化工原理课程设计1(余志伟)2011133108

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1、目录1概述11.1换热器的应用11.2换热器的常见类型11.2.1固定管板式换热器11.2.2.U型管换热器21.2.3.浮头式换热器21.2.4.填料函式换热器31.3新型的换热器31.3.1螺旋折流板换热器31.3.2麻花扁管换热器41.3.3Hitan绕丝花环换热器51.3.4气动喷涂翅片管换热器52工艺计算及结构设计62.1设计任务及设计条件62.2设计方案的确定62.2.1换热器类型的选择62.2.2流程安排62.3确定物性数据72.4估算传热面积82.4.1热流量82.4.2平均传热温差82.4.3.传热面积92.4.4.冷却水用量102.5换热器的选择102.5.1管径和管内流体

2、流速102.5.2壳程流体流速的选择102.5.3管长及管程数102.5.5主要参数的核算112.6结构设计132.6.1壳体132.6.2管箱封头132.6.3接管142.6.4管箱分程隔板152.6.5折流板152.7换热器核算162.7.1传热面积核算162.7.2壁温计算172.7.3．换热器内流体的流动阻力183结论204设计过程的评述和有关问题的讨论211概述1.1换热器的应用换热器是化学、石油化学及石油冶炼工业中以及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单表1传热器的结构分类类　型特　点间壁式管壳式列管式固定管板式刚性结构用于

3、管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板面式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋

4、板式可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能平板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触蓄热式换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合22元操作的重要附属设备，通常在化工的建设中换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。1.2换热器的常见类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种，见表1。1.2.1固定管板式换热器这类换热器如图1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构

5、式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。图1固定管板式换热器1.2.2.U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程，如图2。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此

6、外，其造价比管定管板式高10%左右。22图2U型管式换热器1.2.3.浮头式换热器浮头式换热器的结构如图3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。图3浮头式换热器1.2.4.填料函式换热器填料函式换热器的结构如图4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管

7、壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。22图4填料函式换热器1.3新型的换热器1.3.1螺旋折流板换热器折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于存在