化工原理课程设计2

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1、化工原理课程设计化工原理课程设计课程开设准备课程开设准备课程设计指导课程设计指导 课程设计书写规范与考核课程设计书写规范与考核 课程设计总结与归档课程设计总结与归档 课程开设准备课程开设准备设计题目设计参考资料汇总列管换热器的设计板式精馏塔的设计填料吸收塔的设计设计参考书目单设计用书设计参考网址设计题目设计题目设计题目设计题目设计参考资料汇总 课程设计指导课程设计指导第一节第一节 概述概述第二节第二节 板式精馏塔设计板式精馏塔设计第三节第三节 填料吸收塔的设计填料吸收塔的设计第四节第四节 列管换热器的设计列管换热器的设计第一节第一节 概述概述教学内容教学内容一、课程设计意义与要求一、课程设计意

2、义与要求二、课程设计的基本内容二、课程设计的基本内容三、课程设计的步骤三、课程设计的步骤工程意识、工程问题解决方法工程意识、工程问题解决方法工程意识、工程问题解决方法工程意识、工程问题解决方法资料查阅、分析资料查阅、分析资料查阅、分析资料查阅、分析工程计算方法、准确性工程计算方法、准确性工程计算方法、准确性工程计算方法、准确性文字、图表表达文字、图表表达文字、图表表达文字、图表表达独立完成一般化工过程与设备的设计任务一、课程设计一、课程设计意义意义与要求与要求一、课程设计意义与一、课程设计意义与要求要求查阅查阅查阅查阅资料资料资料资料确定确定确定确定方案方案方案方案选择选择选择选择流程流程流程

3、流程计算计算计算计算核算核算核算核算二、课程设计基本内容二、课程设计基本内容设计方案简介设计方案简介设计方案简介设计方案简介主要设备的工艺设计计算主要设备的工艺设计计算主要设备的工艺设计计算主要设备的工艺设计计算典型辅助设备的选型和计算典型辅助设备的选型和计算典型辅助设备的选型和计算典型辅助设备的选型和计算带控制点的工艺流程简图带控制点的工艺流程简图带控制点的工艺流程简图带控制点的工艺流程简图主体设备工艺条件图主体设备工艺条件图主体设备工艺条件图主体设备工艺条件图设计内容设计内容设计内容设计内容封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 ）目录设计任务书设计方案简介；设计条件及主要物性参数

4、表 工艺设计计算；辅助设备的计算及选型；设计评述设计结果汇总表工艺流程图及设备工艺条件图参考资料设计说明书设计说明书设计说明书设计说明书三、课程设计步骤三、课程设计步骤动员和布置任务绘图和编写说明书设计计算阅读指导书和查阅资料考核21345第二节第二节 板式精馏塔设计板式精馏塔设计1 1 设计原则与步骤设计原则与步骤设计原则与步骤设计原则与步骤2 2 理论塔板数的确定理论塔板数的确定理论塔板数的确定理论塔板数的确定3 3 塔板效率和实际塔板数塔板效率和实际塔板数塔板效率和实际塔板数塔板效率和实际塔板数4 4 结构设计结构设计结构设计结构设计5 5 塔高及辅助设备塔高及辅助设备塔高及辅助设备塔高

5、及辅助设备根据设计任务书根据设计任务书搜集有关物性数据搜集有关物性数据确定精馏操作流程确定精馏操作流程物料衡算物料衡算确定塔板数确定塔板数工艺条件计算（操作压力、温工艺条件计算（操作压力、温度、密度、粘度、表面张力）度、密度、粘度、表面张力）塔的主要工艺尺寸计算塔的主要工艺尺寸计算流体力学性能校核流体力学性能校核绘出负荷性能图，确定操作弹性绘出负荷性能图，确定操作弹性选板间距选板间距确定塔径确定塔径溢流装置溢流装置塔板布置（开孔率）塔板布置（开孔率）单板压降小于设计允许值单板压降小于设计允许值雾沫夹带小于雾沫夹带小于0.1kg（液）（液）/kg（气）（气）漏液量（温度系数）漏液量（温度系数）液

6、泛液泛清液层高度清液层高度(HT+hw)板式精馏塔工艺设计步骤框图板式精馏塔工艺设计步骤框图板式精馏塔工艺设计步骤框图板式精馏塔工艺设计步骤框图否否是是筛板塔化工设计计算筛板塔化工设计计算（1）塔的有效高度）塔的有效高度 Z 已知：已知：实际塔板数 NP ； 塔板间距 HT； 选取塔板间距选取塔板间距 HT ：塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径的经验关系塔体高度：有效高塔体高度：有效高+顶部顶部+底部底部+ 其它其它 有效塔高：有效塔高： C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。有关。 液泛气速液泛气速两相流动参数两相流动参数 FLV：（2）塔径）塔径 确定原则：确定

7、原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤：步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s)； 然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。对于筛板塔(浮阀、泡罩塔)，可查图 ，C20=(HT 、FLV)0.2HT=0.60.450.30.150.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.010.040.030.020.070.010.10.090.060.05筛板塔泛点关联图 选取设计气速选取设计气速 u 选取泛点率：泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 0.8 易起泡液体，0.5 0.6所需气体流通截面积所需气体流通截面积设计气速设计气速 u = 泛点率泛点率 ufADAd 计

8、算塔径计算塔径 D塔截面积：塔截面积：A = AT - Ad塔径塔径说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。说明：计算塔径需圆整，且重新计算实际气速及泛点率。（3）溢流装置设计）溢流装置设计 溢流型式的选择溢流型式的选择 依据：依据：塔径 、流量； 型式型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等。 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形弓形、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰）溢流堰（出

