換熱器的設(shè)計(幻燈片)

1、化工原理課程設(shè)計管殼式換熱器的選型一.設(shè)計任務書1. 已知熱流體熱量已知熱流體熱量 ，溫度，溫度 、 ， 冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì) 溫度溫度2. 確定換熱面積及選定換熱器確定換熱面積及選定換熱器3. 選用一臺合適的離心泵選用一臺合適的離心泵1t1mq1T2T實例實例qm1T1qm1T2t1t2二.設(shè)計步驟1.求出換熱器的熱流量求出換熱器的熱流量2.作出適當?shù)倪x擇并計算作出適當?shù)倪x擇并計算mt 3.根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ，計算傳熱面積，計算傳熱面積估估KA4.計算冷、熱流體與管壁的計算冷、熱流體與管壁的 5.壓降校核壓降校核6.計算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積計算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積7.

2、 選用一臺合適的離心泵選用一臺合適的離心泵三三. . 設(shè)計結(jié)果設(shè)計結(jié)果 換熱器的型號換熱器的型號 離心泵的型號離心泵的型號 流程安排流程安排.求出換熱器的熱流量求出換熱器的熱流量根據(jù)已知條件根據(jù)已知條件 、 、 、 、 ，求求 2111TTCqQpm 1T2T2Cp1Cp1mqQ實例實例.作出適當?shù)倪x擇并計算作出適當?shù)倪x擇并計算mt 流向的選擇流向的選擇確定確定冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)出口溫度出口溫度 ，求對數(shù)平均推動力，求對數(shù)平均推動力對對 進行進行 修正修正2t 22112211lntTtTtTtTtm 逆逆逆逆mt 2121ttTTR 1212tTttP 查圖得到查圖得到 逆逆mmtt 一般逆流

3、優(yōu)于并流一般逆流優(yōu)于并流實例實例.根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ， 計算傳熱面積計算傳熱面積估估KA 逆逆估估估估m(xù)mtAKTTCpq 2111根據(jù)根據(jù) 初選初選換熱器換熱器估估A實例實例.計算冷、熱流體與管壁的計算冷、熱流體與管壁的確定冷、熱流體走管程或殼程確定冷、熱流體走管程或殼程確定管內(nèi)流速確定管內(nèi)流速根據(jù)所選換熱管確定根據(jù)所選換熱管確定管子的排列管子的排列目前我國國標采用目前我國國標采用 和和mmmm5 . 225 mmmm219 管長管長 有有1.5、2、3、4.5、6、9mlPiviNndqu2785. 0 nPN核定管殼式換熱器內(nèi)常用流速范圍核定管殼式換熱器內(nèi)常用流速

4、范圍管程數(shù)管程數(shù)管子數(shù)管子數(shù)折流擋板折流擋板安裝折流擋板的目的是為了提高管外安裝折流擋板的目的是為了提高管外對圓缺形擋板，弓形缺口的常見高度對圓缺形擋板，弓形缺口的常見高度國標擋板間距：國標擋板間距：取殼體內(nèi)徑的取殼體內(nèi)徑的20%和和25%固定管板式：固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm 浮頭式：浮頭式：100、150、200、250、300、350、450 （或（或480）、）、600mm管程給熱系數(shù)管程給熱系數(shù)i 1000Re 4 . 03 . 08 . 0023. 0 CpuddiiiinNdqPivi 2785. 0 8 . 0PiN 若若 ，則改變管

5、程數(shù)重新計算或重新估計，則改變管程數(shù)重新計算或重新估計估估Ki 估估K物性系數(shù)在定性溫度下求得物性系數(shù)在定性溫度下求得14. 0 m 實例實例殼程給熱系數(shù)殼程給熱系數(shù)2000Re 36. 00 ed 55. 0Re31Pr14. 0 w 200010Re 5 . 00 ed 507. 0Re31Pr14. 0 w 若若 太小，則可減少擋板間距太小，則可減少擋板間距0 實例實例.壓降校核壓降校核 管程阻力校核管程阻力校核23iPttuNfdlP :PN:tf3PtNP 允允PPt 管程數(shù)管程數(shù)管程結(jié)垢校正系數(shù)，對三角形排列取管程結(jié)垢校正系數(shù)，對三角形排列取1.5，正方形排列取正方形排列取1.4改

