化工原理_课程设计.ppt

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1、教学要求与安排1、课堂教学2、布置任务3、设计及答疑4、设计成果提交5、成绩评定平时30％说明书40％图纸30％列管换热器工艺设计（一）概述一、换热器作用加热（冷却）器、蒸发器、再沸器、冷凝器等。二、换热器类型1、板式（设备紧凑250-1500m2/m3、材耗低15kg/m3、传热系数大、热损失小。承压能力较低、工作介质的处理量小、制造加工较复杂、成本较高）2、管式（结构简单、制造加工较容易、结构坚固、性能可靠、适应面广。在传热性能和设备的紧凑性上不及板式换热器）在化工厂占投资比例约为11％在炼油厂占投资比例高达40％三

2、、管式换热器设计简介列管式换热器设计、制造、检验和验收必须遵循中华人民共和国国家标准“钢制管壳式（即立管式）换热器”（GB151）执行。按该标准规定：换热器的公称直径DN换热器的传热面积A换热器的公称长度LN换热器的主要部件分为前端管箱、壳体、后端结构（包括管束）三部分。列管式换热器型号的表示方法：×××DN－Pt/Ps－A－LN/d－Nt/NsⅠ(或Ⅱ)例：AES500－1.6－54－6/25－4I第一个字母代表前端管箱型式第二个字母代表壳体型式第三个字母代表后端结构型式公称直径mm管/壳程设计压力（MPa），压力相等

3、时只写Pt公称换热面积，m2LN公称长度，m；d换热管外径，mm管/壳程数，单程时只写NtⅠ级换热器(或Ⅱ级换热器)列管换热器的工艺设计主要包括以下内容：①根据生产任务和有关要求确定设计方案；②根据计算初步确定换热器结构和尺寸；③核算换热器的传热能力和流体阻力；④确定换热器的工艺结构。（二）无相变列管换热器的工艺设计（冷却器）一、明确设计任务，确定设计方案1、明确设计任务（工艺任务、设计规范要求）2、选择换热器类型列管换热器类型（见下页）3、确定流程（根据流体结垢性、腐蚀性、有无相变、粘度、压力、流速等）固定管板式：制造

4、方便、紧凑、造价低。管外侧不能清洗，温差大时应力大。适用于……浮头式：管束可以从壳体中抽出，便于管间清洗，还会产生应力。但结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。适用于…..U型管式：比浮头式结构简单造价低，但管板上排列管子少，各排管子回弯处曲率不同，长度不同，故壳程流体分布不够均匀，影响传热。适用于……填料函式：1、确定物性数据物料的物性数据:定性温度；密度ρ；比热容Cp热导率λ；粘度μ。载热体物性数据:进口温度=出口温度=定性温度；密度ρ；比热容Cp热导率λ；粘度μ。二、工艺结构设计2、估算换热面积①热流量Q1=qm1

5、Cp1△t1=qm2Cp2△t2或Q1=qm1Cp1△t1=qm2r下标1表示工艺流体，下标2表示载热体。②△Tm确定相对流动方向，计算△Tm并流与逆流△Tm=（△t1-△t2）/ln(△t1/△t2)折流△Tm=ε△t△Tm逆③A的估算估算的传热面积AP=Q/(KP△Tm)KP为假设传热系数。表K值大致范围管内（管程）管间（壳程）传热系数K（W/m2.K）水水500--1000水蒸汽1000--4000水有机物100--500④载热体用量qm2若工艺流体被加热，则：Q=Q1+Q2Q2为热损失，可近似取换热器热流量的3％

6、--5％。qm2=Q/Cp2△t2若工艺流体被冷却，则：qm2=Q1/Cp2△t23、工艺结构尺寸①管径与管内流速表1常用换热管的规格19×2mm25×2.5mm32×3mm表2列管换热器中不同粘度液体的最大流速液体粘度（pa.s）＞1.50.5—1.00.1—0.50.035-0.10.001--0.035＜0.001烃类最大流速(m/s)0.60.751.11.51.82.43表3列管换热器的常用流速流体类型管内(m/s)管间(m/s)一般液体0.5—30.2—1.5海水、河水等易结垢液体＞1＞0.5气体5—303-

7、-15表4列管换热器易燃易爆液体允许的安全流速流体类型安全流速(m/s)乙醚二硫化碳苯＜1甲醇乙醇汽油＜2--3丙醇＜10②管程数与传热管根数先按单程计算所需管子根数和管长单程管子根数no:no=4qM内/ρπd2u（qM内管内流体质量流量）＊按单程计算的管子太长，则应采用多管程。总管长L总:L总=AP/πd（AP估算的传热面积）单根管长L:按（GB151）推荐单根管长为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12m。管子根数N：N=L总/L管程数m：m=N/no(取1、2、4、6、8等)

8、实际管子总根数Np：Np=mno③平均温度差校正及壳程数一般温差校正系数值应不低于0.8。否则应考虑多壳程或多台换热器串联。(R--P1/R—PR)④传热管排列与分程方法（管板结构尺寸：结构形式、结构尺寸、强度尺寸）正三角形排列(最小管间距t=1.25d)正方形排列同心圆排列⑤壳体内径对于多管程:D=1.05t(Np