化工原理课程设计(余志伟)8.docVIP

目录 1 概述 1 1.1 换热器的应用 1 1.2换热器的常见类型 1 1.2.1 固定管板式换热器 1 1.2.2.U型管换热器 2 1.2.3. 浮头式换热器 2 1.2.4.填料函式换热器 3 1.3新型的换热器 3 1.3.1 螺旋折流板换热器 3 1.3.2 麻花扁管换热器 4 1.3.3 Hitan绕丝花环换热器 5 1.3.4气动喷涂翅片管换热器 5 2工艺计算及结构设计 6 2.1设计任务及设计条件 6 2.2设计方案的确定 6 2.2.1换热器类型的选择 6 2.2.2流程安排 6 2.3确定物性数据 7 2.4估算传热面积 8 2.4.1热流量 8 2.4.2平均传热温差 8 2.4.3.传热面积 9 2.4.4.冷却水用量 10 2.5换热器的选择 10 2.5.1管径和管内流体流速 10 2.5.2壳程流体流速的选择 10 2.5.3管长及管程数 10 2.5.5主要参数的核算 11 2.6结构设计 13 2.6.1壳体 13 2.6.2管箱封头 13 2.6.3接管 14 2.6.4管箱分程隔板 15 2.6.5折流板 15 2.7换热器核算 16 2.7.1传热面积核算 16 2.7.2壁温计算 17 2.7.3．换热器内流体的流动阻力 18 3结论 20 4设计过程的评述和有关问题的讨论 21 1 概述 1.1 换热器的应用 换热器是化学、石油化学及石油冶炼工业中以及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单 表1 传热器的结构分类 类　 型 特　 点 间 壁 式 管 壳 式 列管式 固定管板式 刚性结构 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 填料函式 外填料函 管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中 套管式 能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器 螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热 螺旋板式 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能 平板式 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净 板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触 蓄热式 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合 元操作的重要附属设备，通常在化工的建设中换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。 1.2换热器的常见类型 根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种，见表1。1.2.1 固定管板式换热器 这类换热器如图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。 图1 固定管板式换热器 1.2.2.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，如图2。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。 图 2 U型管式换热器 1.2.3. 浮头式换热器 浮头式换热器的结构如图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