6、變管程數(shù)，應兼顧傳熱與流體壓降兩方面改變管程數(shù)，應兼顧傳熱與流體壓降兩方面的損失的損失必須調(diào)整管程數(shù)目重新計算必須調(diào)整管程數(shù)目重新計算實例實例 殼程阻力損失殼程阻力損失允允PPs 225 . 31200ufDBNNNFfPsBBTCs 可增大擋板間距可增大擋板間距:0u:BN:TCN:B:D:F:0f折流板數(shù)目折流板數(shù)目橫過管束中心線的管子數(shù)橫過管束中心線的管子數(shù)折流板間距折流板間距殼體內(nèi)徑殼體內(nèi)徑按殼程流動面積按殼程流動面積 計算所得的殼程流速計算所得的殼程流速 00dNDBATC 管子排列形式對壓降的校正系數(shù)管子排列形式對壓降的校正系數(shù)殼程流體摩擦系數(shù)殼程流體摩擦系數(shù)實例實例.計算傳熱系數(shù)

7、計算傳熱系數(shù) 校核傳熱面積校核傳熱面積根據(jù)流體的性質(zhì)選擇適當?shù)母鶕?jù)流體的性質(zhì)選擇適當?shù)?垢層熱阻垢層熱阻R0111 RKi估估m(xù)tKQA 計計ldNAT0 20. 110. 1 計計AA否則重新估計否則重新估計 ，重復以上計算，重復以上計算估估K實例實例 冷卻介質(zhì)的選擇是一個經(jīng)濟上的權(quán)衡問題，按設(shè)冷卻介質(zhì)的選擇是一個經(jīng)濟上的權(quán)衡問題，按設(shè)備費用和操作費用的最低原則確定冷卻介質(zhì)的最優(yōu)出備費用和操作費用的最低原則確定冷卻介質(zhì)的最優(yōu)出口溫度口溫度C 453CaCO3MgCOoptt2Ctm 10 根據(jù)一般經(jīng)驗過程要有一定的推動力，根據(jù)一般經(jīng)驗過程要有一定的推動力， 冷卻介質(zhì)若是工業(yè)用水，含有冷卻介質(zhì)

8、若是工業(yè)用水，含有 、 等等鹽類，其溶解度隨著溫度上升而降低，為了防止鹽類鹽類，其溶解度隨著溫度上升而降低，為了防止鹽類析出，形成垢層，工業(yè)冷卻水出口溫度應小于析出，形成垢層，工業(yè)冷卻水出口溫度應小于 若根據(jù)若根據(jù) 、 在圖上找不到相應的點，表明在圖上找不到相應的點，表明此種流型無法完成指定換熱任務，應改為其他流此種流型無法完成指定換熱任務，應改為其他流動方式。動方式。 若若 ，經(jīng)濟上不太合理，且操作溫度變，經(jīng)濟上不太合理，且操作溫度變化時，可能使化時，可能使 急劇下降，影響操作的穩(wěn)定性，急劇下降，影響操作的穩(wěn)定性，應改為其他流動方式。應改為其他流動方式。P R8 . 0原則：原則： 不潔凈和

9、易結(jié)垢的液體宜在管程不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管程 腐蝕性流體宜在管程腐蝕性流體宜在管程 壓強高的流體宜在管內(nèi)壓強高的流體宜在管內(nèi) 飽和蒸汽宜走殼程飽和蒸汽宜走殼程 被冷卻的流體宜走殼程被冷卻的流體宜走殼程 若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱 器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程 流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜 流體種類流體種類 流速流速管程管程殼程殼程一般流體一般流體0.530.21.5易結(jié)垢流體易結(jié)垢流體 10.5氣體氣體530315列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍

10、液體粘度液體粘度最大流速最大流速 1500 0.6 1500500 0.75 500100 1.1 10035 1.5 351 1.8 1 2.4sm3102mSN sm不同粘度液體的流速不同粘度液體的流速較大較大給熱效果較差給熱效果較差管外清洗方便管外清洗方便大大. a. b. c14. 0 w 95. 005. 1114. 0www 高粘度液體被冷卻高粘度液體被冷卻高粘度液體被加熱高粘度液體被加熱低粘度低粘度 0Reude 020244ddlde 02024234ddlde AVu 0 ldBDA01l0dBD對正方形對正方形對正三角形對正三角形為相鄰兩管的中心距，為相鄰兩管的中心距， 為

