1.概述. 1
2.設(shè)計方案分析. 2
2.1換熱器的類型. 2
2.2設(shè)計方案簡介. 3
2.2.1 換熱器類型的選擇. 3
2.2.2流徑的選擇 . 4
2.2.3流速的選擇. 5
2.2.4材質(zhì)的選擇. 6
2.2.5管程結(jié)構(gòu). 6
2.2.6殼程結(jié)構(gòu)與相關(guān)計算公式. 6
3.工藝及結(jié)構(gòu)尺寸計算. 8
3.1物性數(shù)據(jù)的確定. 8
3.2 估算傳熱面積. 8
3.2.1熱流量. 8
3.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸. 9
3.3.1管徑和管內(nèi)流速 . 9
3.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù). 9
3.3.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù). 9
3.3.4傳熱管排列和分程方法. 10
3.3.5 殼體內(nèi)徑. 10
3.3.7 其他附件. 11
3.3.8 接管. 11
4換熱器核算. 11
4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) . 11
4.2 污垢熱阻和管壁熱阻. 12
4.3傳熱系數(shù)K. 13
4.3.1傳熱面積裕度 . 14
4.4 壁溫核算 . 14
4.5 換熱器內(nèi)流體的流動阻力. 15
4.5.1 管程流體阻力. 15
4.5.2 殼程阻力. 15
5.結(jié)果匯總. 17
6.文獻(xiàn)參考. 18
7.編者小結(jié). 19
一 設(shè)計題目：列管換熱器的工藝設(shè)計
二 設(shè)計條件
某生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進物料換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從105℃進一步冷卻到55℃后，進入吸收塔吸收其中的可溶組分。已知混合氣體的流量為kg/h，壓力為7MPa，循環(huán)冷卻水的壓力為0.4 MPa，循環(huán)冷卻水的入口溫度為20℃，出口溫度36℃。
已知該混合氣體在此溫度范圍內(nèi)的物性數(shù)據(jù)：密度9kg/m3；定壓比熱容3.297kJ/(kg℃)；熱導(dǎo)率0.0279W/(m℃)；黏度1.5*10-5Pas.
三、設(shè)計任務(wù)
設(shè)計一列管換熱器。設(shè)計一列管換熱器。
1 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求確定設(shè)計方案
(1)換熱器類型的選擇
(2)換熱器內(nèi)流體流入空間的選擇
2 化工計算
(1)傳熱面積的計算
(2)管數(shù)、管程數(shù)及管子排列，管間距的確定
(3)殼體直徑及殼體厚度的確定
3 換熱器尺寸的確定及有關(guān)構(gòu)件的選擇
4 換熱器流體阻力的計算及其輸送機械的選擇（選做）
四 設(shè)計結(jié)果總匯
1、設(shè)計說明書（目錄、概述、工藝設(shè)計計算（包括選擇結(jié)構(gòu)，傳熱計算，壓力核算等）、結(jié)構(gòu)設(shè)計與說明、設(shè)計總結(jié)、參考文獻(xiàn)）
2、工藝流程示意圖（手繪于設(shè)計說明書中）。
3、工藝條件圖（A2）。
五 參考文獻(xiàn)
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在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。換熱器是化學(xué)、石油化學(xué)劑石油煉制工業(yè)中以及其他一些行業(yè)中廣泛使用的熱量交換設(shè)備，它不僅可以單獨作為加熱器、冷卻器等使用，而且是一些化工單元操作的附屬設(shè)備，因此在化工生產(chǎn)中占重要地位。通常在化工廠的建設(shè)中換熱器的投資比例為11%，在煉油長高達(dá)40%。
在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。35％～40％。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。
完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求：
?。?）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件 ：傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。
（2）安全可靠：換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵照我國《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。
?。?）有利于安裝、操作與維修：直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。
?。?）經(jīng)濟合理：評價換熱器的*終指標(biāo)是：在一定的時間內(nèi)（通常為1年）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為*小。動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一*適宜的流速。傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之而減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因此存在一*適宜的運行周期。 嚴(yán)格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠**的，應(yīng)以整個系統(tǒng)中全部設(shè)備為對象進行經(jīng)濟核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當(dāng)影響換熱器的各項因素改變后對整個系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟核算仍然是可行的。
綜上所述，對列管式換熱器進行工藝設(shè)計。
2.設(shè)計方案分析
列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是*典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
其主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。
列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50℃以上）時，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。
2.1.1換熱器
換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。
按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。
間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。將在后面做重點介紹。
直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。
蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達(dá)到換熱的目的。此類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點是設(shè)備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。
工業(yè)上*常見的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。
緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。
管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點是結(jié)構(gòu)牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范圍廣泛，適應(yīng)性強及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。
使用*為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。
根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。
(1) 固定管板式換熱器
這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管*多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。
(2)U型管換熱器
U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束*內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報廢率
較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。
(3) 浮頭式換熱器
浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。