9、口堰） 作用作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰长堰长 lW ：影响液层高度。堰高堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，过小，相际传质面积过小； 过大过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。 说明：通常应使溢流强度说明：通常应使溢流强度说明：通常应使溢流强度说明：通常应使溢流强度V VLhLh/ /l lWW 不大于不大于不大于不大于100130 m100130 m3 3/ /（mm h h）。）。）。）。 或： 双流型:单流型：(4) 塔板及其布置塔板及其布置 受液区和降液区受液

10、区和降液区 一般两区面积相等。 入口安定区和出口安定区入口安定区和出口安定区 其中， E：液流收缩系数，：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。堰上方液头高度堰上方液头高度 hOW ：要求：要求： 边缘区：边缘区：bcbdbslWrx（5）筛孔的尺寸和排列）筛孔的尺寸和排列 筛孔筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率筛板开孔率 ： 单流型弓形降液管塔板单流型弓形降液管塔板： 有效传质区：有效传质区： 双流型弓形降液管塔板双流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrxd0t筛孔直径筛孔直径 d0 : 3 8 mm (一般)。 12 25 mm (大筛孔) 孔中心距孔中心距 t : (2

11、.55) d0 取整。 开孔率开孔率: : 通常为 0.08 0.12。 板厚：板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。 筛孔气速：筛孔气速：筛孔数：筛孔数：d0t(6) 塔板的校核塔板的校核 对初步设计的结果进行调整和修正。 液沫夹带量校核液沫夹带量校核单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质量（或摩尔） ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔） e： kg 液体 / h 或 kmol液体 / h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。 故有： 所以说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。说明：超过允许值，可调整塔

12、板间距或塔径。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。说明：超过允许值，可调整塔板间距或塔径。 e ev v的计算方法：的计算方法：的计算方法：的计算方法：方法方法方法方法1 1：利用：利用：利用：利用FairFair关联图求关联图求关联图求关联图求，进而求出，进而求出，进而求出，进而求出e ev v。方法方法方法方法2 2：用：用：用：用HuntHunt经验公式计算经验公式计算经验公式计算经验公式计算e ev v。式中式中式中式中HHf f 为板上泡沫层高度：为板上泡沫层高度：为板上泡沫层高度：为板上泡沫层高度：要求：要求：要求：要求： e ev v 0.1 kg 0.1 kg 液体液体液体

13、液体 / kg/ kg气体。气体。气体。气体。 塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核塔板阻力的计算和校核 塔板阻力：塔板阻力：塔板阻力：塔板阻力： 塔板阻力塔板阻力塔板阻力塔板阻力 h hf f包括包括包括包括 以下几部分以下几部分以下几部分以下几部分: : （a a）干板阻力）干板阻力）干板阻力）干板阻力 h h0 0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；气体通过板上孔的阻力（设无液体时）；气体通过板上孔的阻力（设无液体时）； （b b）液层阻力）液层阻力）液层阻力）液层阻力 h hl l 气体通过液层阻力；气体通过液层阻力；气体通过

14、液层阻力；气体通过液层阻力； （c c）克服液体表面张力阻力）克服液体表面张力阻力）克服液体表面张力阻力）克服液体表面张力阻力 h h孔口处表面张力。孔口处表面张力。孔口处表面张力。孔口处表面张力。清液柱高度表示：清液柱高度表示：清液柱高度表示：清液柱高度表示：（a a）干板阻力）干板阻力）干板阻力）干板阻力h h0 0d0/C0塔板孔流系数塔板孔流系数塔板孔流系数塔板孔流系数C0 孔流系数孔流系数（b）液层阻力）液层阻力 hl查图求充气系数查图求充气系数说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或说明：若塔板阻力过大，可增加开孔率或说明：若塔板阻力过大，可增加开孔

15、率或 降低堰高。降低堰高。降低堰高。降低堰高。（c c）克服液体表面张力阻力（一般可不计）克服液体表面张力阻力（一般可不计）克服液体表面张力阻力（一般可不计）克服液体表面张力阻力（一般可不计） 降液管液泛校核降液管液泛校核降液管液泛校核降液管液泛校核故塔板阻力：故塔板阻力：故塔板阻力：故塔板阻力：降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度 (m)(m)（a a） 液面落差液面落差液面落差液面落差一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当一般较小，可不计。当不可忽略时，不可忽略时，不可忽略时，不可忽略时，一般要求：一般要求：一般要求：一般要求： 0

16、.5h0.5h0 0（b b b b） 液体通过降液管阻力液体通过降液管阻力液体通过降液管阻力液体通过降液管阻力 h hd d包括底隙阻力包括底隙阻力包括底隙阻力包括底隙阻力 h hd1d1和进口堰阻力和进口堰阻力和进口堰阻力和进口堰阻力h hd2d2。无进口堰时：无进口堰时：无进口堰时：无进口堰时：泡沫层高度泡沫层高度泡沫层高度泡沫层高度要求：要求：要求：要求：说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或说明：若泡沫高度过大，可减小塔板阻力或 增大塔板间距。增大塔板间距。增大塔板间距。增大塔板间距。泡沫层相对密度：对不易起

17、泡物系，泡沫层相对密度：对不易起泡物系，泡沫层相对密度：对不易起泡物系，泡沫层相对密度：对不易起泡物系，易起泡物系，易起泡物系，易起泡物系，易起泡物系， 液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时间校核液体在降液管中停留时间校核 目的：避免严重的气泡夹带。目的：避免严重的气泡夹带。目的：避免严重的气泡夹带。目的：避免严重的气泡夹带。 停留时间：停留时间：停留时间：停留时间：要求：要求：要求：要求：说明：停留时间过小，可增加降液管面积说明：停留时间过小，可增加降液管面积说明：停留时间过小，可增加降液管面积说明：停留时间过小，可增加降液管面积 或或或或 增大塔板间距。

