换热器设计.pptx

化工原理课程设计课程设计的目的和要求课程设计的目的和要求1.1.巩固和掌握本课程的主要内容巩固和掌握本课程的主要内容2.2.培养综合运用所学知识解决实际问题的能力培养综合运用所学知识解决实际问题的能力3.3.掌握化工设备的工艺设计程序、方法、和有关的掌握化工设备的工艺设计程序、方法、和有关的设计原则。设计原则。4.4.树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内容容5.5.用简洁的文字和正确的图表来表达自己的设计思用简洁的文字和正确的图表来表达自己的设计思想想6.6.熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范课程设计的步骤课程设计的步骤下达课程设计任务书下达课程设计任务书根据任务书的要求拟定设计步骤、设计方案、根据任务书的要求拟定设计步骤、设计方案、设计进度设计进度查阅参考资料，收集有关数据和公式查阅参考资料，收集有关数据和公式设计方案的确定及论述、设备的工艺计算与设计方案的确定及论述、设备的工艺计算与结构设计、编写设计说明书，绘图。结构设计、编写设计说明书，绘图。热交换器设计 换热器的设计，是通过传热计算确定经换热器的设计，是通过传热计算确定经济合理的传热面积及换热器的其它尺寸，以济合理的传热面积及换热器的其它尺寸，以完成生产中要求的传热任务。完成生产中要求的传热任务。换热器的选用，是根据任务要求计算出换热器的选用，是根据任务要求计算出所需传热面积，选择合适的标准换热器，所需传热面积，选择合适的标准换热器，且列管式换热器较多用。且列管式换热器较多用。准备：准备：1.1.化工原理课程设计书一本（约化工原理课程设计书一本（约4040页）页）2.2.A A1 1图纸图纸1 1张、张、本次课程设计的要求本次课程设计的要求本次课程设计的时间安排本次课程设计的时间安排18周周一周周一8：30-10：00N1-313上上课讲解并下解并下发任任务书18周周一周周一周三下午周三下午换热器的工器的工艺设计计算算18周周四周周四周五周五换热器的器的结构构设计附属附属设备选型型18周周五周周五15:0016:00讲解装配解装配图19周周一周周一19周周五周周五绘制装配制装配图19周周五周周五15:00由班由班长收收齐作作业，交至材化楼，交至材化楼215*注意事注意事项：(1)本本课程程设计所画所画图纸请务必保留必保留备份，以份，以备下学期下学期CAD画画图时使用。若未按要使用。若未按要求求备份所画份所画图纸，将不再允，将不再允许从从资料室借。料室借。(2)答疑：地点在材化楼答疑：地点在材化楼215，请提前提前联系，系，电话 15284831082.课程设计任务书课程设计任务书流体流体热流体热流体冷流体冷流体流体组成流体组成苯苯水水入口温度入口温度T1=t1=出口温度出口温度T2=t2=流体流量流体流量Wh=m3/h设计任务设计任务完成换热器工艺设计计算与校核;完成换热器结构设计与附属设备选型；编制设计说明书；绘制换热器装配图 设计内容设计内容 确定设计方案；确定设计方案；确定物性数据；确定物性数据；换热面积的计算；换热面积的计算；换热器工艺结构尺寸计算；换热器工艺结构尺寸计算；换热器核算（传热系数；壁温；压降）；换热器核算（传热系数；壁温；压降）；换热器结构设计与附属设备选型；换热器结构设计与附属设备选型；换热器装配图换热器装配图 设计说明书的写法及装订顺序设计说明书的写法及装订顺序目录：目录：为使人一目了然，了解整个设计内容。为使人一目了然，了解整个设计内容。一、设计任务书一、设计任务书二、前言（相当于可行性报告）二、前言（相当于可行性报告）可可介介绍绍列列管管式式换换热热器器的的分分类类，使使用用场场合合，优优缺缺点点，常常见见结结构构，热热补补偿偿方方式式，流流体体通通道道选选择择原原则则等等，最最后后总总结结本本设设计计所所使使用用的的换换热热器器类类型型，冷冷 热流体通道选择等。热流体通道选择等。三、换热器工艺设计计算三、换热器工艺设计计算 1、确定物性数据、确定物性数据 确定流体在换热器中两端的温度，计算定性确定流体在换热器中两端的温度，计算定性温度。查定或计算流体物性温度。