化工原理課程設(shè)計熱交換器

1、換熱器換熱器1/25熱交換設(shè)備熱交換設(shè)備換熱器換熱器2/25換熱器換熱器1 換熱器的類型換熱器的類型一一. 夾套式夾套式用于反應(yīng)器的加熱或冷卻，加熱劑或冷卻劑在夾套內(nèi)通過間壁與反應(yīng)器內(nèi)的物料進行換熱。用蒸汽進行加熱時，蒸汽高進低出。當(dāng)冷卻時，冷卻水從下部進入，而由上部流出。為提高器內(nèi)物料一側(cè)的給熱系數(shù)，可在器內(nèi)設(shè)置攪拌器，使容器內(nèi)的流體作強制對流。 二二. 管式換熱器管式換熱器1.蛇管式換熱器蛇管式換熱器1.直接混合；2.蓄熱式；3.間壁式換熱器換熱器3/251）. 沉浸式蛇管換熱器沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：由肘管連接的直管，或由盤成螺旋狀的彎管所組成。蛇管形狀主要決定于容器形狀。將蛇管浸沒于容器

2、中，即構(gòu)成蛇管式換熱器。當(dāng)管內(nèi)通入液體載熱體時，應(yīng)從蛇管的下部通入，當(dāng)管內(nèi)通入蒸汽加熱時，應(yīng)從蛇管的頂部通入，冷凝水經(jīng)蛇管下部的疏水器排出。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓；缺點：管外流體給熱系數(shù)小，為強化傳熱，可在器內(nèi)安裝攪拌器。 換熱器換熱器4/252）.噴淋式換熱器噴淋式換熱器噴淋式換熱器的最大優(yōu)點最大優(yōu)點是便于檢修和清洗，對冷卻水水質(zhì)可以適當(dāng)降低。用作冷卻器。將蛇管成排地固定在鋼架上，被冷卻流體在管內(nèi)流動，冷卻水由管上方的噴淋裝置通過齒型堰板均勻噴灑在蛇管表面而流下，最后收集于排管的底盤內(nèi)。2.2.套管式換熱器套管式換熱器優(yōu)點：構(gòu)簡單，能承受較高壓力，應(yīng)用靈活；缺點：耗材多，占地面積大，難以

3、構(gòu)成很大的傳熱面積，故一般適合于流體流量不大、傳熱負(fù)荷較小的場合。結(jié)構(gòu)：直徑不同的金屬管裝配成的同心套管。可根據(jù)換熱要求串聯(lián)使用。程數(shù)可依傳熱面積的大小而增減，并可數(shù)排并列。冷、熱流體一般呈逆流流動，平均傳熱溫差大，并可達到較高的流速，形成湍流，具有較高的傳熱系數(shù)。換熱器換熱器5/253.列管式列管式1). 固定管板式固定管板式列管式換熱器 工業(yè)上使用最廣泛的一種換熱設(shè)備優(yōu)點：單位體積的傳熱面積、處理能力和操作彈性大，適應(yīng)能力強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。結(jié)構(gòu)：管束與焊接在殼體的兩端管板連接。在殼體內(nèi)，沿管長方向裝置有若干塊折流擋板；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價便宜；缺點：管外不

4、能機械清洗，管板、管子和殼體都是剛性連接，當(dāng)管壁和殼壁的溫度相差較大時，會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，甚至將管子從管板上拉脫。解決方法補償圈(或稱膨脹節(jié))。 換熱器換熱器6/252).u型管式型管式優(yōu)點：管子受熱受冷可以自由伸縮，而與殼體無關(guān)。結(jié)構(gòu)比較簡單，管束可以拔出清洗。缺點：管內(nèi)的機械清洗困難，只能走清潔流體。 結(jié)構(gòu)：管子彎制成u型，u型管的兩頭固定在同一塊管板上，與管板連接的封頭內(nèi)用隔板隔成兩室。3).浮頭式浮頭式結(jié)構(gòu)：一塊管板與殼體固定，另一塊管板可以在殼體內(nèi)來回活動，并連接一浮頭，當(dāng)管束受熱受冷時即可自由伸縮。浮頭式換熱器各有一個內(nèi)浮頭和一個外浮頭。優(yōu)點：有良好的熱補償性能，管束可從殼體中拔