18、增大塔板间距。增大塔板间距。增大塔板间距。（a a）计算严重漏液时干板阻力）计算严重漏液时干板阻力）计算严重漏液时干板阻力）计算严重漏液时干板阻力 h h0 0 （b b）计算漏液点气速）计算漏液点气速）计算漏液点气速）计算漏液点气速 u u0 0 说明：如果稳定系数说明：如果稳定系数说明：如果稳定系数说明：如果稳定系数k k过小，可过小，可过小，可过小，可 减小开孔率减小开孔率减小开孔率减小开孔率 或或或或 降低堰高。降低堰高。降低堰高。降低堰高。 严重漏液校核严重漏液校核严重漏液校核严重漏液校核 漏液点气速漏液点气速漏液点气速漏液点气速 u u0 0 ：发生严重漏液时筛孔气速。：发生严重漏

19、液时筛孔气速。：发生严重漏液时筛孔气速。：发生严重漏液时筛孔气速。 稳定系数：稳定系数：稳定系数：稳定系数：要求：要求：要求：要求： 过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线） 规定：规定：规定：规定：e ev v = 0.1 = 0.1（ kg kg 液体液体液体液体 / kg/ kg气体）气体）气体）气体） 为限制条件。为限制条件。为限制条件。为限制条件。（6 6）塔板的负荷性能图）塔板的负荷性能图）塔板的负荷性能图）塔板的负荷性能图确定塔板的操作弹性确定塔板的操作弹性确定塔板的操作弹性确定塔板的操作弹性

20、 液相下限线液相下限线液相下限线液相下限线整理出：整理出：整理出：整理出：规定：规定：规定：规定： 严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）代入相关公式，如hOW、u0，整理出。 液相上限线液相上限线 降液管液泛线降液管液泛线规定：塔板的操作弹性：塔板的操作弹性：过量液沫夹带线过量液沫夹带线过量液沫夹带线过量液沫夹带线严重漏液线严重漏液线严重漏液线严重漏液线液相下限线液相下限线液相下限线液相下限线液相上限线液相上限线液相上限线液相上限线降液管液泛线降液管液泛线降液管液泛线降液管液泛线VL塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图塔板

21、的负荷性能图第三节第三节 填料吸收塔设计填料吸收塔设计1 1 设计任务设计任务 在单位时间所应处理的气体总量在单位时间所应处理的气体总量 气体组成；气体组成； 被吸收组分的吸收率或排出气体的浓度；被吸收组分的吸收率或排出气体的浓度； 所使用的吸收液；所使用的吸收液；所使用的吸收液；所使用的吸收液； 操作温度和压力。操作温度和压力。操作温度和压力。操作温度和压力。1010气体出口装置气体出口装置9 9液体进口装置液体进口装置8 8液体分布装置液体分布装置7 7填料压紧装置填料压紧装置6 6填料填料5 5塔体塔体4 4液体再分布器液体再分布器3 3填料支承板填料支承板2 2液体出口装置液体出口装置

22、1 1气体进口气体进口编号编号名名 称称2 2 设计过程设计过程2.1吸收流程的确定吸收流程的确定2.2填料的选择填料的选择2.3基础物性数据基础物性数据2.4物料衡算物料衡算2.5填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算2.6填料层压降计算填料层压降计算2.7塔内辅助装置的选择和计算塔内辅助装置的选择和计算2.1 2.1 吸收流程的确定吸收流程的确定 根据气、液两相流动方向的不同，分为逆流操作根据气、液两相流动方向的不同，分为逆流操作和并流操作两类，工业上常采用和并流操作两类，工业上常采用逆流逆流操作。操作。一般需对吸收后的溶液继以脱吸，使溶剂再生，循环使一般需对吸收后的溶液继以脱吸，使

23、溶剂再生，循环使用。因此，需一个完整的用。因此，需一个完整的吸收吸收-脱吸流程脱吸流程。2.1 2.1 吸收流程的确定吸收流程的确定1-吸收塔；吸收塔；2-富液泵；富液泵；3-贫液泵；贫液泵；4-解吸塔解吸塔2.2 2.2 填料的选择填料的选择拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环弧鞍形填料弧鞍形填料矩鞍形填料矩鞍形填料网网环环波纹填料结构波纹填料结构阶梯环阶梯环金属鞍环金属鞍环长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。2.2 2.2 填料的选择填料的选择拉西环拉西环拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环阶梯环阶梯环 环

24、环环环按填料结构及其使用方式可以分为按填料结构及其使用方式可以分为散堆填料散堆填料和和规整填料规整填料。规规整整填填料料格栅填料格栅填料格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等等 波纹填料波纹填料金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属压金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属压延孔板波纹填料延孔板波纹填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料散散堆堆填填料料拉西环拉西环拉西环填料拉西环填料鲍尔环鲍尔环金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型鲍尔环金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型鲍尔环填料填料 阶梯环阶梯环金属填料、塑料阶梯环金属填料、塑料阶梯环弧鞍填料

25、弧鞍填料弧鞍填料弧鞍填料 矩鞍填料矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料环矩鞍填料环矩鞍填料金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料球形填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料填料的性能评价填料的性能评价填料性能的优劣通常根据填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降效率、通量及压降三要素三要素衡量。在相同的操作条件衡量。在相同的操作条件下，下，填料的比表面积越大填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效润湿性能越好，则传质效率越高；率越高；填料的空隙率越填料的空隙率越大大，结构越开敞，则通量，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低

