管式换热器设计任务 2.ppt

过程设备设计课程设计 Process Equipment Design 换热器是化学、石油化学及石油炼制工业中以及其他的一些行业中广泛使用的热量交换设备，它不仅可以单独做为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占重要的地位。通常在化工厂的建设中的换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。 随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高，换热器的投资比例将进一步加大，因此，对换热器的研究倍受重视，从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的研究一直十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。 列管式换热器再化工生产中主要作为加热器、蒸发器或再沸器及冷凝器使用。在这些不同的传热过程中，有些为无相变的传热，有些为有相变的传热，它们具有不同的传热机理，遵循不同的流体力学和传热规律，因此再设计上存在一些差别。 本次设计是对列管换热器的设计，只设计换热器，没有相关的工艺过程，故设计步骤如下： (1) 根据生产任务及有关要求确定换热器的设计方案 (2) 换热器类型的选择 (3) 化工计算 (4) 换热器尺寸的确定及有关构件的选择 (5) 绘制装配图 (6) 编写说明书 ??换热器的设计方案及选型 设计任务和设计条件 1、设计任务 （1）选择合适的列管冷换热器并进行校核计算 （2）对换热器的附件进行设计，包括结构设计。 2、设计条件 年处理（400000+学号最后两位数*100）吨煤油的煤油冷却器 操作条件 （1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却介质：自来水，入口温度30℃。出口温度由经济衡算优化 （3）允许压强降：不大于1000KPa （4）每年按330天计算,每天24小时连续运行 （5）设备最大承受压力：P=2.5MPa (6)煤油定性温度下的物性数据：密度为825千克每立方米，粘度为7.15×10-4Pa·s，比热容为2.22kJ/(kg·℃），导热系数为0.14W/(m·℃) 设计说明书1份，设备总装图 本节将以列管式换热器为例，说明换热器选用或设计时需要考虑的问题。 一、 流体通道的选择 流体通道的选择可参考以下原则进行： 1． 不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子； 2． 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗； 3． 高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量； 4． 饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程； 5． 被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果； 6． 有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏； 7． 粘度较大或流量较小的流体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流体流向和流速不断改变，在很低的雷诺数（Re100）下即可达到湍流，可提高对流传热系数。但是有时在动力设备允许的条件下，将上述流体通入多管程中也可得到较高的对流传热系数。 在择流体通道时，以上各点常常不能兼顾，在实际选择时应抓住主要矛盾。如首先要考虑流体的压力、腐蚀性和清洗等要求，然后再校核对流传热系数和阻力系数等，以便作出合理的选择。 二、 流体流速的选择 换热器中流体流速的增加，可使对流传热系数增加，有利于减少污垢在管子表面沉积的可能性，即降低污垢热阻，使总传热系数增大。然而流速的增加又使流体流动阻力增大，动力消耗增大。 因此，适宜的流体流速需通过技术经济核算来确定。充分利用系统动力设备的允许压降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。在选择流体流速时，除了经济核算以外，还应考虑换热器结构上的要求。 还可按照液体的粘度选择流速，按材料选择容许流速以及按照液体的易燃、易爆程度选择安全允许流速。 三、 流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却一热流体，冷水的进口温度可根据当地的气温条件作出估计，而其出口温度则可根据经济核算来确定：为了节省冷水量，可使出口温度提高一些，但是传热面积就需要增加；为了减小传热面积，则需要增加冷水量。两者是相互矛盾的。 一般来说，水源丰富的地区选用较小的温差，缺水地区选用较大的温差。不过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于45℃，因为工业用水中所含的部分盐类（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）的溶解度随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成传热性能很差的污垢，而使传热过程恶化。如果是用加热介质加热冷流体，可按同样的原则选择加热介质的出口温度。 四、 管径、管子排列方式和壳体直径的确定 小直径管子能使单位体积的传热面积大，因而在同样体积内可布置更多的传热面