查定或计算流体物性热流体为苯，进口温度热流体为苯，进口温度t1，出口温度，出口温度t2，求得，求得平均温度（定性温度），查得该温度（定性平均温度（定性温度），查得该温度（定性温度）下苯的物性参数：温度）下苯的物性参数：h,h,Cph,h冷流体为水，进口温度冷流体为水，进口温度t1，出口温度，出口温度t2，求得，求得平均温度（定性温度），查得该温度下水的平均温度（定性温度），查得该温度下水的物性参数：物性参数：c,c,Cpc,c以上结果列以上结果列表表1进口温度口温度/出口温度出口温度/定性温度定性温度/密度密度/(kg/m3)粘度粘度/(mPas)比比热容容/kJ/(kg)热导率率/W/(m)苯水2、确定方案、确定方案 （1）选择换热器类型）选择换热器类型 根据两流体温度变化情况选择换热器类型。根据两流体温度变化情况选择换热器类型。（2）流动空间的确定）流动空间的确定根据课本上原则选择流动空间。根据课本上原则选择流动空间。3、估算传热面积，初选换热器、估算传热面积，初选换热器（1）计算传热量及冷却水用量）计算传热量及冷却水用量（2）计算传热温差：）计算传热温差：（3）初选）初选K估估（4）估算换热面积）估算换热面积（5）工艺结构尺寸的计算：）工艺结构尺寸的计算：1.管径和管内流速管径和管内流速2.管程数和传热管数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（圆整）依据传热管内径和流速确定单程传热管数（圆整）按单管程计算，所需的传热管长度为：按单管程计算，所需的传热管长度为：当当 宜宜 ，取换热管长，取换热管长L=3m(6m),则该换则该换热器管程数为热器管程数为传热管总根数传热管总根数n为：为：3.平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正及壳程数 4.传热管排列及分程方法传热管排列及分程方法5.壳体内径壳体内径6.折流板折流板列列表表2,列出所选设备的主要参数列出所选设备的主要参数 外壳直径外壳直径 管子尺寸管子尺寸 公称压强公称压强 管长管长 公称面积公称面积 管数管数 管程数管程数 管中心距管中心距 管子排列方式管子排列方式 根据以上结果选设备根据以上结果选设备 钢制列管式换热器结构设计钢制列管式换热器结构设计*管程对流传热系数：管程对流传热系数：初选换热器后还应校核所需换热面与换热器初选换热器后还应校核所需换热面与换热器提供的换热面比是否合理，阻力损失是否满足要提供的换热面比是否合理，阻力损失是否满足要求。求。4、换热器核算、换热器核算（1）核算传热系数：）核算传热系数：壳程对流传热系数壳程对流传热系数o则冷凝液膜温为则冷凝液膜温为 ，这与其饱和温度很接，这与其饱和温度很接近，帮在平均膜温下的物性可沿用饱和温度下的近，帮在平均膜温下的物性可沿用饱和温度下的数据。数据。v计算传热面积：计算传热面积：管程阻力损失：直管阻力管程阻力损失：直管阻力+局部阻力局部阻力（ft结垢校正系数，结垢校正系数，hf1直管阻力损失，直管阻力损失，hf2回弯阻回弯阻力损失，力损失，N管程数）管程数）（2）核算压降：）核算压降：壳程阻力损失壳程阻力损失(3)壁温校核壁温校核 核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似公式计算：公式计算：计算所得的计算所得的 若与假设相差大，则必需重新假设。若与假设相差大，则必需重新假设。三、换热器结构设计三、换热器结构设计钢制列管式固定管板换热器结构设计手册换热器设计手册 钱颂文 化学工业出版社主要参考书：三、换热器结构设计三、换热器结构设计1.壳体2.管箱和封头；分程隔板3.管板4.换热管5.换热管与管板的连接6.垫片7.膨胀节8.折流板与定距杆9.设备法兰10.接管与开孔补强11.排气管，排液管12.接管法兰13.防冲挡板14.支座15.泵30/31一、确定设计方案的五个问题一、确定设计方案的五个问题（一）列管式换热器型式的选择（一）列管式换热器型式的选择1.固定管板式换热器（管板与壳体连成一体）说明：说明：带有补偿圈的固定管板式换热器带有补偿圈的固定管板式换热器固定管板式换热器的膨胀节固定管板式换热器的膨胀节33/312.浮头式换热器（一端不与外壳连接，称之为浮头）34/313.U型管式换热器（管子可自由伸缩）35/311.