5、出清洗；缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。 換熱器換熱器7/254-7-2 列管換熱器的設(shè)計和選用列管換熱器的設(shè)計和選用一一. 列管換熱器設(shè)計時應(yīng)考慮的問題列管換熱器設(shè)計時應(yīng)考慮的問題1.流體流道的選擇流體流道的選擇(1) 不清潔或易結(jié)垢的物料應(yīng)當(dāng)流過易于清洗的一側(cè)，對于直管管束，一般通過管內(nèi)，直管內(nèi)易于清洗；(2) 需通過增大流速提高 h 的流體應(yīng)選管程，因管程流通截面積小于殼程，且易采用多程來提高流速；(3) 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕；(4) 壓力高的流體宜選管程，以防止殼體受壓；(5) 飽和蒸汽宜走殼程，冷凝液易于排出，其 h 與流速無關(guān)；(6) 被冷卻的流體一般走殼程，便于

6、散熱；(7) 粘度大、流量小的流體宜選殼程，因殼程的流道截面和流向都在不斷變化，在 re100 即可達到湍流。換熱器換熱器8/252.流體流速選擇流體流速選擇安全性安全性；強化傳熱()；結(jié)垢；壓降(操作費用)。換熱器換熱器9/253.流體兩端溫度的確定，確定熱負(fù)荷流體兩端溫度的確定，確定熱負(fù)荷冷熱流體進出口溫度由工藝條件給定。加熱劑：由產(chǎn)生加熱劑設(shè)備情況及能量利用確定冷卻水：進口由當(dāng)?shù)貧夂驐l件估算，通常t2-t1=510 ，具體值根據(jù)水源水源情況確定。4.估算傳熱面積估算傳熱面積k0的估算的估算換熱器換熱器10/255.管程數(shù)，管子規(guī)格和排列方式管程數(shù)，管子規(guī)格和排列方式管子規(guī)格管子規(guī)格：直徑

7、有192mm、 252.5mm；選用長度：1.5m、2m、3m、6m等。換熱管與殼徑(l/d)之比：l/d=46。換熱管排列換熱管排列：正三角形、正方形直排、正方形錯排、同心圓排列。管間距管間距：脹接法，t=(1.31.5)d0,且t(d0+6)；焊接法，t=1.25d0。換熱器換熱器11/25換熱器換熱器12/25管程和殼程數(shù)的確定管程和殼程數(shù)的確定在標(biāo)準(zhǔn)系列中管程數(shù)有1、2、4、6。采用多管程時，通常應(yīng)使每程的管數(shù)大致相等，管程數(shù)m=u/u。 u：適宜流體；u：相同傳熱面積下單管程換熱器內(nèi)的流速。溫差校正系數(shù) t0.8。由于制造、安裝、檢修的原因，通常不采用多殼程，可采用換熱器串聯(lián)代替。6

8、.外殼直徑的確定外殼直徑的確定2) 1(bntdn1.11.19nnnnnn正三角形排列：正方形排列：b：最外層管的中心與外殼內(nèi)壁的距離，通常b=11.5d0。t：管心距，mmnn：最外六角對角線上的管數(shù)；換熱器換熱器13/25殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑,mm325400,500,600,700800,900,10001100,1200最小壁厚,mm81012147.主要附件主要附件主要附件：主要附件：管板、封頭、分程隔板、導(dǎo)流筒、排氣孔、排液孔、接管、閥蘭、支座、折流擋板、防沖板、膨脹節(jié)等。換熱器換熱器14/258.材料選用材料選用根據(jù)操作壓強、操作溫度、流體性質(zhì)等來選用材料。常用材料