26、。采用越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，填料的性能进行了评价，得出如下表所示的结论。得出如下表所示的结论。填料名称填料名称评估值评估值语言值语言值排序排序丝网波纹填料丝网波纹填料0.86很好很好1孔板波纹填料孔板波纹填料0.61相当好相当好2金属金属Intalox0.59相当好相当好3金属鞍形环金属鞍形环0.57相当好相当好4金属阶梯环金属阶梯环0.53一般好一般好5金属鲍尔环金属鲍尔环0.51 一般好一般好6瓷瓷Intalox0.41 较好较好 7瓷鞍形环瓷鞍形环0.38略好略好8瓷拉西环瓷拉西环0.36略好略好9填料种类的选择填料种类的

27、选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：面：(1) (1) 传质效率要高传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料(2) (2) 通量要大通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料速或气相动能因子的填料(3) (3) 填料层的压降要低填料层的压降要低(4) (4) 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便填料抗污堵性能强，拆装、检修方便填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。填料规格是指

28、填料的公称尺寸或比表面积。 散装填料规格的选择散装填料规格的选择 工业塔常用的散装填料主要有工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种等几种规格。规格。同类填料，同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用，通量减少，填料费用也增加很多。也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔

29、径与填料公称直径的一般塔径与填料公称直径的比值比值D/d应大于应大于8。填料填料规格的选择规格的选择填料规格的选择填料规格的选择（2）规整填料规格的选择）规整填料规格的选择国内习惯用比表面积表示，主要有国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几等几种规格，种规格，同种类型的规整填料，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备

30、投资、操作费用作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。理性。应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。设计时应灵活掌握，根据技术

31、经济统一的原则来选择填料的规格。2.3 基础物性数据基础物性数据 液相物性数据液相物性数据气相物性数据气相物性数据气液相平衡数据气液相平衡数据液相物性数据液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯溶剂对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯溶剂的物性数据。的物性数据。 密度：密度： 粘度：粘度： 表面张力：表面张力： 扩散系数：扩散系数：气相物性数据气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量 混合气体的平均密度：混合气体的平均密度： 混合气体的粘度，查手册混合气体的粘度，查手册 扩散系数扩散系数气液相平衡数据气液相平衡数据 亨利系数亨利系数 相平衡常数相平衡

32、常数 溶解度系数溶解度系数2.4 物料衡算物料衡算物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程吸收剂用量对操作线的影响吸收剂用量对操作线的影响最小液气比最小液气比2.5 填料塔的工艺尺寸的计算填料塔的工艺尺寸的计算2.5.1. 填料塔塔径的计算填料塔塔径的计算泛点气速的计算泛点气速的计算 塔径的计算及校核塔径的计算及校核2.5.2. 填料层高度的计算填料层高度的计算2.1气相总传质单元高度的计算气相总传质单元高度的计算2.2气相总传质单元数的计算气相总传质单元数的计算2.5.1. 填料塔塔径的计算填料塔的直径填料塔的直径D与操作空塔气速与操作空塔气速u及气体体积流量及气体体积流量Vs之之间

33、存在以下关系：间存在以下关系：式中：式中：D 塔径，塔径，m; Vs气体体积流量，气体体积流量，m3/s; u 操作空塔气速，操作空塔气速，m/s（1）散堆填料泛点气速的计算）散堆填料泛点气速的计算常用埃克特（常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图进行计算，该关联图）泛点气速关联图进行计算，该关联图是以是以X为横坐标，以为横坐标，以Y为纵坐标进行关联的。其中：为纵坐标进行关联的。其中：（2 2）规整填料泛点气速的计算）规整填料泛点气速的计算匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社.2002.1:263265对于散装填料，其泛点率的经验值为对于散装填料，其泛点率的经

34、验值为u/uF=0.5-0.85对于规整填料，其泛点率的经验值为对于规整填料，其泛点率的经验值为u/uF=0.6-0.95Ecket泛点关联图泛点关联图塔径的计算及校核塔径的计算：塔径的计算：塔径的圆整：塔径的圆整：塔径（塔径（D）圆整间隔圆整间隔举例举例70050或或100如：如：600、650、700700D1000100如：如：700、800、900D1000200如：如：1000、1200、1400单位：单位：mm（1）泛点率校核（2）填料规格校核填料种类填料种类D/d的推荐值的推荐值拉西环拉西环2030鞍环鞍环15鲍尔环鲍尔环1015阶梯环阶梯环8环矩鞍环矩鞍8（3）液体喷淋密度校核

35、）液体喷淋密度校核 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为：计算式为：计算式为：计算式为：式中：式中：式中：式中：UU液体喷淋密度，液体喷淋密度，液体喷淋密度，液体喷淋密度，mm3 3/(m/(m2 2h);h); L Lh h液体喷淋量，液体喷淋量，液体喷淋量，液体喷淋量，mm3 3/h;/h; D D填料塔直径，填料塔直径，填料塔直径，填料塔直径，mm为使填料能获得良好的润湿

36、，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以此极限值称为最小喷淋密度，以此极限值称为最小喷淋密度，以此极限值称为最小喷淋密度，以U Uminmin表示表示表示表示式中：式中：式中：式中：U Uminmin最小喷淋密度，最小喷淋密度，最小喷淋密度，最小喷淋密度，mm3 3/(m/(m2 2h);h); (L (LWW) )minmin最小润湿密度，最小润湿密度，最小润湿密度，最小润湿密度，mm3 3

37、/h;/h; at at填料的总比面积，填料的总比面积，填料的总比面积，填料的总比面积，mm2 2/m/m3 3最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可采用一些经验值。量。其值可由经验公式计算，也可采用一些经验值。对于直径不超过对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率的散装填料，可取最小润湿速率(LW)min为为0.08m3/(mh);对于直径大对于直径大于于75mm的散装填料，可取的散装填料，可取 (LW)min为为0.12m3/(mh)。对于对于规整填料规整填料，