传热效果传热效果（粘度大或流量小者走壳程；待冷却者走壳程；热阻大者走壳程）2.设备结构设备结构（高压者走管程；腐蚀性强者走管程）3.清洗方便清洗方便（不清洁或易结垢者走管程，饱和蒸汽一般走壳程）在确定流体流动空间时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，如首先考虑流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，然后再通过传热与压强降的计算予以确定。（二）流体流动空间的选择（三方面考虑）（二）流体流动空间的选择（三方面考虑）列管式换热器中常用的流速范围列管式换热器中常用的流速范围流体的种类流体的种类一般液体一般液体易结垢液体易结垢液体气体气体m/s管程管程0.531530壳程壳程0.21.50.5315列管式换热器中不同粘度液体的最大流速列管式换热器中不同粘度液体的最大流速液体粘度，液体粘度，mPas15001500500500100100353511最大流速，最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.4列管式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度列管式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度液体名称液体名称乙醚、乙醚、CS2、苯、苯甲醇、乙醇、汽油甲醇、乙醇、汽油丙酮丙酮安全允许速度，安全允许速度，m/s12310（三）流体流速的选择（三）流体流速的选择37/31（四）流体出口温度的确定进口温度一般由加热剂和冷却剂的来源而定，出口温度则需由设计者根据经济衡算后确定。对于采用冷却水换热，其两端温差不应低于5，对严重缺水地区，尤其是采用河水时，其出口温度不应超过50。（五）管程数和壳程数的确定列管式换热器标准系列中有1、2、4、6等四种管程，采用多管程时，合理的管长为1.5、2、3、6m。管长与壳体直径之比L/D为46，水平放置时可大一些。38/311.管子在管板上的固定（胀接与焊接两种，高温高压时亦采用胀焊结合）2.管子的排列（管子有两种规格，排列有正三角形、正方形正列与错列）。3.管子的分程（每程管数大致相等，四程有平行和工字形两种）（一）管程结构（一）管程结构二、列管式换热器的结构管外径mm管心距mm各程相邻管的管心距，mm192538253244324052384860常用管心距常用管心距39/31（2）正方形直列（3）正方形错列40/31（二）壳程结构（二）壳程结构1.壳体壳体（400mm用钢板卷焊。壳程进口常设防冲板或缓冲板。进出口亦有设置导流筒）壳体直径的计算（为横过管束中心线上的管数，为管中心距）（为管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离）正方形三角形换热器壳径的标准尺寸换热器壳径的标准尺寸公称直径，mm325400、500、600、700800、900、10001100、1200最小壁厚，mm81012142.折流挡板折流挡板（改变流向，支撑管子，提高壳程流体。有单缺口、双缺口、三缺口折流板，盘与环折流板等，切去量为10%40%，一般取20%25%）挡板切口高度及板间距的影响挡板切口高度及板间距的影响43/313.其它部件其它部件进口接管及防冲板布置进口接管及防冲板布置44/31（1）确定流体进入的空间（2）确定流体进出换热器两端的温度，选择列管式换热器型式（3）计算流体的定性温度，以确定流体的物性数据（4）计算热负荷（5）计算平均温差，并根据温差校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数（6）选定总传热系数值（7）由传热速率方程初步计算出换热器的传热面积，并确定换热器的基本尺寸（及排列方式），或按标准系列选定设备规格。三、列管式换热器的设计计算列管式换热器的设计计算步骤1.试算并初选换热器的规格(1)总传热系数总传热系数（1）计算管程、壳程的对流传热系数（2）确定污垢热阻（3）计算总传热系数（4）比较 ，若 则初选设备合格，否则需另设 ，重复以上计算步骤。2.核算核算(2)壁温壁温(3)压降压降