第六章换热器设计解析
换热器设计详解
《化工原理》
三、课程设计中应注意的问题
4.在设备结构尺寸上，要从加工制造方便、操作安 全可靠的角度考虑，适当的把尺寸调整为整数；
5.设备装置图应按机械制图的规定绘制； 6.在完成规定的基本设计任务后，可进行多方案的
《化工原理》
酒精冷却器设计
2011.5.28
换热器设计
《化工原理》
1
设计方案的确定
2
工艺设计计算
3
结构设计及选型
4
绘制设备装置图
5
撰写说明书
《化工原理》
一、设计的目的及要求
意义:化工原理课程设计是一个具有总结性的实践 教学环节。是综合应用本课程和相关课程知识，完 成以某单元操作为主的一次设计实践。为毕业设计 和今后从事技术工作打下一定的基础。
《化工原理》
一.设计方案的确定
设计方案确定内容: 工艺过程及流程简介(流程图) 换热器类型、型式的选择； 换热器放置方式的选择； 流体流道的选择； 流体流速的选择 冷却剂(水)出口温度的确定等。
《化工原理》
一、设计方案的确定（论述） 1、工艺过程及流程简介（目的,流程图) 参考化工原理。
5.熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范。 6.具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己设
计思想与设计成果的能力。
《化工原理》
二、课程设计任务
题目:设计一台______换热器 (一) 设计任务与工艺条件 1.生产能力_______㎏/h 2. 由____℃冷却到____℃ 3.冷却水进口温度_____℃ 4.冷却水出口温度_____℃
1化工原理课程设计(换热器)解析
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。
3、允许压强降：不大于1×105Pa。
4、每年按330天计，每天24小时连续运行。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。
2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。
3、设计结果概要或设计结果一览表。
4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。
5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。
换热器设计案例讲解
一、设计任务二、设计方案简介2.换热器类型选择按照设计任务书的要求，冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。
鉴于要冷却的材料是果浆，流体压力不大，温度变化为80—20℃，管程与壳程的温度差较大（相差50℃以上），加上考虑清洗要求高等因素，本次设计我决定采用浮头式换热器。
浮头式换热器的结构如下图所示。
这种换热器有一端的管板不与壳体相连，可沿管长方向自由伸缩，即具有浮头结构，当壳体与管束的热膨胀不一致时，管束连同浮头可在壳体内轴向上自由伸缩。
这种结构不但彻底消除热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便与管内管间的清洗，维修。
因此，用材量大，造价高，结构复杂，但应用仍十分广泛。
考虑到水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下，综合考虑以上标准，确定果浆应走管程，水走壳程。
由于果汁有弱酸性，又因不锈钢管较碳钢管有较好的抗酸腐蚀性，故选用mm 225⨯Φ的不锈钢管。
由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
查阅资料管程一般液体流速0.5-3m/s ，易结垢液体>1m/s 。
故拟取流速为2m/s 。
三、工艺及设备设计计算3.1确定设计方案 3.1.1．换热器类型 浮头式换热器设计基本参数处理能力：5000kg/h设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。
3.1.2．流体流动形式为了增大平均温差，节省操作费用，本次设计采用逆流的流动方式。
3.2确定物性数据定性温度：对于一般液体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均 值。