11、管外徑，為管外徑， 兩塊擋板間距離，兩塊擋板間距離，為殼體直徑為殼體直徑 流體流體 污垢熱阻污垢熱阻 流體流體 污垢熱阻污垢熱阻 水水 溶劑蒸汽溶劑蒸汽 0.14 蒸餾水蒸餾水 0.09 水蒸氣水蒸氣 海水海水 0.09 優(yōu)質(zhì)（不含油）優(yōu)質(zhì)（不含油） 0.052 清凈的河水清凈的河水 0.21 劣質(zhì)（不含油）劣質(zhì)（不含油） 0.09 未處理的涼水塔用水未處理的涼水塔用水 0.58 往復機排出往復機排出 0.176 已處理的涼水塔用水已處理的涼水塔用水 0.26 液體液體 已處理的鍋爐用水已處理的鍋爐用水 0.26 處理過的鹽水處理過的鹽水 0.264 硬水、井水硬水、井水 0.58 有機物有機

12、物 0.176 氣體氣體 燃料油燃料油 1.056 空氣空氣 0.260.53 焦油焦油 1.7612/ kWKmRR12/ kWKm Ctsm 50,1常見流體的污垢熱阻常見流體的污垢熱阻hrkcal/1054. 95初選換熱器初選換熱器2111TTCpqQm607853. 0101003選冷凝水出口溫度選冷凝水出口溫度定性溫度定性溫度Ct 402Ctm 252104031129976 .9026078. 0179. 4mkgsPaKmWCkgkJCp 計算計算mt 據(jù)此定性溫度，查表得水的物性數(shù)據(jù)據(jù)此定性溫度，查表得水的物性數(shù)據(jù) CtTtTtTtTtm 7 .4310604078ln106

13、04078ln12211221逆逆6 . 0103660781221 ttTTR441. 0107810361112 tTttP97. 0 初擬定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。初擬定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。由圖查得由圖查得 修正系數(shù)修正系數(shù)。參照表參照表，初步估計，初步估計 ，傳熱面積，傳熱面積254 .377 .4397. 070036008 .41861054. 9mtKQAm 逆逆估估估估 CmWK 2700估估由換熱器系列標準，初選由換熱器系列標準，初選 型換熱器型換熱器IES225/5 . 4436 . 1500B 外殼直徑外殼直徑D/mm500管程數(shù)管程數(shù)Np2管

14、長管長l/m4.5公稱壓強公稱壓強P/Mpa1.6管子排列方式管子排列方式正方形正方形管數(shù)管數(shù)NT124公稱面積公稱面積A/m2 243管子尺寸管子尺寸/mm252.5管中心距管中心距t/mm32根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ，計算傳熱面積，計算傳熱面積估估KA管程流動面積管程流動面積 管內(nèi)冷卻水流速管內(nèi)冷卻水流速 管程給熱系數(shù)管程給熱系數(shù) 22210195. 0212402. 0785. 04mNNdAPT 4611122512221004.1106 .90299746.002.0Re46.00195.0997360031860360086.31104041798 .418610

15、54.9 imimdismAquhrTttCpQqi CmWidii 24 . 08 . 02317PrRe023. 0 管程給熱系數(shù)計算管程給熱系數(shù)計算殼程給熱系數(shù)計算殼程給熱系數(shù)計算 2 . 83600/8 .418614. 0106 . 08 .418653. 0Pr1070. 5106 . 099727. 1027. 0Re027. 0025. 014. 3025. 0785. 0032. 044427. 19970219. 036001010036000219. 0032. 0025. 015 . 02 . 013432200222020232220202 Cpdeumddtdesm

