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1、化工原理课程设计说明书列管式换热器设计学 生 姓 名： 陈世铭 专 业：过程装备与控制工程学 号： 110331114 指 导 教 师： 杨立峰 学 院： 机电工程学院 二一四年六月题目：列管式换热器课程设计1设计任务和设计条件某生产过程的流程如图3-20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110进一步冷却至60之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为223600，压力为6.9，循环冷却水的压力为0.4，循环水的入口温度为29，出口的温度为39，试设计一列管式换热器，完成生产任务。 2.完成内容：说明书一份、工艺设计条件图A1图一张。说明书包括：封面、
2、任务书、目录设计方案、工艺计算、参考文献。 目录一绪 论.- 4 -1.换热器的分类- 4 -2.间壁式换热器的分类及详细介绍- 4 -3.列管式换热器选用计算中有关问题- 5 -（1）.流体流经管程或壳程的选择原则- 5 -（2）.流体流速的选择- 5 -（3）.换热管规格和排列方式- 5 -（4）.折流挡板- 6 -4.浮头式换热器的结构和优缺点- 6 -4.强化传热技术- 6 -（1）.传热面形状的改变- 7 -（2）.提高总传热系数K.- 8 -二确定设计方案.- 12 -1.选择换热器的类型- 12 -2.管程安排- 12 -三确定物性数据.- 12 -四估算传热面积.- 13 -1
3、.热流量- 13 -2.平均传热温差- 13 -3.传热面积- 14 -4冷却水用量.- 14 -五工艺结构尺寸.- 14 -1.管径和管内流速.- 14 -2.管程数和传热管数.- 14 -3.传热温差校平均正及壳程数.- 15 -4.传热管排列和分程方法.- 17 -5.壳体内径.- 18 -6.折流挡板.- 19 -7.其他附件.- 20 -8.接管.- 20 -六换热器核算.- 21 -1.热流量核算.- 21 -（1）.壳程表面传热系数.- 21 -（2）.管内表面传热系数.- 22 -（3）.污垢热阻和管壁热阻.- 22 -（4）.传热系数有- 23 -（5）.传热面积裕度.- 2
4、4 -2.壁温计算.- 24 -3.换热器内流体的流动阻力.- 25 -（1）.管程流体阻力.- 25 -（2）.壳程阻力.- 26 -（3）.换热器主要结构尺寸.- 27 -七参考文献.- 29 -一绪 论生产中换热器用量大，类型多。通常在了解各种换热器的结构、特点与用途的基础上，根据生产工艺要求，通过计算，选用适当的换热器。1.换热器的分类（1）、按用途分类 换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器和蒸发器等。（2）、按冷、热流体的传热方式分类 a.两流体直接接触式换热器 b.蓄热式换热器 c.间壁式换热器2.间壁式换热器的分类及详细介绍（1）夹套式换热器(2）沉浸式蛇管换热器（3）喷
5、淋式换热器（4）套管式换热器（5）螺旋板式换热器（6）板式换热器（7）板翅式换热器（8）热管式换热器（9）列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛应用。它的结构简单、坚固、制造较容易，处理能力大，适应性能，操作弹性大，尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。 a.固定管板式换热器 b.浮头式换热器 c.U形管式换热器3.列管式换热器选用计算中有关问题（1）.流体流经管程或壳程的选择原则a.不清洁或易结垢的流体宜走容易清洗的一侧。对于直管管束，宜走壳程；对于U形管管束，宜走壳程。b.腐蚀性流体宜走管程，以避免壳体和管束同时被腐蚀。c.压力高的流体宜走管程，以避免制造较厚的壳
6、体。d.为增大对流传热系数，需要提高流速的流体宜走管程，因管 程流通截面积一般比壳程的小，宜做成多管程也较容易。e.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壳程，以减小管壁与壳体的温差，减小热应力。f.蒸汽冷凝宜在壳程，以利于排出冷凝液。g.需要冷却的流体宜选壳程，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。h.黏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。以上各点往往不能兼顾，视具体问题而抓主要方面，再从对压力将或其他要求予以校核选定。（2）.流体流速的选择流体在壳程或管程中的流速
7、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。（3）.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，换热管单位体积的传热面积越大。对清洁的流体，管径可取小些，而对黏度大较大或易结垢的流体，考虑管束的清洁方面或避免管子堵塞，管径可大些。管长的选用应考虑管材的合理使用及便于清洗。管板上管子的排列方法常用的有等边三角形、正方形直列和正方形错列等。（4）.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。为了获得良好效果，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
8、利于传热，且增加流体阻力。一半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。一般取挡板间距为壳体内径的0.2-0.1倍，通常的挡板间距为50mm的倍数，但不小于100mm。4浮头式换热器的结构和优缺点两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定式换热器高，设备
9、笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。换热器主要结构尺寸如图1-1所示：图 1-1 换热器主要结构尺寸4.强化传热技术应用强化传热技术可以实现下述目的。1.减小设计传热面积，以减小换热器的体积和质量。2.提高现有换热器的换热能力。3.使换热器能在较低温差下工作。4.减小换热器的阻力，以减少换热器的动力消耗。所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。研究改进传热性能，是指传热加强、强化或加剧。一般说来，这就意味着提高传热系数。狭义的强化传热系数是指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即
10、使边界层减薄和增加涡流使径向温度变小。前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热川。最近还兴起一种EH。技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注。其中传热强化技术包括（1）传热面形状的改变扩大传热面积不应靠加大设备的尺寸来实现，而应从设备的结构来考虑，提高换热器的紧凑性，用最少的材料费取得最大的传热量。管壳式换热器改变传热面形状的方法有多种，其中用于无相变强化传热的有:横槽管、螺旋槽管(5管)和缩放管。内翅片管与横槽管和螺旋槽管一样，不但可用于单相对流传热，也可有效地用
11、于强化管内流动沸腾传热。新近又开发出偏置折边翅片管(一种间断翅片管)和螺旋扁管，后者也叫麻花管，这原是瑞士的Allares公司技术，后经布朗公司改进，是一种高效换热元件。用于有相变强化传热的强化沸腾传热管有：烧结多孔表面管、机械加工的多孔表面管、电腐蚀加I的多孔表面管,T型翅片管、ECR39管和Tube-B型管。俄罗斯也开发出一种称之为“变形翅片管”的传热管，可用于空分装置的冷凝一蒸发器。用于强化冷凝传热的传热管有：纵槽管、低螺纹翅片管、锯齿形翅片管(ST管)和径向辐射肋管式翅片管(R管)等。近年来，Hamon-Lummus公司又新推出一种SRC翅片管(SRCFinTube)，用于冷凝传热。外翅片管可以利用液体表面张力减薄冷凝液膜厚度以强化传热，这一发现大大促进了新型翅片管的研究开发。人们用不同金属制造不同形状的翅片管，翅片密度在50-2900个翅片m-1，与光管相比，给热系数可提高11