故：果浆的定性温度为 ℃5022080T =+=水的定性温度为 t = ℃13.521710=+果浆在50℃下的有关物性数据如下：密度 ： 0ρ= 1058 kg/3m定压比热容： C po =3584 J/(kg·℃) 导热系数 ： 0λ =0.61 W/(m·℃)黏度 ： = 2×10-3 Pa·s水在13.5℃下的有关物性数据如下：密度 ： i ρ = 999.7 kg/3m定压比热容：C pi = 4191 J/(kg·℃) 导热系数 ： i λ= 0.58 W/(m·℃)黏度 ： i μ= 1.2×10-3 Pa·s3.3计算总传热系数 3.3.1热负荷Kw h KJ 67.298/101.075220)-(803.5845000T C q Q 60P0m0T =⨯=⨯⨯=∆=3.3.2平均传热温差 所以m t ∆=2121ln t t t t ∆∆∆-∆=()()10-2017-80ln 10-201780--=28.8（℃）3.3.3水用量640P0i Q 1.075210 3.66510/C t 4.191(17-10)miq kg h ⨯===⨯∆⨯ μ 03.3.4总传热系数K （1）管程传热系数：43e 10499.3102.17.9992021.0R ⨯=⨯⨯⨯==-iii i u d μρ>4000 (湍流区) 对流传热系数：C/39.650458.0102.14191102.17.9992021.0021.058.0023.0)()(023.034.038.034.0ii 8.0i i i i i ︒⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯==--m w C u d d p i i λμμρλα（2）壳程传热系数：假设壳程的传热系数10000=α W/(2m ·℃)污垢热阻 Rso=0.0003(m 2·℃)/WRsi=0.0002(m 2·℃)/W管壁的导热系数 λ=17.4W/(m·℃)0000011αλα++++=s m i si i i R d bd d d R d d K℃•=++⨯⨯+⨯+⨯=2W/m 53.541100010003.00229.04.17025.0002.0021.0025.00002.0021.075.3735025.013.4计算换热面积2m T 2.198.2853.541298670t K Q 'm A =⨯=∆=考虑15%的面积裕度：208.22'15.1m A A ==3.5工艺尺寸计算 3.5.1 管径和流速取mm 225⨯Φ的不锈钢管,流速u=2m/s. 3.5.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数2242860/(36001058)180.7850.02114v s i q n d uπ⨯==≈⨯⨯（根）按单管程计算，所需的传热管长度为： 传热管长：m n d A s 63.1518025.014.308.22L 00=⨯⨯==π按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
1化工原理课程设计(换热器)解析
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。
3、允许压强降：不大于1×105Pa。
4、每年按330天计，每天24小时连续运行。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。
2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。
3、设计结果概要或设计结果一览表。
4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。
5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。
《换热器的设计》课件
换热器的设计
1
设计步骤
换热器的设计需求分析、换热面积计算、热负荷计算、流道设计和热力性能计算。
2
工作原理
通过流体之间的热交换，实现热量的传递，以满足不同工况下的换热要求。
3
计算要点
换热器的传热系数、温度差、流阻和压降等因素在设计中需要充分考虑。
换热器的设计
# 换热器的设计 换热器在许多行业中起着至关重要的作用。本课件将介绍换热器的定义、作 用、设计步骤、材料选择、安装与维护、应用案例以及未来发展前景。
什么是换热器
换热器是一种用于传递热量的设备。它能够将热量从一个物质传递给另一个 物质，实现能量的转移。
换热器的作用是在不同的流体或流体与固体之间实现热量的传递，从而提高 能量利用效率。
换热器的材料选择
材料要求
耐腐蚀性、导热性好、强度高、易加工、经济适用是选择材料的主要考虑因素。
常用的材料
包括不锈钢、铜、钛合金、镍基合金等，可以根据具体工况选择。
选型注意事项
需考虑工作温度、工作压力、介质性质、材料成本等因素进行综合评估。
换热器的安装与维护
1
安装步骤
准备工作、现场测量、固定支架、安装管道、焊接接头、压力测试、调试和启动。
应用案例分析
通过具体案例分析，展示 换热器在不同领域中的应 用效果和经济效益。
结语
换热器的发展及趋势
随着科技进步和能源需求的增 长，换热器技术将不断进步并 适应新的应用领域。
换热器在节能减排中的 作用
换热器的应用可以有效节约能 源、减少二氧化碳排放，为环 境保护作出贡献。
ห้องสมุดไป่ตู้
换热器的未来发展前景
化工原理换热器设计
化工原理换热器设计换热器是化工流程中常见的设备，用于进行热量传递，将热能从一个流体传递到另一个流体。
