化工原理课程设计说明书.doc

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目录

目录 1

一、设计方案简介 2

（一）管壳式换热器草图 2

（二）流程简介 2

1、概述 3

2、流体流经管程或壳程的选择原则 3

3、流体流速选择 3

4、换热管规格和排列方式 3

5、折流挡板 4

6、壳体有圆缺型折流挡板时对流传热系数的计算 4

7、材质的选择 4

8、管程结构 5

二、工艺计算 5

（一）热量衡算 5

（二）平均温度差 6

（三）估算传热面积 6

（四）面积核算 6

（五）压力核算 9

三、设计概要 9

四、评述 10

参考文献 11

设计说明书

设计方案简介

管壳式换热器草图

A、管壳式（列管式）换热器工作示意图

B、管壳式（列管式）换热器结构图

流程简介（工艺简介）

1、概述

列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛使用。它的结构简单、坚固、制造较容易，处理能力大，适应性能，操作弹性较大，尤其在高压高温和大型装置中使用更为普遍。

其中，列管式换热器又分为三类：固定管板式换热器、浮头式换热器和U型管式换热器。

流体流经管程或壳程的选择原则

A、压力高的流体宜走管程，以避免制造较厚的壳体。

B、两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走管程，以减小管壁和壳体的温差，减小热应力。

C、需要冷却的的流体宜选管程，便于散热，以减少冷却剂用量。但温度很高的流体，其热能可以利用，宜选管程，以减少热损失。

D、粘度大或流量较小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，在低Re下（Re100）即可达到湍流。

流体流速的选择

流体在壳程或管程中的流速增大，不仅对流传热系数增大，也可减少杂质沉积或结垢，但流体阻力也相应增大。故应选择适宜的流速，通常根据经验选取。（详细数据见《化工原理第四版》王志魁、刘丽英、刘伟等，化学工业出版社（2010））

换热管规格和排列方式

对一定的传热面积而言，传热管径越小，换热器单位体积的传热面积越大。对于清洁的流体，管径可取小些，而对于粘度较大或易结垢的流体，考虑管束的清洗方便或避免管子的堵塞，管径可大些。

折流挡板

换热器内安装折流挡板是为了提高壳程流体的对流传热系数。为了获取良好效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对于常用的圆缺形挡板，弓形切口太大或太小都会产生流动‘死区’，不利于传热，且增加流体阻力。一般切口高度与直径之比为0.15—0.45，常见的是0.20和0.25两种。

挡板间距过小，检修不方便，流体阻力也大；间距过大，不能保证流体垂直流过管束，使对流传热系数降低。一般挡板间距为壳体内径的0.2—1.0倍，通常的挡板间距为50mm的倍数，但不小于100mm。

壳体有圆缺型折流挡板时对流传热系数的计算

当Re=2*10^3—10^6之间时，用下式计算较为简便

或

7、材质的选择

列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。

目前，常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。

8、管程结构

换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。

(a)正方形直列???（b）正方形错列??(c)三角形直列?

（d）三角形错列?（e）同心圆排列

正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。

管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。

工艺计算

（一）热量衡算

冷却水用量

（二）平均温度差

逆流

按单壳程，偶数管程结构，温差校正系数查有关图表，可得

ψ=0.980.8可行

所以平均传热温差

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

（三）估算传热面积

取K值为400W/(㎡.℃)计算

由Q=KAΔtm得

（四）面积核算

为了减少热损失和充分利用煤油的热量，采用煤油走管程，水走壳程。

取流速为u=1m/s，选用ф25mmX2.5mm传热管（碳钢）

其中

设所需单管程数为n则

按单程计算，所需传热管长度