换热器PPT

• 对学生进行一次设计技能的基本训练，培养学
化工原理课程设计是提高学生实际工作能力的重要环节
二、课程设计的内容
•
(1)设计方案简介：选定适宜的流程方案和设备类型，初步
确定工艺流程。对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行 简要的论述。
• (2)主要设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料
衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计
壳体
• 壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接
管，供壳程流体进入和排除之用。直径小 于400mm的壳体通常用钢管制成，大于 400mm的可用钢板卷焊而成。壳体材料根 据工作温度选择，有防腐要求时，大多考 虑使用复合金属板。
壳体内径的计算
• 单程管：
• • •
D t n c 1 2 3 d 0
• (3)典型辅助设备的选型和计算：包括典型辅助设备的主要
工艺尺寸计算和设备型号规格的选定
• (4)带控制点的工艺流程简图：以单线图的形式绘制，标出
主体设备和辅助设备的物料流向、物料量、能流量和主要化工参 数测量点
• (5)主体设备设计条件图：图面上应包括设备的主要工
艺尺寸、技术特性表和管口表
三、设计说明书编排顺序
四、主要参考文献
• 1．柴诚敬，刘国维等．化工原理课程设
计．天津：天津科学技术出版社，1994 • 2．黄潞，王保国．化工设计．北京：化学 工业出版社，2001 • 3．匡国柱，史启才．化工单元过程及设备 课程设计．北京：化学工业出版社，2002 • 4．邓建成．新产品开发与技术经济分 析．北京：化学工业出版社，2001 • 5．柴诚敬，张国亮．化工流体流动与传 热．北京：化学工业出版社，2000
3、流速的确定
换热器常用流速的范围
介质 循环水 新鲜水 一般液 体 0.5-37 0.2-1.5 易结垢液体 低粘度油 高粘度油 气体
流速
管程流速， 1.0-2.0 m/s 壳程流 速,m/s 0.5-1.5 0.8-1.5 0.5-1.5 >1.0 >0.5 0.8-1.8 0.4-1.0 0.5-1.5 0.3-0.8 5-30 2-15
换热器的设计
• 换热器， 在不同温度的流体间传递热能的
装置称为换热器。 • 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业 中广泛使用各种换热器，且它们是上述行 业的通用设备，占有十分重要的地位。
列管式换热器的设计
• 1、热力设计 • 2、流动设计 • 3、结构设计 • 4、强度设计
横向 壳体、管板、管束、顶盖（封头） 挡板 、 纵向
化工原理课程设计 华 平
一、课程设计目的、性质及任务
• 化工原理课程设计以“化工原理课程教学基本
要求”为依据，是在学完《化工原理》、《物 理化学》、《化工制图》、《化工仪表及自动 化》、《化工设备机械基础》及计算机编程与 优化等有关课程后开设的一门工程设计课。
生综合运用所学的书本知识解决实际问题的能 力，也为毕业设计打下基础。
• ①标题页(见附录一所示的标题页示例)； • ②设计任务书（见附录二）； • ③目录；
• • • • • • • •
④设计方案简介； ⑤工艺流程草图及说明； ⑧工艺计算及主体设备设计；． ⑦辅助设备的计算及选型； ⑧设计结果概要或设计一览表； ⑨对本设计的评述； ⑩附图(带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图)； ⑾参考文献； ⑿主要符号说明。
横向 壳体、管板、管束、顶盖（封头） 挡板 、 纵向
固定管板式
浮头式
热力设计
• 根据使用单位提出的基本要求，合理地选
择运行参数，并进行传热计算。 • 计算出总传热系数、传热面积
流动设计
• 计算压降，为换热器的辅助设备提供选择
参数
结构设计
• 根据传热面积的大小计算其主要零部件的
di u
按单管程设计， 所需的传热管长度为：
L
S
d oLeabharlann Baidun s
10 . 8 m
现取传热管长为6m，
• 则管程数：
NP
• 总管数58×2＝116
L l
2
换热器核算
1.热量衡算 由于采用圆缺形折流板，可采用克恩公式
0 . 14
o 0 . 36
o
de
Re o
0 . 55
Pr
壳程流通截面积
oo o
uo
2.流动空间及流速的确定
• 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清
洗，应使循环水走管程，油走壳程，选用 Ф 25×2.5的碳钢管，管内流速取0.5m/s。
确定物性数据
• 壳程油的定性温度为： • T＝90℃ • 管程流体的定性温度为： • t＝35 ℃
根据定性温度查处煤油和水物性
• 密度 • 定压必热容 • 导热系数 • 粘度
1/3
o w
当量直径，若是正三角形排列
3 2 2 4 t do 2 4
de
d o
壳体流通截面积
So
do BD 1 t
壳程流速及雷诺数为
uo Re ＝
煤油处理量
/( 3600 * 煤油密度）
流动空间选择的具体措施
（1）宜于通入管内空间的流体 不清洁的流体 体积小的流体 有压力的流体 腐蚀性强的流体 与外界温差大的流体
（2）宜于通入管间空间的流体
当两流体温度相差较大时，α值大的流体走管 间 若两个流体给热性能相差较大时，α值小的流 体走管间 饱和蒸汽走管间 黏度大的流体走管间 泄露后危险性大的流体走管间
t－－－是管心距，mm do－－－换热管外径，mm nc－－－－－横过管束中心线的管数，该值与管子
排列方式有关
• 正三角形排列：
n c 1 .1 N
正方形排列：
n c 1 . 19 N
多管程排列
D 1 . 05 N

