化工原理天大柴诚敬4-4学时.ppt

* * 第五章 传 热 5.6 换热器 5.6.1 间壁式换热器的结构形式 5.6.2 换热器传热过程的强化 5.6.3 传热过程强化效果的评价 5.6.4 管壳式换热器的设计和选型 一、换热器设计的基本原则 1.流体流径的选择 ①不洁净和易结垢的流体宜走管程，因为管程清洗比较方便。 ②腐蚀性的流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管程便于检修与更换。 ③压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 ④被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果。 ⑤饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，一般不需清洗。 ⑥有毒易污染的流体宜走管程，以减少泄漏。 一、换热器设计的基本原则 ⑦流量小或黏度大的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程中流动，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 ⑧若两流体温差较大，宜使对流传热系数大的流体走壳程，因壁面温度与大的流体接近，以减小管壁与壳壁的温差，减小温差应力。 一、换热器设计的基本原则 2.流体流速的选择 增大流速 加大对流传热系数 减少污垢的形成 流动阻力加大 总传热系数增大 动力消耗增多 一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表5-11至表5-13列出了常用的流速范围，可供设计时参考。 一、换热器设计的基本原则 3.冷却介质（或加热介质）终温的选择 一般来说，设计时冷却水的进出口温度差可取5～10℃。缺水地区可选用较大温差，水源丰富地区可选用较小的温差。 一、换热器设计的基本原则 4.管子的规格和管间距 ①管子规格 管径 1.5m 2m 3m 6m 管长 ②管间距 见表5-14 一、换热器设计的基本原则 5.管程和壳程数的确定 管壳式换热器系列标准中管程数有1、2、4、6四种。采用多程时，通常应使每程的管子数相等。 当温度差校正系数小于0.8时，应采用壳方多程。常用的方法是将几个换热器串联使用。 一、换热器设计的基本原则 6.折流档板的选用 板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大；板间距过大，流体难于垂直流过管束，使对流传热系数下降。 一、换热器设计的基本原则 系列标准中采用的板间距为：固定管板式有150、300和600mm三种；浮头式有150、200、300、480和600mm五种。 一、换热器设计的基本原则 7.外壳直径的确定 壳体标准常用的有159、273、400、500、600、800、1000、1100、1200mm等。 一、换热器设计的基本原则 8.流体通过换热器的流动阻力（压降） （1）管程流动阻力计算 管程结垢校正系数 直管摩擦阻力引起的压降 管程数 回弯阻力引起的压降 壳程数 一、换热器设计的基本原则 （2）壳程流动阻力的计算 一、换热器设计的基本原则 流体通过折流挡板缺口的压降 壳程结垢校正系数 壳程数 横过管束的压降 流体横过管束的压降 流体通过折流挡板缺口的压降 一、换热器设计的基本原则 二、设计与选型的具体步骤 管壳式换热器的设计计算步骤如下 （1）估算传热面积，初选换热器型号 ①根据换热任务，计算传热量。 ②确定流体在换热器中的流动途径。 ③确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度，确定在定性温度下的流体物性。 ④计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质温度或冷却介质的终温。 ⑤根据两流体的温差和设计要求，确定换热器的型式。 ⑥依据换热流体的性质及设计经验，选取总传热系数值。 二、设计与选型的具体步骤 ⑦依据总传热速率方程，初步算出传热面积，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择设备规格。 二、设计与选型的具体步骤 K选 （2）计算管、壳程压降 根据初选的设备规格，计算管、壳程的流速和压降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，需调整流速，再确定管程和折流挡板间距，或选择其它型号的换热器，重新计算压降直至满足要求为止。 （3）核算总传热系数 计算管、壳程对流传热系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数K计，然后比较，若， 则初选的换热器合适，否则需另选值，重复上述计算步骤。 二、设计与选型的具体步骤 练 习 题 目 思考题 作业题: 22 1．如何评价传热过程强化的效果？ 2.在管壳式换热器中，热应力是如何产生的，热应力有何影响，为克服热应力的影响应采取何种措施？ 3.管壳式换热器为何常采用多管程，分程的作用是什么？