38、其最小喷淋密度可从有关填料手册中查得，设计中，通常，其最小喷淋密度可从有关填料手册中查得，设计中，通常取取Umin=0.2。2.5.2. 填料层高度的计算填料层高度的计算2.1气相总传质单元高度的计算气相总传质单元高度的计算2.2气相总传质单元数的计算气相总传质单元数的计算对于散装填料，一般推荐的分段高度为：对于散装填料，一般推荐的分段高度为：填料类型填料类型h/Dhmax拉西环拉西环2.54m鞍环鞍环586m鲍尔环鲍尔环5106m阶梯环阶梯环8156m环矩鞍环矩鞍8156m2.6 填料层压降计算填料层压降计算散装填料的压降值可由散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。埃克特通用关联图计算。

39、先根据气液负荷及有关先根据气液负荷及有关数据，求出横坐标值，数据，求出横坐标值，再根据操作孔塔气速再根据操作孔塔气速u及有关物性数据，求出及有关物性数据，求出纵坐标值。通过作图得纵坐标值。通过作图得出交点出交点 ，读出交点的等，读出交点的等压线数值，即得到每米压线数值，即得到每米填料层压降值填料层压降值。2.7 2.7 塔内辅助装置的选择和计算塔内辅助装置的选择和计算1 1 液体分布器液体分布器液体分布器液体分布器2 2 填料塔附属高度填料塔附属高度填料塔附属高度填料塔附属高度3 3 填料支承板填料支承板填料支承板填料支承板4 4 填料压紧装置填料压紧装置填料压紧装置填料压紧装置5 5 液体进

40、、出口管液体进、出口管液体进、出口管液体进、出口管n n6 6 液体除雾器液体除雾器液体除雾器液体除雾器n n7 7 筒体和封头筒体和封头筒体和封头筒体和封头n n8 8 手孔手孔手孔手孔n n9 9 法兰法兰法兰法兰n n10 10 液体再分布装置液体再分布装置液体再分布装置液体再分布装置 pp1 1、换热器类型的选择、换热器类型的选择、换热器类型的选择、换热器类型的选择pp2 2、流动空间的选择、流动空间的选择、流动空间的选择、流动空间的选择pp3 3、流速的确定、流速的确定、流速的确定、流速的确定pp4 4、流动方式的选择、流动方式的选择、流动方式的选择、流动方式的选择 pp5 5、流体

41、出口温度的确定、流体出口温度的确定、流体出口温度的确定、流体出口温度的确定 一、设计方案的确定一、设计方案的确定一、设计方案的确定一、设计方案的确定二、列管式换热器的结构二、列管式换热器的结构二、列管式换热器的结构二、列管式换热器的结构三、列管式换热器设计计算三、列管式换热器设计计算三、列管式换热器设计计算三、列管式换热器设计计算第三节第三节 列管换热器设计列管换热器设计固定管板式换热器固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。1、换热器类型的选择优点：优点：优点：优点：1 1）传热面积比浮头式换热器大）传热面积比浮头式换热器大）传热面积比浮头式换热器大）传热面积比浮头式换热器大20%

42、-30%20%-30%；2 2）旁路漏流较水；）旁路漏流较水；）旁路漏流较水；）旁路漏流较水；3 3）锻件使用较少；）锻件使用较少；）锻件使用较少；）锻件使用较少；4 4）没有内漏。）没有内漏。）没有内漏。）没有内漏。缺点：缺点：缺点：缺点：1 1）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场合，）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场合，）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场合，）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场合，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（为了减少热应力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（为了减少热应力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；

43、（为了减少热应力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（为了减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件如：设置膨胀节通常在固定管板式换热器中设置柔性元件如：设置膨胀节通常在固定管板式换热器中设置柔性元件如：设置膨胀节通常在固定管板式换热器中设置柔性元件如：设置膨胀节来吸收热膨胀差）来吸收热膨胀差）来吸收热膨胀差）来吸收热膨胀差）2 2）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合；）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合；）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合；）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合；3 3）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子）管子腐蚀后造成连同壳体

44、报废，壳体部件寿命决定于管子）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低。寿命，故设备寿命相对较低。寿命，故设备寿命相对较低。寿命，故设备寿命相对较低。适用的场合：适用的场合：适用的场合：适用的场合：1 1）管壳程金属温差不是很大的场合；）管壳程金属温差不是很大的场合；）管壳程金属温差不是很大的场合；）管壳程金属温差不是很大的场合；2 2）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。

45、浮头式换热器 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，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，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，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，称为浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，称为浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，称为浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，称为浮头。浮头由浮头管板、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，因而不会管束可从壳体内抽出

46、。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会主生热应力。主生热应力。主生热应力。主生热应力。优点：优点：优点：优点：1)1)管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程；管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程；管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程；管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程；2)2)壳程壁与管壁不受温差限制；壳程壁与管壁不受温差限制；壳程壁与管壁不受温差限制；壳程壁与管壁不受温差限制；3)3)可在高温、高压下工作，一般温度可在高温、高压下工作，一般温度可在高温、高压下工作，一般温度可在高温、高压下工作，一般温度T450T450，P 6.4MPa;P 6

47、.4MPa;4)4)可用于结垢比较严重的场合可用于结垢比较严重的场合可用于结垢比较严重的场合可用于结垢比较严重的场合; ;5)5)可用于管程腐蚀场合可用于管程腐蚀场合可用于管程腐蚀场合可用于管程腐蚀场合. .缺点缺点缺点缺点: :1)1)浮头端易发生内漏；浮头端易发生内漏；浮头端易发生内漏；浮头端易发生内漏；2)2)金属材料耗量大，成本高金属材料耗量大，成本高金属材料耗量大，成本高金属材料耗量大，成本高20%20%；3)3)结构复杂。结构复杂。结构复杂。结构复杂。可用的场合：可用的场合：可用的场合：可用的场合：1 1）管壳程金属温差很大场合；）管壳程金属温差很大场合；）管壳程金属温差很大场合；