换热器的设计需要考虑许多因素，包括换热面积、热负荷、传热系数等。
下面是一些常见的换热器设计步骤和考虑因素。
首先，确定换热器的类型。
常见的换热器类型包括壳管式、板式、螺旋式等。
每种类型的换热器都有其适用的场景，需要根据具体的工艺要求来选择。
其次，确定热负荷，即需传递的热量。
热负荷的计算可以通过流体的温度差和流量来估算。
根据热负荷，可以初步确定所需的换热面积。
接下来，确定传热系数。
传热系数是换热器设计中非常重要的参数，它描述了热量传递的效率。
根据换热器内的流体特性，可以通过经验公式来估算传热系数。
然后，根据换热器的类型和热负荷，计算出换热面积。
换热面积是换热器设计的关键参数，它确定了换热器的大小。
换热面积可以通过热负荷和传热系数来计算。
在计算换热面积之后，需要考虑流体的压降。
压降是指流体通过换热器时产生的阻力。
过大的压降会影响流体的流动，因此需要选择合适的换热器尺寸来控制压降。
在确定换热器尺寸之后，还需要进行结构设计。
结构设计包括换热器的材料、密封结构等。
需要根据工艺要求和流体特性来选择合适的材料，并确保换热器的密封工艺符合要求。
最后，还需要考虑换热器的操作和维护。
换热器是需要定期清洗和维护的设备，需要保证运行的安全性和可靠性。
总结起来，换热器设计需要考虑的因素包括类型选择、热负荷计算、传热系数估算、换热面积计算、压降控制、结构设计等。
这些因素的确定需要基于对流体特性和工艺要求的深入了解和分析，为换热器的安全、高效运行提供保障。
化工原理课程设计——换热器的设计
化工原理课程设计——换热器的设计1000字
该课程设计的目标是设计一个换热器，用于从一种热流体中传递热量到另一种热流体。
设计过程中需要考虑到热传递的效率和换热器的成本。
设计要求：
1.设定两种热流体的流量和进出口温度。
2.根据流量和温差计算出所需的传热量。
3.选择一种合适的换热器类型并计算出尺寸和效率。
4.根据选择的换热器类型确定换热管的材料，并计算出所需的管道长度。
5.确定换热器外壳材料和绝缘材料，并计算出所需的壁厚度。
在设计过程中，需要进行以下计算：
1.计算热传递量：
热传递量 = 流量 x 热容 x 温差
流量：两种热流体的流量
热容：热流体的比热容
温差：两种热流体的进出口温度差
2.选择换热器类型：
常见的换热器类型包括：管式热交换器、板式热交换器和壳管式热交换器。
在选择时需要考虑到传热效率、材料成本以及维护难度等因素。
3.计算换热管尺寸：
换热管的长度和直径需要根据流量和传热效率来计算，同时需要考虑到管壁的热传递系数和管壁的厚度。
4.确定换热器外壳材料和绝缘材料：
外壳的材料需要考虑到其耐腐蚀性和强度，同时需要计算出所需的壁厚度。
绝缘材料需要选用热传导系数较小的材料，以提高传热效率。
5.总体设计方案：
根据上述计算和选择，得到符合要求的换热器总体设计方案，并进行设计图纸和工艺流程图的绘制。
结论：
在设计过程中，需要考虑到换热器的热传递效率、成本、材料选用和维护难度等因素，从而得出符合要求的总体设计方案。
换热器的设计范文
换热器的设计范文引言:换热器是一种用于传递热能的设备，广泛应用于工业生产和生活中。
换热器的设计对于能源的节约和热能的利用具有重要意义。
本文将详细介绍换热器的设计原理、构造要素以及设计过程，并提出一些优化建议。
一、换热器的设计原理1.1热传导原理热传导是换热器中热能传递的主要方式。
热传导的原理是通过分子间的碰撞使得热能从高温区传递到低温区。
换热器的设计应该充分利用热传导原理，以提高热传导效率。
1.2对流换热原理对流换热是指通过流体的运动将热能从一个地方传递到另一个地方。
对流换热的效率取决于流体的速度和传热面与流体之间的接触程度。
设计时应该考虑流体的流动状态，以提高对流换热效率。
二、换热器的构造要素2.1传热介质传热介质是换热器中传递热能的媒介物质，通常是液体或气体。
选择合适的传热介质对于换热器的效果至关重要。
传热介质的选择应该考虑其导热性能、流动性能和耐腐蚀性能等因素。
2.2热交换面积热交换面积是指用于传递热能的换热器表面的总面积。
热交换面积的大小直接影响换热器的传热效率。
设计时应该合理确定热交换面积，以提高传热效果。
2.3热阻热阻是指热量在传递过程中的阻碍程度，是换热器性能的重要衡量指标。
设计时应该尽量降低热阻，提高换热器的传热效率。
三、换热器设计的步骤3.1确定换热器的工作条件3.2选择合适的换热器类型根据工作条件和传热要求，选择适合的换热器类型。
常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器和空气换热器等。
根据具体的需求，选择合适的换热器类型。
3.3计算换热器的换热面积根据传热介质的换热要求，计算所需的换热面积。
换热面积的计算可以根据换热器类型和传热方程进行。
其中，传热方程可以根据热传导和对流传热原理进行建立。
3.4确定换热器的结构参数根据所选的换热器类型和计算的换热面积，确定换热器的结构参数。
包括传热介质的进出口位置、传热面的布置方式以及其他相关元件的设计等。
3.5进行换热器的优化设计根据设计的初步结果，进行换热器的优化设计。
