管板的彎曲應(yīng)力。由于全面考慮了管束的支承和溫差的影響，較為精確，具體的過(guò)程參照GB151-1999?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。管板厚度最小值推薦值換熱器管子外徑/mm25323857管板厚度/mm3/4222532換熱管的外徑為38mm，因而管板厚度取為3/4=28.5mm，取上述的最小厚度30mm。管板與殼體的連接采用不可拆的焊接式，兼做法蘭。4.3 折流擋板、支承板、旁路擋板結(jié)構(gòu)考慮到殼程為水蒸氣冷凝對(duì)流傳熱，傳熱系數(shù)較大，所以不考慮添加折流擋板。然而換熱管較細(xì)長(zhǎng)，考慮添加一定數(shù)量的支承，以便安裝和防止管子變形。同時(shí)設(shè)計(jì)的換熱器中殼體和管束之間的間隙過(guò)大，為防止流體短路，因而考慮采用旁路擋板。4.3.1 支承板的結(jié)構(gòu)及安裝支承板的常用形式有弓形、圓盤圓環(huán)形和帶扇形切口三種。支承板的厚度與殼體直徑和支承板的間距有關(guān)，最小厚度按下表選取：弓形支承板間距：最小間距max02Di，50mm，最大間距按照下表規(guī)定選取。殼體公稱內(nèi)徑/mm相鄰兩支承板間距/mm3003004504506006007507502002503561010400700561010127001000681012161000610121616殼體直徑/mm4004008009001200管子外徑/mm19253857支承板厚度/mm6810最大間距/mm1500180025003400取支承板間距為1000mm，支承板厚度為：12mm。支承板的固定是由拉桿定距管結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。拉桿的直徑與數(shù)量可參見(jiàn)下表選用。拉桿直徑和拉桿數(shù)殼體直徑/mm拉桿直徑/mm最少拉桿數(shù)殼體直徑/mm拉桿直徑/mm最少拉桿數(shù)2002501041100128273，400，500，60012412501210800，1000126經(jīng)查表易得，拉桿數(shù)為為4，直徑為12mm。拉桿示意圖如下所示：經(jīng)查表，拉桿尺寸如下：拉桿公稱直徑/mm數(shù)量基本尺寸拉桿直徑d/mm/mm/mm/mm1241215502.0拉桿孔示意圖如下所示：,4.3.1 旁路擋板結(jié)構(gòu)及安裝旁路擋板被加工成規(guī)則的長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)度等于支承板的板間距，兩端焊在支撐板上。4.4 管箱與殼程接管換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間成為管箱。其深度有一定的要求，滿足流通面積的需要。其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。殼程流體進(jìn)出的設(shè)計(jì)會(huì)直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。緩沖接管、旁路擋板防止流體對(duì)換熱管造成很大的沖刷。導(dǎo)流筒用于消除死區(qū)，充分利用換熱面積，防止流體對(duì)換熱管造成很大的沖刷。防沖板或?qū)Я魍驳倪x擇（1）管程設(shè)置防沖板的條件：當(dāng)管程采用軸向人口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過(guò)3m /s時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對(duì)換熱管端的沖蝕。）（2）殼程設(shè)置防沖板或?qū)Я魍驳臈l件：當(dāng)殼程進(jìn)口管流體的值。為下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)在殼程進(jìn)口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍病） 非腐蝕 、非磨蝕性的單相流體，b) 其他液體，包括沸點(diǎn)下的液體，者。有腐蝕或有磨蝕的氣體，蒸汽及汽液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板。當(dāng)殼程進(jìn)出口接管距管板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過(guò)大時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒，以減小流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度。防沖板的直徑或邊長(zhǎng)，應(yīng)大于接管外徑50mm,防沖板的最小厚度：碳鋼為4.5m m，不銹鋼為3m m,防沖板的固定形式為：a) 防 沖 板的兩側(cè)焊在定距管或拉桿上，也可同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上；b） 防 沖 板焊在圓筒上；c） 用 U 形螺栓將防沖板固定在換熱管上。導(dǎo)流筒一般有內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒兩種形式。a) 內(nèi) 導(dǎo) 流筒導(dǎo)流筒外表面到殼體圓筒內(nèi)壁的距離宜不小于接管外徑的1/3,導(dǎo)流簡(jiǎn)端部至管板的距離，應(yīng)使該處的流通面積不小于導(dǎo)流筒的外側(cè)流通面積。b) 外 導(dǎo) 流筒內(nèi)襯筒內(nèi)表面到外導(dǎo)流筒的內(nèi)表面間距為：接管外徑200mm時(shí)，間距不小于50m m;d200 mm 時(shí) ，間距不小于75mm,立式外導(dǎo)流換熱器，應(yīng)在內(nèi)襯筒下端開(kāi)淚孔。5.初步經(jīng)濟(jì)衡算設(shè)計(jì)管殼式換熱器時(shí),給定的已知條件通常為工藝流體的流量與進(jìn)出口溫度,以及換熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度,待求的量有換熱器的傳熱面積,換熱介質(zhì)的流量和出口溫度,換熱器的主要尺寸,如殼徑、管徑、管長(zhǎng)、管子數(shù)目和管束排列,以及管程和殼程的阻力降等等,為使設(shè)計(jì)的換熱器在經(jīng)濟(jì)上最優(yōu),換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)使換熱器的年總費(fèi)用,即年固定費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用之和,為最小。一般情況下,年固定費(fèi)用是指與傳熱面積大小相關(guān)的換熱設(shè)備的初投資,年運(yùn)行費(fèi)用是指年消耗的換熱介質(zhì)費(fèi)用和換熱介質(zhì)與工藝流體流過(guò)換熱器時(shí)由于阻力壓降造成的動(dòng)力消耗費(fèi)用之和。因此,換熱器年總費(fèi)用最小的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可以用下式表示：J = Ca （Kf +Me）+ Cu Hy w + CiHy (+)式中,J 換熱器年總費(fèi)用(元)Ca 換熱器的價(jià)格Kf 換熱器年折舊率Me換熱器年維修率Cu 單位質(zhì)量換熱介質(zhì)費(fèi)用Hy 年工作時(shí)間W 換熱介質(zhì)流量Ci 單位功率費(fèi)用管程流動(dòng)功率損失殼程流動(dòng)動(dòng)率損失設(shè)計(jì)結(jié)果:傳熱量Q = 579644.44W 換熱介質(zhì)流量w= 13. 65kg/ s傳熱系數(shù)k = 1183.3傳熱面積管程總壓降殼程總壓