48、）管壳程金属温差很大场合；2 2）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；U形管式换热器 U U形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根只有一块管板，管束由多根只有一块管板，管束由多根只有一块管板，管束由多根U U形管组成，管的两端固定在形管组成，管的两端固定在形管组成，管的两端固定在形管组成，管的两端固定在同一块管板上

49、，管子可以自由伸缩。当壳体与同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U U形换热管形换热管形换热管形换热管有温差时，不会产生热应力。有温差时，不会产生热应力。有温差时，不会产生热应力。有温差时，不会产生热应力。优点：优点：优点：优点：1 1）管束可抽出来机械清洗；）管束可抽出来机械清洗；）管束可抽出来机械清洗；）管束可抽出来机械清洗；2 2）壳体与管壁不受温差限制；）壳体与管壁不受温差限制；）壳体与管壁不受温差限制；）壳体与管壁不受温差限制；3 3）可在高温、高压下工作，一般适用于）可在高温、高压下工作，一般适用于

50、）可在高温、高压下工作，一般适用于）可在高温、高压下工作，一般适用于T500T500，P 10MPa;P 10MPa;4 4）可用于壳程结垢比较严重的场合）可用于壳程结垢比较严重的场合）可用于壳程结垢比较严重的场合）可用于壳程结垢比较严重的场合; ;5 5）可用于管程易腐蚀场合）可用于管程易腐蚀场合）可用于管程易腐蚀场合）可用于管程易腐蚀场合. .缺点缺点缺点缺点: :1)1)在管子的在管子的在管子的在管子的U U型处易冲蚀，应控制管内流速型处易冲蚀，应控制管内流速型处易冲蚀，应控制管内流速型处易冲蚀，应控制管内流速; ;2)2)管程不适用于结垢较重的场合管程不适用于结垢较重的场合管程不适用于

51、结垢较重的场合管程不适用于结垢较重的场合; ;可用的场合可用的场合可用的场合可用的场合: :1)1)管程走清洁流体管程走清洁流体管程走清洁流体管程走清洁流体; ;2)2)管程压力特别高管程压力特别高管程压力特别高管程压力特别高; ;3)3)管壳程金属温差很大管壳程金属温差很大管壳程金属温差很大管壳程金属温差很大, ,固定管板换热器连设置膨胀节都无法满固定管板换热器连设置膨胀节都无法满固定管板换热器连设置膨胀节都无法满固定管板换热器连设置膨胀节都无法满足要求的场合足要求的场合足要求的场合足要求的场合. .l2、流动空间的选择3、流速的确定4、流动方式的选择、流动方式的选择 除逆流和并流之外，在列

52、管式换热器中冷、热流体还可以除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程或多

53、壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的损失。热和流体输送两方面的损失。热和流体输送两方面的损失。热和流体输送两方面的损失。 5、流体出口温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在确定流若换热器中冷、热流体的温

54、度都由工艺条件所规定，则不存在确定流若换热器中冷、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设计者来确定。例如用冷水

55、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；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；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；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。一般来为了减小传热面积，则需要

56、增加冷水量。两者是相互矛盾的。一般来为了减小传热面积，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过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于过，工业冷却用水的出口温度一般不宜高于4545，因为工业用水中所，因为工业用水中所，因为工

57、业用水中所，因为工业用水中所含的部分盐类（如含的部分盐类（如含的部分盐类（如含的部分盐类（如CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4 4、 MgCO MgCO3 3和和和和MgSOMgSO4 4等）的溶解度等）的溶解度等）的溶解度等）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，

58、可按差的污垢，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。同样的原则选择加热介质的出口温度。同样的原则选择加热介质的出口温度。同样的原则选择加热介质的出口温度。二、列管式换热器的结构1、管程结构换热管规格和排列的选择 换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。考虑到制造和维修的方便，加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系列标准规定采用 和 两种规格。 按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求

59、得管子长度。实际所取管长应根据出厂的钢管长度合理截用。我国生产系列标准中管长有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。同时，管子的长度又应与管径相适应，一般管长与管径之比，即L/D约为46 管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。 管板 固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。 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 。封头和管箱封头 用于直径小的壳体。管箱 用于直径大的壳体

60、，也叫分配室。用以分配液体和起封头的作用。压力较低时可采用平盖，压力较高时则采用凸形盖，用法兰与管板连接。检修时可拆下管箱对管子进行清洗或更换。2、壳程结构 换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等，可用作图法确定壳体的内径。单管程单管程壳体 （管心距一般是管外径的（管心距一般是管外径的1.25倍）倍）多管程多管程折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折

61、流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。切去的弓形高度约为外壳内径的1040，一般取25，过高或过低都不利于传热 。圆缺形 .圆盘形 两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.21)倍。板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。 我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七种七种浮头式有浮头式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或（或480mm），），600mm八种。八种。 接管尺寸换

62、热器中流体进、出口的接管直径按下式计算V Vs s- -流体的体积流量，流体的体积流量，流体的体积流量，流体的体积流量，mm3 3/s /s；u -u -接管中流体的流速，接管中流体的流速，接管中流体的流速，接管中流体的流速，m/sm/s。 流速流速流速流速u u的经验值为的经验值为的经验值为的经验值为: :对液体：对液体：对液体：对液体：u=1.5u=1.52 m/s2 m/s；对蒸汽：对蒸汽：对蒸汽：对蒸汽：u=20u=2050 m/s50 m/s；对气体：对气体：对气体：对气体：u=(15u=(1520)p/20)p/；式中式中式中式中p p为压强，单位为为压强，单位为为压强，单位为为压