换热器网络的综合
第六章换热器网络的综合换热器网络的综合的目标是，在公用工程用量最少的前提下，寻找设备投资最少（即换热单元数最少）。
实际上，这个目标很难同时满足，在实际进行网络设计时，一般是先找出最小公用工程消耗，然后再采取一定方法，减少换热单元数。
6.1 热力学最小传热面积网络的综合根据有效能分析，在T-H图上合理分配传热温差及热负荷，实现冷热流体的逆流分配，得到满足要求的热力学最小面积网络。
具体步骤：①搜集物流数据：流量、温度、比热容、汽化热等；②构造冷、热物流的组合曲线；③调整冷热物流的组合曲线，使得最小传热温差不小于指定值；④划分温度间隔区间，进行物流匹配。
具体作法说明：例如，一换热器系统，包含两个热物流H1、H2和一个冷物流C1，经上述步骤一、二、三后，在T-H图上得到的结果如图6-1所示。
线段AE、FD、GH分别表示物流H2、H1、C1，热物流的组合曲线为ABCD，物流间的最大换热量为Q R，所需的最小公用工程冷却负荷为Q C,min，所需的最小公共工程加热负荷为Q H,min。
图6-1 确定物流间的最大换热量按照第四步，进行组合曲线区间的分割，由热物流组合曲线的折点B和C，分别引垂线交冷物流线段GH于点I和P，则表面冷物流C1的IP段要同热物流H1的CF线段进行匹配热物流H2的BE部分匹配换热，为此，要把冷物流的IP段要分解为两股物流，分割结果见图6-2。
图6-2 分割区间确定匹配关系图6-3 对应图6-2的换热网络换热网络合成的研究（1）Hohmann的开创性工作。
提出了换热网络最少换热单元数的计算公式，在温焓图上进行过程物流的热复合，找到了换热网络的能量最优解，即最小公用消耗，从理论上导出了换热网络的两个理想状态，从而为换热网络设计指明了方向。
（2）Linnhoff和Flower的工作从热力学的角度出发，划分温度区间和进行热平衡计算，这样可通过简单的代数运算就能找到能量最优解（即最小公用工程消耗），这就是著名的温度区间法（简称TI法）。
换热器的设计(共8张PPT)
为求得传热系数K，须计算两侧的给热系数α，故设计者必需决议：
①冷、热流体各走管内还是管外；
②选择适当的流速。
流速的选择一方面涉及传热系数K即所需传热面的大小，另一方面又与流体经过换热 面的阻力损失有关。
因此，流速选择也是经济上权衡得失的问题。
但管内、外都尽量防止层流形状。
同时，还必需选定适当的污垢热阻。
设计型计算中参数的选择
由传热根本方程式可知，为确定所需的传热面积，必需知道平均推进力△tm和传热系数K。
为计算对数平均温差△tm，设计者首先必需：
①选择流体的流向，即决议采用逆流、并流还是其他复杂流动方式；
〔1〕、在A一样的条件下，逆流操作时，加热剂〔冷却剂〕用量较并流少。 〔2〕、在加热剂〔冷却剂〕用量一样条件下，逆流操作的换热器传热面积较并流的少。 另外，逆流操作还有冷、热流体间的温度差较均匀的优点。
设此计时型 ，计传算热中根参本数方的程选式择成为线性，无论何种类型的操作型问题皆可采用消元法求解，无需试差或迭代。
因传 传冷此热热却假， 速过 介设流率 程质速的 的出换选改 调口择动 理温热也， 问度器是能 题t2越经够 本在高济来质，原上自其权△ 也工用衡是tm量得操况的越失作变下少的型化，问，冷回题也却收。的能的求够介能解来量质过自的程K的的价，变值下温化也面升，越仍而高以曾多，热数同经流是时体很由，的两保冷小者送却，共流为同体例即引的加出起动以的力阐口。耗明费温。即度操作t费2很用也低减小，。增 冷判却别大介 一冷质个出现却口有温换水度热流器t2越对量高指，不定其的会用消量费使越义△少务，能t回m否有收适的用较能，量大或的者的价预值测添也某加越些高参。，数同的时变，化保对送换流热体器的传动热力才耗干费的即影操响作等费都用属也于减操小作。型问题。
第六章___间壁式热质交换设备的热工计算解读
不同点：
LMTD法：逆流×温差修正系数（有利于流动形式 的改进；但对数计算较麻烦）
ε-NTU法：K已知时求解方便。
6.5表面式冷却器的热工计算
1.表冷器处理空气时发生的热质交换的特点
等湿冷却过程或干冷过程(干工况) 减湿冷却过程或湿冷过程(湿工况)
总热交换量：
（逆流）
1 f (NTU ,Cr , 流动形式 ) f (Vy , w, )
表冷器的接触系数
只考虑空气的状态变化
或 因为-Gdi=hm(i-i3)dA 和hm＝hw/cp
如果将G=AyVyρ代入上式，则：
肋通系数
代入上式
即ε2=f（Vy，N）
结论：增加排数和降低迎面风速都能增加表冷器 的接触系数。
第六章 间壁式热质交 换设备的热工计算
热质交换设备
在暖通空调等许多工程应用中，经常需要在 系统和它的周围环境之间或在同一系统的不同 部分之间传递热量和质量。
这种以在两种流体之间传递热量和质量为基本 目的的设备称为热质交换设备。
在设备中，有时仅有热量传递，有时热量传递 与质量传递同时发生。
表冷器热工计算的主要原则
该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程需 要的ε1；