16、AqumtdBDAm殼程中有機物被冷卻，取殼程中有機物被冷卻，取 95. 014. 0 W CmWdeW 214. 03155. 001717PrRe36. 0 att0 . 1允許值允許值 ，可行，可行PauNfdliPtt3544232 取管壁粗糙度取管壁粗糙度 ， 查圖得查圖得管程壓降管程壓降mm15. 0 0075. 0/ d 04. 0 管程壓降的校核管程壓降的校核取折流擋板間距取折流擋板間距 ，因系正方形排列，因系正方形排列，管束中心線管數(shù)管束中心線管數(shù)殼程流動面積殼程流動面積因因 故故 46. 01045. 35Re5228. 04228. 00 f500Re0 43000322

17、202021045. 3106 . 099783. 0025. 0Re83. 00337. 099736001010036000337. 0025. 03 .135 . 02 . 0 udsmAqumdNDBAmTC 3 .1312419. 119. 15 . 05 . 0 TTCNNmB2 . 0 殼程壓降校核殼程壓降校核管子排列為正方形，斜轉(zhuǎn)安裝，取校正系數(shù)管子排列為正方形，斜轉(zhuǎn)安裝，取校正系數(shù)取垢層校正系數(shù)取垢層校正系數(shù)擋板數(shù)擋板數(shù)殼程壓降殼程壓降 ats0 . 1 kPaufDBNNNFfsBBTCs7 .45225 . 31200 2212 . 05 . 41 BlNB15. 1 s

18、f4 . 0 F，可行，可行查表查表，取，取 ， 根據(jù)所選換熱器根據(jù)所選換熱器WCmRi 200021. 0WCmR 2000018. 0 2522 .387 .4397. 036006858 .41861054. 96851717100018. 0450025. 000021. 0231711mtKQACmWKm 計計計計15. 12 .388 .43 計計AAIES225/5 . 4436 . 1500B 傳熱面積校核傳熱面積校核208 .435 . 4025. 014. 3124mldNAT 符合要求符合要求型換熱器適合型換熱器適合熱流體熱流體冷流體冷流體 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)水水輕油輕油重

19、油重油氣體氣體水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝低沸點烴類蒸氣冷凝（常壓）低沸點烴類蒸氣冷凝（常壓）低沸點烴類蒸氣冷凝（減壓）低沸點烴類蒸氣冷凝（減壓）水水水水水水水水水水氣體氣體水沸騰水沸騰輕油沸騰輕油沸騰重油沸騰重油沸騰水水水水850170034091060280172801420425030300200042504551020140425 455114060170K CmW 2一一. .管徑初選管徑初選hrmqqskghrTqmvm311132360099785. 885. 886.31 初取水經(jīng)濟流速初取水經(jīng)濟流速 由于

20、由于87mm不是標準管徑，因此確定不是標準管徑，因此確定經(jīng)計算經(jīng)計算 符合經(jīng)濟流速范圍符合經(jīng)濟流速范圍故確定故確定 ，2220059. 05 . 199785. 8muqAml smu5 . 1 mmdl87 smu0 . 2075. 0785. 099785. 82 mmdl75 smu0 . 2 mmdl75 二二. .壓頭壓頭在水槽液面及壓力表在水槽液面及壓力表2處列柏努利方程處列柏努利方程 ，如圖，如圖feaHguzgpHgp 222 取取 ， ， mm15. 0 002. 0/ d 5107 . 1Re udl 查圖查圖得得 =0.025局部阻力局部阻力： 底閥底閥1個個 標準標準9

21、0彎頭彎頭3個個 球心閥球心閥1個個5 . 8 375. 0 5 . 9 He 96. 05 . 0/075. 011222221 AA 49. 05 . 0/075. 015 . 015 . 02212 AA 7 .2149. 096. 05 . 9375. 05 . 8 Pat3544 mggudlHtf2 . 681. 9997354481. 920 . 27 .21075. 0515025. 0222 mHe4 .162 . 681. 920 . 2881. 999781. 9102 . 024 流入換熱器流入換熱器流出換熱器流出換熱器 故故 換熱器壓降換熱器壓降工藝要求工藝要求要求將溫度為要求將溫度為 的某液態(tài)有機物冷卻至的某液態(tài)有機物冷卻至 ，此有機物的流，此有機物的流量為量為 。現(xiàn)擬用溫度為?，F(xiàn)擬用溫度為 的冷水進行冷卻。要求換的冷水進行冷卻。要求換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應超過熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應超過 。已知有機物。已知有機物在在 時物性數(shù)據(jù)如下：