单元过程设备思考题与答案.doc

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1、一、热交换器的种类及各自优缺点和应用场合1．直接接触式：当工业过程可以允许两种流体混合时，可使冷、热两种流体直接进行接触，在混合过程中进行的热交换称为直接混合式换热。这种换热方式方便有效，其设备结构也简单，常用于气体、液体的冷却和蒸汽的冷凝等。（优点：结构简单、制造容易；缺点：流体混合）2．蓄热式当要求两种流体不能完全混合时，可使冷、热两种流体交替地通过充填耐火砖等填料的蓄热室，利用填料将热量储存起来由热流体传给冷流体，这种方式设备简单、耐高温，缺点是体积大，且两流体难免存在混合，通常用于高温气体换热。（优点：结构简单

2、、制造容易；缺点：流体混合）3．间壁式3.1板式换热器板式、螺旋板式、板壳式等优点：设备紧凑（材耗低）；传热面积大、传热系数高（热损失小）缺点：承压能力低、处理量较小；制造加工复杂（成本高）3.2管式换热器蛇管、套管、列管（列管式换热器主要作为加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器使用P54～56）优点：结构简单、加工制造容易；结构坚固；性能可靠；适用面广缺点：传热性能和设备紧凑性不及板式换热器二、流程安排的原则：(1)不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管清洗方便；(2)腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，且

3、清洗、检修方便；(3)有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少；(4)压强高的流体宜走管程，以免壳体同时受压；(5)被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；(6)饱和蒸汽宜走壳程，便于排出冷凝液和不凝气，且蒸汽洁净不污染；(7)流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流，但也可在管采用多管程(8)若两流体温差较大，宜使α大的流体走壳程，使管壁和壳壁温差减小。在具体选择时，上述原则经常不能同时兼顾，会互相矛盾，这时要根据实际情况，抓住主要问题，作为选择的依据。三、管束分程

4、的原则：1）管程数目不能太多，否则会使管箱结构复杂，给制造带来困难，同时流体阻力也会增大。2）管程数目一般为偶数程（单程除外），这样可以使管程的进出口设置在同一端管箱上，便于制造、操作和维修。3）尽可能使各程换热管数目大致相等，以减小流体阻力。4）相邻管程流体间温度差不宜过大（不超过20℃），以避免产生过大热应力。四、折流板的布置原则1、折流板一般应等距布置靠近管板的第一块和最后一块折流板尽量靠近壳程进出口接管。2、折流板间距B：最佳间距Di/B=3；最小间距应不小于壳体直径的1/5，且不小于50mm；最大间距应不大于

5、壳体直径;必须圆整50mm,100mm,200mm,300mm,450mm,600mm。3、切口尺寸h：弓形折流板缺口弦高一般取h=（0.20~0.45）Di，通常取0.25Di。4、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体壁间隙不能太大或太小。5、支持板形状与尺寸按折流板设计。五、旁路挡板的设置原则1、卧式、左右缺口折流板换热器，壳程物料旁路短路的可能性大，需设置旁路挡板。2、只有当壳程物料的给热系数起控制作用时，安装旁路对比才能显著提高总传热系数K。3、在小型换热器（<400mm）中安装旁路挡板比在大型换热器在更加有效

6、。4、旁路挡板超过一定数量后，可提高K的作用下降，对压力降的影响增大。六、换热器强化传热的主要途径和措施传热方程式1、增大传热面积（翅片）2、加大平均温差（逆流）3、提高传热系数（材料、分程、除垢、结构）七、习题1、一单程固定管板式换热器，设计压力为0.9MPa，壳体直径Di=1000mm。管程工作压力0.70MPa，壳程工作压力0.68MPa，操作时管壁温度为300℃，壳壁温度为250℃，[σ]250=110MPa，[σ]300=101MPa。换热管采用φ25mm×2.5mm无缝钢管，长度L=3000mm，腐蚀裕量C

7、2=3mm，要求换热面积为151.5m2。（1）计算所需换热管根数60（2）计算换热器壳体壁厚2、在管为φ180mm×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃,平均比热为4.174kJ./（kg.℃）,基于传热外面积的总传热系数K=2000w/m2.K，且保持不变.设热损失可以忽略。试求:(1)冷却水用量；(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。3、某化工厂欲设计一台压力容器。工艺参数

8、为：壳体径Di=600mm,计算压力pc=2.2MPa,工作温度t=-3~-20℃。试选择壳体材料并确定塔体厚度。（物料对壳体方式性不大。）解：（1）选材由于物料对钢材的腐蚀不大，温度在-3~-20℃，压力为中压，故选用。（2）确定参数=2.2MPa；=600mm;=;=0.8(采用带垫板的单面焊对接接头，局部无损探伤)；取=.(