该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程需 要的ε2；
该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热 量。
表冷器热工计算的主要原则
定义式
计算式
空气处理需要的 冷却器能达到的 实际影响因素
表冷器的设计计算步骤 【例5-1】
G2c2
G1c1 ,
G2c2 (t2'' G2c2 (t1'
t2' ) t2' )
第6章 热交换过程及换热器
( 六)
多媒体教学课件 李文科 制作
第六章 热交换过程及换热器
第一节 制冷机中热交换设备的传热
过程及传热计算方法
第二节 蒸 发 器 第三节 冷 凝 器
第四节 蒸发器供液量的自动调节
第五节 制冷系统的传热强化与削弱
第一节 制冷机中热交换设备的 传热过程及传热计算方法
内 容 提 要
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
图6－1 圆管壁的传热过程
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
以圆管外壁面面积为基准计算，传热系数ko为 1 ko (6－8) do 1 do do 1 ln d i hi 2 d i ho 工程计算中，当圆管的内、外径之比 do/di≤2时，式(6 －8) 1 可简化为 ko do 1 do 1 (6－9) d i hi d m ho 1 ko 或 d o 1 Ao 1 (6－10) d i hi Am ho 式中：δ—圆管壁厚，m；λ—圆管热导率，W/(m· K)； dm—圆管内、外直径的算术平均值，m； Am—圆管内、外表面面积的算术平均值，m2。
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
平均温差Δtm与介质的流动形式有关。如图6－3所示，冷、
热流体的流动形式主要有 4 种：两者平行且同向流动时称 为顺流；两者平行而反向流动时称为逆流；彼此垂直的流 动称为交叉流；图6－3d所示的情形称为混合流，对应于蛇 形管换热器中的流动情形。 在顺流和逆流情况下，冷、热流体的温度变化如图6－ 4所示。可以证明，当冷、热流体的热容量 (质量流量与比 热容的乘积)在整个换热面上均为常量、传热系数k在整个 换热面上不变、换热器无散热损失、沿换热面轴向的导热 量可以忽略不计，以及换热器中任何一种流体都不能既有 相变又有单相对流换热时，换热器内的平均传热温差取两 端温差的对数平均值温差，计算式如下：
管壳式换热器
4、管子型式的选择（Choose the type of pipe）
管壳式换热器又称列管式换热器。管壳式换热器具有处理能力大适应性强，可靠性高， 设计和制造工艺成熟，生产成本低，清洗较为方便等优点，是目前生产中最为广泛使 用的一种换热设备。
管壳式换热器的设计和选用除了满足规定的化工工艺条件外，还需满足下列各项基本 要求：
（1）换热效率高； （2）流体流动阻力小，即压力降小； （3）结构可靠，制造成本低； （4）便于安装、检修。
管子一般都用光管，因为其结构简单、制造方便，但它强化传热的性能不足。为了强化传热，可 选用特殊型式的管子：
几种异形管
a）扁平管 b）椭圆管 c）凹槽扁平管 d）波纹管
纵向翅片管
a）焊接外翅片管 b）整体式外翅片管 c）镶嵌式外翅片管 d）整体式内外翅片管
径向翅片管
螺纹管
6.2.2 管子与管板的连接（Connection of Tube and Tube Plate）
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
缺点：胀接结构随温度的升高，管子或管板材料会产生高温蠕变，使接头处应力松弛或逐渐消失， 使连接处发生泄漏，造成连接失效。因此胀接结构只适用于温度不超过300℃、压力不超过4MPa 的场合。
《过程设备设计——第三版》第六章换热器
6.2.4管壳式换热器的振动与防止 （1）流体诱导振动的危害 ①管束因碰撞、摩擦变薄二破坏 ②管子产生交变应力发生疲劳破坏 ③管束与管板接触处发生泄露 ④产生噪声 ⑤壳程压力降低 （2）原因： ①旋涡脱落 ②弹性挠动 ③湍流喘振 ④声振动 ⑤射流转换
（3）防振措施：
①改变流速 ②改变管子固有频率 ③增设消声板 ④抑制周期性漩涡 ⑤设置防冲板和导流筒
第六章
6 .1 换热设备分类机特点
换热设备
பைடு நூலகம்
①直接接触式（混合式）：效率高、结构简单，不允许两种介质发生反应 ②蓄热式：适合气—气热交换 ③间壁式 ④中间载体换热式
6.2 间壁式换热器 6.2.1 管式换热器
（1）蛇管式换热器
①沉浸式：结构简单、管内可以承受较大流体压力；传热效率低，常用 高压流体冷却和反应器冷却 ②喷淋式：管外传热系数较大，便于检修；体积大、冷却水用量大、喷淋效果不佳 （2）套管式：适用于高温、高压、小流量和传热不大的场所 （3）管壳式：结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大 （4）缠绕式：同时处理多种介质、小温差时需要传递较大热量 6.2.2板式换热器