63、强，单位为atm atm ； 为气体密度，单位为为气体密度，单位为为气体密度，单位为为气体密度，单位为kg/mkg/m3 3传热计算 给定的条件(1)热流体的入口温度T1、出口温度T2；(2)冷流体的入口温度t1 、出口温度t2； 热平衡方程式是反映换热器内冷流体的吸热量与热流体的放热量之间的关系式。由于换热器的热散失系数通常接近1，计算时不计算散热损失，则冷流体吸收热量与热流体放出热量相等 。三、列管式换热器设计计算1、传热系数K 传热系数传热系数传热系数传热系数K K是表示换热设备性能的极为重要的参数，是进是表示换热设备性能的极为重要的参数，是进是表示换热设备性能的极为重要的参数，是进是表

64、示换热设备性能的极为重要的参数，是进行传热计算的依据。行传热计算的依据。行传热计算的依据。行传热计算的依据。K K的大小取决于流体的物性、传热过的大小取决于流体的物性、传热过的大小取决于流体的物性、传热过的大小取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，程的操作条件及换热器的类型等，程的操作条件及换热器的类型等，程的操作条件及换热器的类型等，K K值通常可以由实验测值通常可以由实验测值通常可以由实验测值通常可以由实验测定，或取生产实际的经验数据，也可以通过分析计算求得定，或取生产实际的经验数据，也可以通过分析计算求得定，或取生产实际的经验数据，也可以通过分析计算求得定，或取生产实际的

65、经验数据，也可以通过分析计算求得 。列管式换热器中列管式换热器中K值大致范围值大致范围热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体传热传热系数系数系数系数K/(WmKK/(WmK-1-1) ) 水水水水轻轻油油油油重油重油重油重油气体气体气体气体水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝低沸点低沸点低沸点低沸点烃类烃类蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝高沸点高沸点高沸点高沸点烃类烃类蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝 水水水水水水水水水水水水

66、水水水水水水水水气体气体气体气体水水水水水水水水水沸水沸水沸水沸腾腾轻轻油沸油沸油沸油沸腾腾重油沸重油沸重油沸重油沸腾腾8508501700170034034091091060602802801717280280142014204250425030303003004554551140114060601701702000200042504250455455102010201401404254252、平均温度差逆流： 并流： 3、对流传热系数（无相变）对流传热系数（相变）4、污垢热阻 换热器的传热表面在经过一段时间运行后，壁面往往积一层污垢，对换热器的传热表面在经过一段时间运行后，壁面往往积一层污

67、垢，对换热器的传热表面在经过一段时间运行后，壁面往往积一层污垢，对换热器的传热表面在经过一段时间运行后，壁面往往积一层污垢，对传热形成附加的热阻，称为污垢热阻，这层污垢热阻在计算传热系数传热形成附加的热阻，称为污垢热阻，这层污垢热阻在计算传热系数传热形成附加的热阻，称为污垢热阻，这层污垢热阻在计算传热系数传热形成附加的热阻，称为污垢热阻，这层污垢热阻在计算传热系数K K时一般不容忽视。由于污垢层的厚度及其热导率不易估计，通常根时一般不容忽视。由于污垢层的厚度及其热导率不易估计，通常根时一般不容忽视。由于污垢层的厚度及其热导率不易估计，通常根时一般不容忽视。由于污垢层的厚度及其热导率不易估计，通

68、常根据经验确定污垢热阻。若管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别用据经验确定污垢热阻。若管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别用据经验确定污垢热阻。若管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别用据经验确定污垢热阻。若管壁内、外侧表面上的污垢热阻分别用RdRdi i和和和和RdRd0 0表示，根据串联热阻叠加原则表示，根据串联热阻叠加原则表示，根据串联热阻叠加原则表示，根据串联热阻叠加原则 污垢热阻Rd的大致范围污垢热阻Rd ii 流体流动阻力流体流动阻力(压强降压强降)的计算的计算 换热器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。换热器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。换热器管程及壳程的流动阻力

69、，常常控制在一定允许范围内。换热器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其他规格大换热器。按一般经验，对于液体常控制在他规格大换热器。按一般经验，对于液体常控制在他规格大换热器。按一般经验，对于液体常控制在他规格大换热器。按一般经验，对于液体常控制在10104 410105 5PaPa范围内，对于气体则以范围内，对于气体则以范围内，对于气体则以范围内，对于气体则以10103 310

70、104 4PaPa为宜。此外，也可依为宜。此外，也可依为宜。此外，也可依为宜。此外，也可依据操作压力不同而有所差别，参考下表据操作压力不同而有所差别，参考下表据操作压力不同而有所差别，参考下表据操作压力不同而有所差别，参考下表 换热换热器操作器操作器操作器操作压压力力力力P(Pa)P(Pa)允允允允许压许压降降降降P P1010105 5 ( (表表表表压压) )0.1P0.1P0.5P0.5P55 10104 4 Pa Pa(1) 管程流体阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。对于多程换热器，其总阻力 pt等于各程直管阻力、回弯阻力及进、出口阻力之和。一般进、出口阻力可忽略不计，故管程总阻

71、力的计算式为 每程直管阻力；每程回弯阻力式中 Pi、Pr-分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，N/m2Ft-结垢校正因数，无因次，对于252.5mm的管子，取为1.4， 对于192mm的管子，取为1.5；Np-管程数； Ns-串联的壳程数。(2) 壳程流体阻力 现已提出的壳程流体阻力的计算公式虽然较多，但是由于流体的流动状况比较复杂，使所得的结果相差很多。下面介绍埃索法计算壳程压强的公式 壳程总阻力损失， 流过管束的阻力损失， 流过折流板缺口的阻力损失， Fs-壳程阻力结垢校正系数，对液体可取Fs=1.15， 对气体或可凝蒸汽取Fs=1.0； Ns-壳程数； 管束阻力损失 折流板缺口阻

