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1、热交换器原理课程设计,管壳式换热器的选型,设计内容1、工艺设计：通过物料衡算和热量衡算，确定传热系数K 传热面积A，管子长度及数量，管板的布置及流体的流向。2、结构设计：壳体壁厚的确定，管子及其与管板的连接、各流体进、出口的结构设计，温差的影响，各部位的焊接结构。三、管壳式换热器的选用1、分析了解设计任务，掌握各项参数及工艺特点物料的进、出口温度及操作压力物料的物性参数物料的物理化学性质及耐腐蚀性2、确定选择换热器的型式，确定流体流动空间3、设计计算根据物料进、出口的温度，计算对数平均温差根据物料的物性参数，确定1，2，R1，R2 计算总传热系数K计算热负荷确定传热面积A，确定管径管数,确定流
2、动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，根据温度校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数。,依据总传热系数经验值范围，或按生产实际选定总传热系数K估值，估算传热面积A估。选定换热器的基本尺寸，如管径、管长、管数及排列等；若选用，在标准中选择换热器型号。,计算管程和壳程的压降，根据初选设备规格，计算管、壳程流体压降，检查结果是否满足工艺要求，若压降不合要求，要调整流速，再确定管程数或挡板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压降至满足要求。,(二)列管换热器的选用和设计的步骤,计算总传热系数，核算传热面积，计算管、壳程的换热系数 1和
3、 2，确定污垢热阻Rs1和Rs2,计算总传热系数K计，并计算传热面积A计，比较K估和K计，若K估/K计=1.151.25，则初选的设备合适，否则需另设K估值，重复以上步骤。,生产任务,进出口温度,型式,流径,定性温度,物性参数,平均温差,壳程数,0.8,Q,初选K选,A,管方尺寸,壳方尺寸,选择规格,计算压降,合理,NO,液体1000KPa气体110KPa,yes,计算st,计算Rs Rt,K计/K选1.151.25,设计选型合格,yes,END,NO,K计,一.设计任务书,1.已知热流体热量，温度、，冷却介质 温度,2.确定换热面积及选定换热器,3.选用一台合适的离心泵,实例,qm1,T1,
4、qm1,T2,t1,t2,二.设计步骤,1.求出换热器的热流量,2.作出适当的选择并计算,3.根据经验估计传热系数，计算传热面积,4.计算冷、热流体与管壁的,5.压降校核,6.计算传热系数，校核传热面积,7.选用一台合适的离心泵,三.设计结果,换热器的型号离心泵的型号流程安排,.求出换热器的热流量,根据已知条件、，求,实例,.作出适当的选择并计算,流向的选择,确定冷却介质出口温度，求对数平均推动力,对 进行 修正,查图得到,一般逆流优于并流,实例,.根据经验估计传热系数，计算传热面积,根据 初选换热器,实例,.计算冷、热流体与管壁的,确定冷、热流体走管程或壳程,确定管内流速,根据所选换热管确定
5、管子的排列,目前我国国标采用 和,管长 有1.5、2、3、4.5、6、9m,核定管壳式换热器内常用流速范围,管程数,管子数,折流挡板,安装折流挡板的目的是为了提高管外对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度,国标挡板间距：,取壳体内径的20%和25%,固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm,浮头式：100、150、200、250、300、350、450（或480）、600mm,管程换热系数,若，则改变管程数重新计算或重新估计,物性系数在定性温度下求得,实例,壳程给热系数,若 太小，则可减少挡板间距,实例,.压降校核,管程阻力校核,管程数,管程结垢校正系数，对三角形排列取
6、1.5，正方形排列取1.4,改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面的损失,必须调整管程数目重新计算,实例,壳程阻力损失,可增大挡板间距,折流板数目,横过管束中心线的管子数,折流板间距,壳体内径,按壳程流动面积 计算所得的壳程流速,管子排列形式对压降的校正系数,壳程流体摩擦系数,实例,.计算传热系数 校核传热面积,根据流体的性质选择适当的 垢层热阻,否则重新估计，重复以上计算,实例,冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出口温度,根据一般经验过程要有一定的推动力，,冷却介质若是工业用水，含有、等盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类析出，形
7、成垢层，工业冷却水出口温度应小于,若根据、在图上找不到相应的点，表明此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流动方式。若，经济上不太合理，且操作温度变化时，可能使 急剧下降，影响操作的稳定性，应改为其他流动方式。,原则：,不洁净和易结垢的液体宜在管程,腐蚀性流体宜在管程,压强高的流体宜在管内,饱和蒸汽宜走壳程,被冷却的流体宜走壳程,若两流体温差较大，对于刚性结构的换热 器，宜将给热系数大的流体通入壳程,流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜,列管式换热器内常用的流速范围,不同粘度液体的流速,较大,给热效果较差管外清洗方便,大,对正方形,对正三角形,为相邻两管的中心距，为管外径，两块挡板间距离，为壳
8、体直径,常见流体的污垢热阻,初选换热器,选冷凝水出口温度定性温度,计算,据此定性温度，查表得水的物性数据,初拟定采用单壳程，偶数管程的浮头式换热器。由图查得 修正系数。,参照表，初步估计，传热面积,由换热器系列标准，初选 型换热器,根据经验估计传热系数，计算传热面积,管程流动面积,管内冷却水流速,管程给热系数,管程给热系数计算,壳程给热系数计算,壳程中有机物被冷却，取,，可行,取管壁粗糙度，查图得管程压降,管程压降的校核,取折流挡板间距，因系正方形排列，管束中心线管数,壳程流动面积,因 故,壳程压降校核,管子排列为正方形，斜转安装，取校正系数,取垢层校正系数挡板数壳程压降,，可行,查表，取，,
9、根据所选换热器,传热面积校核,符合要求,型换热器适合,一.管径初选,初取水经济流速,由于87mm不是标准管径，因此确定经计算 符合经济流速范围故确定，,二.压头,在水槽液面及压力表2处列伯努利方程，如图,取，,查图得=0.025局部阻力：底阀1个 标准90弯头3个 球心阀1个,流入换热器流出换热器 故 换热器压降,工艺要求,要求将温度为 的某液态有机物冷却至，此有机物的流量为。现拟用温度为 的冷水进行冷却。要求换热器管壳两侧的压降皆不应超过。已知有机物在 时物性数据如下：,流程,管路布置如图（参考图），已知泵进口段管长，泵出口段管长。（均不包括局部阻力损失）,常见流体的污垢热阻,由换热器系列标准选 型换热器,