（1）螺旋板式：适合液—液、气—液，对高粘度流体、含固体悬浮液尤为合适 （2）板式：结构紧凑、传热效率高、可精确控温，密封性差、耐压低、不耐高温 （3）板翅式 （4）板壳式 （5）伞板式
6.2.3管壳式换热器 （1）分类 ①固定管板式：壳侧介质清洁且不易结垢，管、壳温差不大 ②浮头式：适用于壳体与管束温差较大或壳侧介质易于结垢 ③U型管式 ④填料函式 ⑤釜式重沸器 （2）结构：前端管箱、壳体和后端结构 ①换热管 a、结构与形式：除光管外还有各种强化管 b、 尺寸：采用小管径，单位传热面积大、结构紧凑 c 、排列方式：正三角、转角三角、正方形、转角正方形 ②管板 ：热应力往往是导致管板共和换热管连接处发生破坏的原因， 因此在保证强度条件下应尽量减薄管板厚度 ③管板和管束的连接：强度焊、强度胀、胀焊并用 （3）管板设计 管板应力调整：①增加厚度 ②降低壳体轴向刚度
换热器设计
换热器设计引言换热器是工业和冷暖设备中常用的设备之一，它能够有效地将热量从一个流体传递到另一个流体。
换热器的设计对于设备的性能和能源效率至关重要。
本文将介绍换热器的设计原理、常见的换热器类型以及一些设计考虑因素。
换热器的设计原理换热器的基本原理是通过接触热交换面来传递热量。
换热器通常由两个流体流经并在换热面上进行传热。
热量可以通过对流、传导或辐射的方式传递。
在设计换热器时，需要考虑流体的物性、传热面积、传热系数以及流体的流速等参数。
常见的换热器类型1.管壳式换热器：管壳式换热器是最常见的换热器类型之一。
它由一个管束和外壳组成，一个流体流经管束，另一个流体流经外壳。
管壳式换热器适用于各种流体和工况条件，并且易于清洁和维护。
2.板式换热器：板式换热器由一系列平行的金属板堆叠在一起组成。
流体在板间流动，通过板之间的壁面传热。
板式换热器具有较高的传热效率和紧凑的结构，适用于高温高压条件下的换热。
3.螺旋板式换热器：螺旋板式换热器将螺旋形的板片放置在一个圆柱形的外壳内，流体在螺旋通道中流动，并通过板片的表面传热。
螺旋板式换热器具有较高的传热系数和紧凑的结构。
4.管束式换热器：管束式换热器由一个或多个平行管束组成，流体在管束内流动，并在管束和外壳之间的空间中进行传热。
管束式换热器适用于高粘度流体和易于结垢的流体。
换热器设计考虑因素在进行换热器设计时，需要考虑以下因素：1. 流体参数流体参数包括流体的物性、流量、温度等。
不同的流体具有不同的物性和传热特性，这对于换热器的设计非常重要。
2. 传热面积传热面积是换热器设计的关键参数之一。
较大的传热面积可以提高传热效率，但也会增加换热器的体积和成本。
3. 传热系数传热系数是衡量换热器传热效果的重要参数。
传热系数受流体性质、传热面积以及换热器的结构和设计等因素的影响。
4. 压力损失换热器在传热过程中会产生一定的压力损失。
过高的压力损失会降低流体的流速，影响传热效果。
5. 清洁和维护换热器在使用一段时间后需要清洁和维护。
67间壁式换热器的传热过程计算
§6.7间壁式换热器的传热过程计算
§6.7.3 K的计算
T2
t1
T T w tw
（1）查经验数据：（2）实验测定 （3）分析计算
t
T 1
t2
以 冷 、 热 流 体 均 为 等 温 变 化 为 例 。T
t
T Q
Tw
Tw
tw
tw
t
1
b
1
1 A1
Am
2 A2
T t
1
b
1
1 A1 Am 2 A2
T T w tw
t
T
t
K 1A 11A1A bm21A2 T
T w tw
考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热
阻，则上式变为：
t
11
b
1
K A1A 1R1 aA mR2 a2A 2
§6.7.4 tm的计算
一．恒温差传热
T
t
tm Tt
t
QKAtm
二．变温差传热
T t
t1 0
T1
t1 0
并流 t
0 T1 t2
当热流体的热容密度去qmhcph最小
时：
h
T1 T2 T1 t1
热流体实际放 最大可能传
T1
出率热 量 t2 热速率
速
t
T2 t1
当冷流体的热容密度qmccpc最小时
0
A
：
c
t2 T1
t1 t1
冷流体实际吸收率 热量速 最大可能传热速率
传热单元和传热单元数的物理意义：
什么是传热单元？
传热单元
d Q T 1 d 1 T w 1A T w d b m tw A tw 2d 1 t2A 1d 11A T d b m tA 2d 12A 总 总推 热 K T x 1 d 动 t阻 A
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 12 页
第 13 页
HeatX—连接 HeatX 模型的连接图如下：
第 14 页
HeatX—模型设定
HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手， 有三组设定参数：