(4)填料函式換熱器
填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料
函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低;管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。
所設(shè)計的換熱器用于冷卻混合氣體且兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度110℃，出口溫度60℃；冷流體進口溫度29℃，出口溫度39℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。
2.2.2流徑的選擇
在具體設(shè)計時考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。
參考標(biāo)準(zhǔn)：
(1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。
(2)腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。
(3)壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。
(4)飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。
(5) 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強冷卻效果。
(6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。
(7)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。
(8)若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因為壁溫接近傳熱膜系數(shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。
綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定混合氣應(yīng)走殼程，循環(huán)冷卻水走管程。
表2-1換熱器常用流速的范圍
由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取循環(huán)水流速為1.1m/s。
列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。
目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實際需要，可以選擇使用高級冷拔傳熱管（碳鋼）。
換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。
(a) 正方形直列 （b）正方形錯列 (c) 三角形直列
?。╠）三角形錯列 （e）同心圓排列
正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機械清洗。對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。
管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連接可脹接或焊接。
介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內(nèi)對各種元件的設(shè)置形式亦不同，以此來滿足設(shè)計的要求。各元件在殼程的設(shè)置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側(cè)介質(zhì)對傳熱管*有效的流動，來提高換熱設(shè)備的傳熱效果而設(shè)置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護列管而設(shè)置的支承板、管束的導(dǎo)軌以及緩沖板等。
殼體是一個圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進人和排出之用。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成，大于400mm的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據(jù)工作溫度選擇，有防腐要求時，大多考慮使用復(fù)合金屬板。
介質(zhì)在殼程的流動方式有多種型式，單殼程型式應(yīng)用*為普遍。如殼側(cè)傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)小于管側(cè)，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。
殼體內(nèi)徑D取決于傳熱管數(shù)、排列方式和管心距t。計算式如下：
單管程
D=t(nc-1)+(2~3)d0
式中 t——管心距，mm；
d0——換熱管外徑，mm；
nc——橫過管束中心線的管數(shù)，該值與管子排列方式有關(guān)。
正三角形排列：
正方形排列：
多管程
式中 N——排列管子數(shù)目
?。? η——管板利用率。
正角形排列：2管程 η=0.7~0.85
>4管程 η=0.6~0.8
正方形排列：2管程 η=0.55~0.7
>4管程 η=0.45~0.65
殼體內(nèi)徑D的計算值*終應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。
在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導(dǎo)流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。
折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等. 圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為20％~50％。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。
折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔*小值為殼內(nèi)徑的1/5或者不小于50 mm，*大值決定于支持管所必要的*大間隔。
殼程流體進出口的設(shè)計直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時，對換熱管會造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進口處設(shè)置擋板。
3.工藝及結(jié)構(gòu)尺寸計算
定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進出口的平均值。故課程混合氣體的定性溫度為
℃
管程流體的定性溫度
℃
根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對混合氣體來說，*可靠的物性參數(shù)是實測值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合物各組分的有關(guān)物性參數(shù)，然后按相應(yīng)的加和方法求出混合氣體的物性參數(shù)。
混合氣體在80℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：
循環(huán)冷卻水在28℃的物性數(shù)據(jù)：
3.2.1熱流量
3.2.2平均傳熱溫差 先按純流體計算
3.2.3傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選去較大的K值。假設(shè)K=350W/(㎡.K)則估算的傳熱面積為
3.2.4冷卻水用量
3.3.1管徑和管內(nèi)流速
選用較高級冷拔管（碳鋼），取管內(nèi)流速。
3.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)
依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)
按單管程計算，所需傳熱管長度為
按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用非標(biāo)設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長,則該換熱器的管程數(shù)為
傳熱管總數(shù)
按單殼程，多管程結(jié)構(gòu)，查溫差校正系數(shù)圖得
平均傳熱溫差
由于平均溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。
3.3.4傳熱管排列和分程方法
采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形取管心距，則
隔板中心到離其*近一排管中心距離
各程相鄰管的管心距為44mm。
管束的分程方法，每程各有傳熱管637根，其前后官箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序化工單元過程設(shè)計及設(shè)備課程設(shè)計P68圖3-14選取的。
采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑按下列公式估算。取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為
按卷制殼體的進級擋，可取.