9、有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅、鋁、石墨、聚四氟乙烯、玻璃等。10.流體流動阻力的計算流體流動阻力的計算管程流體阻力管程流體阻力 對于多管程換熱器，流體總阻力應(yīng)等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口阻力之和（通常忽略進、出口阻力）：換熱器換熱器15/25p1流體流經(jīng)直管的壓力降，n/m2；p2流體流經(jīng)回彎管時的壓力降，n/m2；ft結(jié)垢修正系數(shù)，252.5mm1.4， 192mm1.5；ns串聯(lián)的殼程數(shù)； np管程數(shù)。pstinnfppp211)直管壓力降 p1 可按流體力學(xué)的一般公式進行計算；2322up2)回彎管中的壓力降 p2 由下面的經(jīng)驗公式估算： 殼程流體阻力殼程流體阻力 殼程流體阻力的

10、計算公式很多，但由于殼程流體的流動狀況十分復(fù)雜，由不同的公式計算的結(jié)果相差較大。埃索法計算殼程壓降 p0 的公式： 換熱器換熱器16/25p1 流體橫過管束的壓力降，n/m2；p2 流體通過折流板園缺時的壓力降，n/m2；fs 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對于液體取1.5, 對于氣體或可凝蒸汽取1.0。ssnfppp210通常，液體流經(jīng)換熱器的壓力降為0.11atm, 氣體為0.010.1atm, 設(shè)計時，換熱器的工藝尺寸應(yīng)在壓力降與傳熱面積之間予以權(quán)衡，使既能滿足工藝要求，又經(jīng)濟合理。 二二. 列管換熱器的選用和設(shè)計計算步驟列管換熱器的選用和設(shè)計計算步驟1.試算并初步選設(shè)備規(guī)格試算并初步選設(shè)備

11、規(guī)格1）確定流體在換熱器中的流道；2）根據(jù)任務(wù)計算熱負(fù)荷；3）選擇輔助流體，選換熱器型式，確定冷熱流體進出口溫度，計算定性溫度，查取物性參數(shù)；4）計算平均溫度差；5）選定k；6）計算s，根據(jù)初步計算的s選換熱器。換熱器換熱器17/252.計算管程、殼程壓降計算管程、殼程壓降由初選設(shè)備規(guī)格計算管程、殼程壓降，并檢查計算結(jié)果是否滿足工藝要求。若不，調(diào)整流速、確定管程數(shù)和折流擋板，或選擇另一規(guī)格的設(shè)備，再重新計算。3.校核校核由選定設(shè)備計算i、0，確定垢阻rsi、rs0，計算k0；計算tm；計算所需要的傳熱面積s0；計算富裕度（換熱器實際的傳熱面積ndl / 需要的傳熱面積s0）=1.051.1。流

12、速安全流速；tw-tw3;長徑比：l/d=46，最大不超過10.4.附屬設(shè)備1）接管： 按標(biāo)準(zhǔn)系列取整。0.54/()dvsu換熱器換熱器18/25主要參考資料 化學(xué)工程手冊，換熱器設(shè)計； 鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊； 化工設(shè)備設(shè)計全書； 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊； 石油化工設(shè)備設(shè)計選用手冊； 化工原理課程設(shè)計換熱器換熱器19/25要 求j 固定地點：匯北食堂；j 任務(wù)書交回；j a1圖紙一張；j 說明書：右側(cè)留空欄標(biāo)注主要公式和經(jīng)驗參數(shù)選取依據(jù)；換熱器換熱器20/25夾套換熱器換熱器換熱器21/25浸沒蛇管換熱器換熱器換熱器22/25噴淋換熱器換熱器換熱器23/25套管換熱器換熱器換熱器24/25固定管板換熱器換熱器換熱器25/25固定管板換熱器換熱器換熱器26/25u形管式換熱器換熱器換熱器27/25浮頭換熱器換熱器換熱器28/25折流擋板折流擋板作用：提高管外的給熱系數(shù)；形狀：園缺型、園盤型、分流型等；擋板的形狀和間距必須適當(dāng)，方能取得良好效果。以弓形為例，缺口的高度一般取為殼體內(nèi)徑的10-40%，常見的是20-25%。缺