1. 计算类型 Calculation 2. 流动方式 Flow arrangement 3. 换热器设定 Exchanger specification
3. 热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach) 4. 热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling) 5. 热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)
第 5 页
第 6 页
Heater — 连接
Heater 模型的连接图如下：
第 7 页
Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
1、闪蒸规定( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2）压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
详细计算时需输入换热器的几何结构 参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几 何 (Geometry) 项 目 ， 然 后 在 右 侧 的 壳 程 (Shell) 、管程 (Tubes) 、管翅 (Tube fins) 、折 流挡板 (Baffles) 和管嘴 (Nozzles) 表单中输入 相应的数据。
第 44 页
第 45 页
HeatX—详细计算 压降 ( Pressure Drop )
分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
根据几何结构计算
( Calculated from geometry )
第 46 页
第 47 页
HeatX—详细计算 总传热系数方法 ( U methods )
第 41 页
HeatX—模型设定
HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手， 有三组设定参数：
1. 计算类型 Calculation 2. 流动方式 Flow arrangement 3. 换热器设定 Exchanger specification
第 42 页
第 43 页
HeatX — LMTD校正
第 19 页
HeatX—流动方式(2)
流动方式设定包括： 1、热流体(Hot fluid)流动空间： 壳程 (Shell) /管程 (Tube) 2、流动方向(Flow direction)： 逆流 (Countercurrent) 并流 (Co-current) 多管程流动 (Multiple passes)
常数 ( Constant )
相态法 ( Phase specific values )
幂函数 ( Power law expression )
换热器几何结构 ( Exchanger Geometry )
传热膜系数 ( Film coefficients )
详细计算采用后两种方法
第 48 页
HeatX—详细计算
第 28 页
第 29 页
HeatX— 压降 压降 ( Pressure Drop )
分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
指定值 > 0，代表出口的绝对压力值
指定值 ≤ 0，代表出口相对于进口的压力降低值
第 30 页
第 31 页
HeatX—总传热系数方法 总传热系数方法 ( U methods )
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第六章 换热器的设计与模拟
内容
6.1 Heater—换热器/冷却器
6.2 HeatX—两股物流的换热器 6.3 换热器设计计算示例
第 2 页
传热模型分类
模型 Heater 说明 加热器或冷却器 目的 确定出口物流的热和 相态条件 在两个物流之间换热 用于 加热器、冷却器、冷凝 器等
HeatX
两股物流的换热器
两股物流的换热器。当 知道几何尺寸时，核算 管壳式换热器 多股热流和冷流换热器， 两股物流的换热器， LNG换热器
管壳式换热器，包括釜 式再沸器 错流式换热器包括空气 冷却器
MHeatX
多股物流的换热器
在多股物流之间换热 提供B-JAC Hetran管壳 式换热器程序界面 提供B-JAC Aerotran空 冷换热器程序界面
10. 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction)
第 25 页
HeatX — 换热器设定(3)
冷物流出口温差
第 26 页
HeatX — 换热器设定(3)
11. 传热面积 (Heat transfer area) 12. 热负荷 (Exchanger duty) 13. 几何条件 (Geometry) 在详细计算时采用。
第 15 页
第 16 页Βιβλιοθήκη HeatX—计算类型(1)