72、力损失 NB 折流板数目； NTc横过管束中心的管子数 对于三角形排列的管束， 对于正方形排列的管束， 为每一壳程的管子总数； B - B - 折流板间距，折流板间距，折流板间距，折流板间距，mm；D - D - 壳程直径，壳程直径，壳程直径，壳程直径，mm；U U0 0 - - 按壳程流通截面积或按其截面积按壳程流通截面积或按其截面积按壳程流通截面积或按其截面积按壳程流通截面积或按其截面积 计算所得的壳程流速，计算所得的壳程流速，计算所得的壳程流速，计算所得的壳程流速，m/sm/s；F - F - 管子排列形式对压降的校正系数，对三角形排列管子排列形式对压降的校正系数，对三角形排列管子排列形

73、式对压降的校正系数，对三角形排列管子排列形式对压降的校正系数，对三角形排列F=0.5F=0.5， 对正方形排列对正方形排列对正方形排列对正方形排列F=0.3F=0.3，对正方形斜转，对正方形斜转，对正方形斜转，对正方形斜转4545，F=0.4F=0.4； f f0 0 - - 壳程流体摩擦系数壳程流体摩擦系数壳程流体摩擦系数壳程流体摩擦系数iii 列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结 设有流量为设有流量为设有流量为设有流量为mmh h的热流体，需从温度的热流体，需从温度的热流体，需从温度的热流体，需从温度T T1 1冷却至冷却至冷却至冷却至T T2 2，

74、可用的冷，可用的冷，可用的冷，可用的冷却介质入口温度却介质入口温度却介质入口温度却介质入口温度t t1 1，出口温度选定为，出口温度选定为，出口温度选定为，出口温度选定为t t2 2。由此已知条件可。由此已知条件可。由此已知条件可。由此已知条件可算出换热器的热流量算出换热器的热流量算出换热器的热流量算出换热器的热流量QQ和逆流操作的平均推动力。根据传和逆流操作的平均推动力。根据传和逆流操作的平均推动力。根据传和逆流操作的平均推动力。根据传热速率基本方程热速率基本方程热速率基本方程热速率基本方程 当当当当QQ和和和和t tmm已知时，要求取传热面积已知时，要求取传热面积已知时，要求取传热面积已知

75、时，要求取传热面积A A必须知必须知必须知必须知KK，则则是由是由是由是由传热传热面面面面积积A A的大小和的大小和的大小和的大小和换热换热器器器器结结构决定的。可构决定的。可构决定的。可构决定的。可见见，在冷、，在冷、，在冷、，在冷、热热流体的流体的流体的流体的流量及流量及流量及流量及进进、出口温度皆已知的条件下，、出口温度皆已知的条件下，、出口温度皆已知的条件下，、出口温度皆已知的条件下，选选用或用或用或用或设计换热设计换热器必器必器必器必须须通通通通过试过试差差差差计计算，按以下步算，按以下步算，按以下步算，按以下步骤进骤进行。行。行。行。 1、初选换热器的规格尺寸、初选换热器的规格尺寸

76、 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.80.8，否则应改变流动方式，重新计算。，否则应改变流动方式，重新计算。，否则应改变流动方式，重新计算。，否则应改变流动方式，重新计算。 计算热流量计算热流量计算热流量计算热流量QQ及平均传热温差及平均传热温差及平均传热温差及平均传热温差t tmm，根据经验估计总传，根据经验估计总传，根据经验估计总传，根据经验估计总传热系数热系数热系数热系数KK估估估估，初估传热面积，初估传热面积，初估传热面积，初估传热面

77、积A A估估估估。 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据选取管程适宜流速，估算管程数，并根据选取管程适宜流速，估算管程数，并根据选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A A估的数值，估的数值，估的数值，估的数值，确定换热管直径、长度及排列确定换热管直径、长度及排列确定换热管直径、长度及排列确定换热管直径、长度及排列 2、核算总传热系数、核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数传系数传系数传系数KK计，并与估算时所取用

78、的传热系数计，并与估算时所取用的传热系数计，并与估算时所取用的传热系数计，并与估算时所取用的传热系数KK估进行比较。估进行比较。估进行比较。估进行比较。如果相差较多，应重新估算如果相差较多，应重新估算如果相差较多，应重新估算如果相差较多，应重新估算 3、计算传热面积并求裕度、计算传热面积并求裕度 根据计算的根据计算的根据计算的根据计算的KK计值、热流量计值、热流量计值、热流量计值、热流量QQ及平均温度差及平均温度差及平均温度差及平均温度差t tmm，由总传，由总传，由总传，由总传热速率方程计算传热面积热速率方程计算传热面积热速率方程计算传热面积热速率方程计算传热面积A A0 0，一般应使所选用

79、或设计的实，一般应使所选用或设计的实，一般应使所选用或设计的实，一般应使所选用或设计的实际传热面积际传热面积际传热面积际传热面积A AP P大于大于大于大于A A0 0。裕度的计算式为：。裕度的计算式为：。裕度的计算式为：。裕度的计算式为： 4、计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数NP和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时NP与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 课程设计书写规范与考核课程设计书写规范与考核设计书格式绘图规范考核方式考核内容为设计方案、计算过程、相关图纸、说明书等；成绩构成为：设计态度及出勤率（10分）、设计质量（40分）、说明书质量（20分）、答辩情况（30分），最终成绩分为优、良、中、及格、不及格。课程设计总结 课程设计总结与归档课程设计总结与归档资料归档对本次课程设计的学生情况、设计情况、存在问题进行全面总结。附课程设计成绩课程设计实施方案课程设计实施方案课程设计说明书课程设计说明书课程设计总结课程设计总结课程设计题目课程设计题目