管板式换热器详细设计.doc

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换热器设计 1.换热器选型说明 1.1 换热器类型 换热器类型很多,按其用途分,有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器。按其结构分,有列管式、板式等。不同类型换热器,其性能各异。 管型换热器又可以分为蛇管式换热器、套管式换热器、管壳式换热器。板型换热器可分为螺旋板式换热器、板式换热器、板翘式换热器。 换热器的结构分类见下表: 表1-1 换热器的结构分类 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°C),管间不能清洗 管壳式 带膨胀节:有一定的温度补偿能力,壳程只能承受较低压力 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:管间容易漏泄,不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的介质 内填料函:密封性能差,只能用于压差较小的场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间,用于蒸汽与液相分离 套管式 双套管式 结构比较复杂,主要用于高温高压场合,或固定床反应器中 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 螺旋盘管式 浸没式 用于管内流体的冷却、冷凝,或者管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 板式 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 可进行严格的逆流操作,有自洁作用,可回收低温热能 伞板式 伞形传热板结构紧凑,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 扩展表面式 板翅式 结构十分紧凑,传热效率高,流体阻力大 管翅式 适用于气体和液体之间传热,传热效率高,用于化工、动力、空调、制冷工业 蓄热 式 回旋式 盘式 传热效率高,用于高温烟气冷却等 鼓式 用于空气预热器等 固定格室式 紧凑式 适用于低温到高温的各种条件 非紧凑式 可用于高温及腐蚀性气体场合 1.2 换热器类型选择 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的,主要有: ①流体的性质; ②热负荷及流量大小; ③温度、压力及允许压降的范围; ④设备结构、材料、尺寸、重量; ⑤价格、使用安全性和寿命。 在换热器选型中,除考虑上述因素外,还应对结构强度、材料来源、制造条件密封性、安全性等方面加以考虑。 1.3 管壳式换热器的分类与特点 在众多类型的换热器结构中,管壳式换热器是用得最广泛的一种换热设备类型。 它的突出优点是:单位体积设备所能提供的传热面积大,传热效果好,结构坚固,而且可以选用的结构材料范围也比较宽广,清洗方便,处理量大,工作可靠,故适应性较强,操作弹性较大。它的设计资料和数据比较完善,目前在许多国家已有系列化标准,因而在各种换热器的竞争发展中占有绝对优势。 综合考虑该类型换热器的优点和本次设计工艺的特点,大部分都采用的是管壳式换热器。 管壳式换热器是把管子与管板连接,再用壳体固定。它的型式大致分为固定管板式、釜式、浮头式、U型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种。 表1-2管壳式换热器的性能对比表 种类 优点 缺点 应用范围 相对 费用 耗用 金属 固定管板式 结构简单、紧凑,能承压力高,造价低,管程清洗方便,管子损坏时易于赌管或更换 当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时,壳体和管束中将产生较大的热应力 不易结垢并能清洗,管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合 1.0 30 浮头式 管间和管内清洗方便,不会产生应力 结构复杂,造价比固定管板式20%,设备笨重,耗材大,对密封要求高 壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合 1.22 46 U型 管式 结构比较简单,价格便宜,承受能力强 管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少壳壁温差较大 介质易结垢又不宜采用浮头式和固定管板式的场合 1.01 46 填料 函式 结构较浮头式简单,造价低,加工方便节省材料 填料处易泄漏,工作压力,介质及温度都受到限制 应用较少 1.38 46 2. 换热器设计举例. 本工艺主要分为三个部分:预处理反应部分、吸收部分和精馏部分。这三个部分总共有26台换热器(换热器,冷凝器,再沸器)。我们主要对吸收部分的E0202换热器做详细设计。 2.1 设计任务和设计条件. 本工艺流程中,丙烯腈分离塔T-106底侧线出来的循环水经给原料丙烯加热后,用液氨将其从69.62℃进一步冷却至4℃之后,与新鲜循环水混合进入混合器做为氢氰酸吸收塔T-103的吸收剂。 设计条件 表2-1: 介质 进口温度(℃) 出口温度(℃) 压力(MPa) 流量(kg/h) 循环水 69.62 4 0.132 414351 液氨 -25 -24.36 0.178 2.2 确定设计方案 2.2.1 选择换热器类型 两流体温差变化情况:热流体(循环水)进口温度69.62℃,出口温度4℃;冷流体(液氨)

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