3.3.6 折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為
取折流板間距，則
折流板數(shù)
切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為20％~50％。
切缺率=
3.3.7 其他附件
拉桿數(shù)量與直徑按標(biāo)準(zhǔn)選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為1450mm，故其拉桿直徑為拉桿數(shù)量不少于10個。
殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板
殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑為
圓整后取管內(nèi)經(jīng)為360mm。
管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流體流速，則接管內(nèi)徑為
圓整后取管內(nèi)徑為340mm。
4換熱器核算
4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
用克恩法計算
當(dāng)量直徑
殼程流體通截面積
殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為
普朗特數(shù)
粘度校正
管內(nèi)表面積傳熱系數(shù)
管程流體流通截面積
管程流體流速
普朗特數(shù)
4.2 污垢熱阻和管壁熱阻
按表3-1，可取
表3-1 一些物料的污垢熱阻大致數(shù)據(jù)范圍
管外側(cè)污垢熱阻
管內(nèi)側(cè)污垢熱阻
管壁熱阻 依表3-2,碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率
表3-2 常用金屬材料的熱導(dǎo)率
碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/m·K。所以
4.3傳熱系數(shù)Kc
4.3.1傳熱面積裕度
傳熱面積Ac為
該換熱器的實際傳熱面積
該換熱器的面積裕度計算
傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。
4.4 壁溫核算
因管壁很薄，管壁熱阻很小，且由于該換熱器用循環(huán)冷卻水，冬季操作時，循環(huán)水的進口溫度將會降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進口溫度為15℃，出口溫度為36℃計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫上升，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期、污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫可能較大。計算中，應(yīng)按*不利的條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零件計算傳熱管壁溫。于是按
式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別為
傳熱管平均壁溫
殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=80℃.
殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為
該溫差較大，故需設(shè)溫度補償裝置。由于換熱器殼程流體壓力較高，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。
4.5 換熱器內(nèi)流體的流動阻力
4.5.1 管程流體阻力
由Re=,傳熱管對粗糙度，查莫狄圖得，流速u=1.100m/s，所以
管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)
4.5.2 殼程阻力
流體流經(jīng)灌輸?shù)淖枇?/p>
流體流過折流板缺口阻力
總阻力
由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。
5.結(jié)果匯總
結(jié)算結(jié)果一覽表
6.文獻(xiàn)參考
?。?］ 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設(shè)計.天津：天津大學(xué)出版社，2002
［2］ 大連理工大學(xué)化工原理教研室.化工原理課程設(shè)計.大連：大連理工大學(xué)出版社，1994
［3］ 譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998［4］ 時鈞 主編.化學(xué)工程手冊（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996
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?。?］ 路秀林，**相 等.塔設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004
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［10］柴誠敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設(shè)計. 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995
[11] 匡國柱，史啟才. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[12] 李功祥，陳蘭英，崔英德.常用化工單元設(shè)備設(shè)計.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003
[13] 陳志平，曹志錫，潘濃芬.過程設(shè)備設(shè)計與選型基礎(chǔ).浙江：浙江大學(xué)出版社，2005
7.編者小結(jié)
兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，
過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。*終的核算環(huán)節(jié)，本身就是在踐行過而能改，善莫大焉的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，*后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解.在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中,一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣**不可能收獲成功，收獲喜悅,也**不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！
課程設(shè)計給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計，對實際單元操作設(shè)計中所涉及的個方面要注意問題都有所了解。通過這次對精餾塔的設(shè)計，不僅讓我將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實.
在此感謝我們的續(xù)京老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課程設(shè)計的細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。同時感謝同組的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。
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