化工原理课程设计换热器的设计.ppt

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化工原理课程设计,易洪彬,13990008826（62135）,一、完整的说明书包括的内容,1.目录2.任务书3.流程方案选择说明4.主体设备工艺设计计算过程5.附属设备设计选型6.结构设计、选型7.工艺设计结果概览8.结构设计结果概览9.设计评述10.参考文献11.附录,1.固定管板式换热器,这类换热器如图1-1所示。

固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。

当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。

二、选择换热器类型,2.U型管换热器,U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。

管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。

U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。

其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。

此外，其造价比管定管板式高10%左右。

3.浮头式换热器,浮头式换热器的结构如下图1-3所示。

其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。

浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。

其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。

4.填料函式换热器,填料函式换热器的结构如图1-4所示。

其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。

管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。

填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。

其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。

三、换热器制材的选择,在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。

流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。

当然，最后还要考虑材料的经济合理性。

一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。

在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。

至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。

一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。

1碳钢,价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。

如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10号和20号碳钢。

2不锈钢奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。

正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。

我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。

1.确定物性数据,

（1）冷、热流体的定性温度：

可取流体进出口温度的平均值。

（2）定性温度下流体的物性,四、列管式换热器的设计计算,2.估算传热面积,

（1）换热器热流量的计算,

（2）计算冷流体用量,Q热，放=Q冷，吸+Q损失=KStm,Q热，放=Q冷，吸+Q损失=KStm,（3）计算平均传热温差,（4）计算传热面积求传热面积需要先知道K值，根据资料查得传热系数在5501100W/（）左右，先取K值计算。

由Q=KStm得：

S=（）,3.工艺结构尺寸3.1管径:

选用252.5和192两管内流速：

查相关资料u=m/s,3.2管程数和传热管数,可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

根据本设计实际情况，采用标准设计，取传热管长度（查资料）l=m，则该换热器的管程数为Np=（除1以外，均为偶数）传热管总根数Nt=单程传热管数管程数=（取整数）,3.3平均传热温差校正及壳程数,R=热流体温降/冷流体温升,P=冷流体温升/两流体最初温度差,按单壳程，管程数查得：

平均传热温差,由于平均传热温差校正系数大于0.8,3.4传热管排列和分程方法,采用组合排列法,即每程内均按正三角形或者正方形排列。

取管心距：

胀接取t=1.31.5d0焊接t=1.25d0,内径：

单管程,式中D壳体内径,mm；t管心距，mm；b横过管中心线管数；do传热管外径,对于正方形,b=1.19,N排列管子数目,内径：

多管程,3.5折流板,采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的20%-25%，则切去的圆缺高度为：

h=（0.20-0.25）=m，故可取h=m取折流板间距B=（查国家相应标准）折流板数目NB=（传热管长折流板间距）,4.换热器校核计算,4.1热流量核算壳程表面传热系数：

当量直径：

=,壳程流通截面积：

壳程流体流速及其雷诺数分别为：

普朗特数：

粘度校正：

.2管内传热系数,管内表面传热系数：

V-管程体积流量,4.3污垢热阻和管壁热阻：

管外侧污垢热阻,管内侧污垢热阻,管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为45w/（mc）,4.4传热系数,：

4.5传热面积裕度,换热器的实际传热面积为Ap,传热面积S为：

该换热器的面积裕度为：

结论：

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

1管程流体阻力换热器压降的计算,4.6换热器内流体的流动阻力,为直管及回管中因摩擦阻力引起的压强降；,结垢校正因数，量纲为1，对,的管子，取1.4；,管程数,串联的壳程数,2.壳程压降,壳程压降,流体横过管束的压强降（Pa）;,流体通过折流板缺口的压强降（Pa）;,壳程压强降的结垢结垢校正因数，量纲为1，液体可取1.15。

管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0.5,壳程流体的摩擦系数，当Re500时,;,横过管束中心线的管子数;,折流挡板数;,折流挡板间距（m）;,按壳程流通截面积计算的流速（m/s）;,五.设备附件设计,1.管箱2.法兰3.封头4.支座5.管板6.拉杆7.接管8.折流板9.定距管10.其他,六.设计结果一览表和设计评述等,流体密度，kg/,七.参考文献,1.夏清,陈常贵.化工原理（上册）M.天津:

天津大学出版社,20052.化工原理课程设计3.化工过程及设备设计4.氯碱工业理化常数手册5.钢制列管式固定管板换热器结构设计手册6.化工设备机械基础7.陈声宗,化工设计（第三版）,八.绘图说明,1.图纸幅面与格式参照951247GB-T%2018229-2000工程制图书中P2、图1、a图要求进行。

2.标题栏参照BZ9398化工设计文件编制规定书中P40、a标题栏1进行。

3.明细栏参照BZ9398化工设计文件编制规定书中P28、表4.3.1-1进行。

4.管口表参照BZ9398化工设计文件编制规定书中P24、表4.2.3-1进行。

5.设计数据表参照BZ9398化工设计文件编制规定书中P23、表4.2.2-4进行。