计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件)的输 入文件供其精确计算。 下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation 两组选项按下述方式配合使用：
第 34 页
HeatX—结果查看(1) 概况(Summary)表单给出了冷、 热物流的进、出口温度、压力、蒸汽 分率(Vapor fraction)，以及换热器的 热负荷(Heat duty)。
第 35 页
第 36 页
HeatX—结果查看(3)
对于简捷算法，换热器详情表单给出 了 需 要 的 换 热 器 面 积 (Required exchanger area) 、结垢 (Dirty) 条件下的平均传热系数 (Avg. heat transfer coefficient)、校正后的对 数平均温差(LMTD corrected) 和对数平均温 差校正因子(LMTD correction factor)等有用 的信息。
第 52 页
几何项目
第 53 页
HeatX—详细计算
壳程参数
壳程(Shell)表单中包含以下参数： 壳程类型 TEMA shell type 管程数 No. of tube passes 换热器方位 Exchanger orientation 密封圈数 Number of sealing strip pairs 管程流向 Direction of tubeside flow 壳内径 Inside shell diameter 壳/管束间隙 Shell to bundle clearance
第 17 页
第 18 页
6.2.1 HeatX—简捷计算
简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计 算不考虑换热器几何结构对传热和压降的影响，人 为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的出口状 态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的 换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计算 两股物流的出口状态。
膜系数法： 根据换热器的几何结构和流动情况分 别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数 (Film coefficients)； 根据管壁材料和厚度计算传导热阻， 再结合给定的污垢热阻因子 (Fouling factor) 计算出总传热系数U。
第 49 页
第 50 页
第 51 页
HeatX—详细计算
第 27 页
HeatX — LMTD校正
由于换热器内的流动并非理想的并流或逆流，因此有 效传热推动力需在对数平均温差(LMTD)的基础上进行 校正。校正因子的计算方法有四个选项： 1、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。 2、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。 3、用户子程序 User-subr 4、计算值 Calculated 流动方向为多管程流动时采用。
第 23 页
HeatX — 换热器设定(3)
热物流出口温差
第 24 页
HeatX — 换热器设定(3)
6. 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 7. 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase)
8. 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 9. 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat)
第 20 页
HeatX—流动方式(2) 1、逆流 Countercurrent
2、并流 Cocurrent
第 21 页
第 22 页
HeatX — 换热器设定(3)
共 有 13 个 选 项
1. 热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)
2. 热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease)
由于换热器内的流动并非理想的并流或逆流，因此有 效传热推动力需在对数平均温差(LMTD)的基础上进行 校正。校正因子的计算方法有四个选项： 1、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。 2、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。 3、用户子程序 User-subr 4、计算值 Calculated 流动方向为多管程流动时采用。