N---排列管子数目
----管板利用率（正三角形排列2管程：0.7-0.85；
尺寸
强度设计
• 应力计算。考虑换热器的受力情况，特别
是在高温高压下换热器的受压部件应按照 国家压力容器的标准设计。
列管式换热器的工艺设计
1、根据换热任务和有关要求确定设计方案 2、初步确定换热器的结构和尺寸 3、核算换热器的传热面积和流体阻力 4、确定换热器的工艺结构
设计方案的设计
• 1、换热器类型的选择 • 固定管板式换热器 • 浮头式换热器 • U型管换热器 • 填料函式换热器
排列方式：正方形直列 正方形错列 三角形直列 三角形错列 同心圆排列
图形表示
管板
• 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 • 管板与壳体的连接有可拆连接和不可拆连
接两种。
封头和管箱
封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及 分配管程流体。
>4管程：0.6-0.8 正方形：2管程：0.55-0.7 ; >4管程：0.45-0.65
设计示例
• 年处理量：6000kg/h， • 煤油从140℃－40 ℃ • 循环水入口温度：30 ℃－40 ℃
• 煤油压力：0.3MPa • 循环水压力：0.4MPa
1.选择换热器类型
考虑季节操作，选用带有膨胀节的固定管板 式换热器
计算总传热系数
QO m oc pto tm t1 t 2 ln wi Re QO c p ti d iu i i t1 t2
i
i 0 . 023
i d iu i i
di
0 .8
i

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列管式换热器易燃、易爆液体 和气体允许的安全流速 液体名称 乙醚、 二硫化碳、 苯 甲醇、 丙酮 乙醇、 汽油 <2－3 <10 氢气
安全流速，m/s <1
≤8
材质的选择
• 1.碳钢 • 2.不锈钢
换热管布置和排列间距
常用换热管规格有ø19×2mm, ø25×2mm(不锈 钢）, ø25×2.5mm（碳钢）,
2、流动空间的选择
• 原则 • （1）传热系数较小的一个，应流动空间较 • • •
大，
使传热面两侧的传热系数接近 （2）换热器减少热损失 （3）管、壳程的决定应做到便于除垢和修理，以 保证运行的可靠性 （4）应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应 力。从这个角度来讲，顺流式就优于逆流式
（5）对于有毒的介质或气相介质，必使其 不泄露，应特别注意其密封性，密封不仅 要可靠，而且应要求方便及简洁 （6）应尽量避免采用贵金属，以降低成本

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工艺结构尺寸
• 1.管径和管内流速： • 选用Ф 25×2.5传热管（碳钢），取管内流速 • •
0.5m/s 2.管程数和传热管数 单程传热管数：
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