管板式列管换热器的设计.pptx

小组人员工作分配设计方案的确定本设计为防止苯泄漏，且苯在管程较易清洗，故采取苯走管程，水走壳程。因为生产负荷较大，故采取双换热器并联为节约水的用量，本设计采用冷却水循环，水源为水塘，用泵取用，并水处理为洁净水。从任务书得知的两流体温度来看，估计换热器管壁温度和壳体壁温之差不会很大，所以确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器。设计任务及要求推荐的设计程序1、作出流程简图。2、按生产任务计算换热器的换热量Q。3、选定载热体，求出载热体的流量。4、确定冷、热流体的流动途径。5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。6、初算平均传热温度差。7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。9、核算Ｋ。10、校核平均温度差。11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。12、管程和壳程压力降的计算。流速的选择流体在管程或壳程中的流速，不仅直接影响表面传热系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数的大小，特别对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验，表1及表2列出一些工业上常用的流速范围，以供参考。计算中我们取用的苯流速0.5m/s,水的流速为1m/s.传热总系数Ｋ的确定计算Ｋ值的基准面积，习惯上常用管子的外表面积。当设计对象的基准条件（设备型式、雷诺准数Re、流体物性等）与某已知Ｋ值的生产设备相同或相近时，则可采用已知设备Ｋ值的经验数据作为自己设计的Ｋ值。表3为常见列管式换热器Ｋ值的大致范围。由表3选取大致Ｋ值。用下式进行Ｋ值核算。式中：－给热系数，W/m2.℃；R－污垢热阻，m2.℃／W；δ－管壁厚度，mm；λ－管壁导热系数，W/m.℃；下标o、i、ｍ分别表示管内、管外和平均。当时近似按平壁计算，即：在用上式计算Ｋ值时，污垢热阻、通常采用经验值，常用的污垢热阻大致范围可查《化工原理》相关内容。流动方式的选择除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程越多，表面传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两方面的损失。逆流传热的平均温度差最大，并流传热的平均温度差最小，其他流动方向的平均温度差介于逆流与并流两者之间，就传热推动力而言，逆流优于并流和其他流动方式。逆流时热流体的温降较并流是的温降为大。因此逆流式的加热介质用量较少，所以除了在某些工艺上，对流体的温度有所限制是宜采用并流操作，换热器影尽可能采用逆流操作。故本设计采取逆流。换热管规格换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。考虑到制造和维修的方便，加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系列标准规定采用25×2.5和19×2两种规格，我们设计采取前者。按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管子长度。实际所取管长应根据出厂的钢管长度合理截用。我国生产的钢管长度多为6m、9m，故系列标准中管长有1.5，2，3，4.5，6和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。本次设计取用管长3m，双管程。换热管的排列管子的排列方式有等边三角形和正方形两种（图a，图b）。正三角形排列紧凑，对相同壳体直径的换热器排列的管子数目较多，传热效果较好，故采取三角形排列，即a.折流挡板安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图3可以看出，弓形缺口太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。流体通过换热器时阻力的计算换热器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其他规格的换热器。按本次实验要求，不大于104Pa范围内。计算步骤3核算总传热系数分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。4计算传热面积并求裕度根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△tm，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度H的计算式为管程阻力损失壳程阻力损失附件设计1.4管口F为排污口设计结果概要课程设计总结及心得