1.概述. 1
2.設(shè)計(jì)方案分析. 2
2.1換熱器的類型. 2
2.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)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(jì)算公式. 6
3.工藝及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)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(dòng)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(jì)題目：列管換熱器的工藝設(shè)計(jì)
二 設(shè)計(jì)條件
某生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)物料換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從105℃進(jìn)一步冷卻到55℃后，進(jìn)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(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)一列管換熱器。設(shè)計(jì)一列管換熱器。
1 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求確定設(shè)計(jì)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(jì)算
(1)傳熱面積的計(jì)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(jì)算及其輸送機(jī)械的選擇（選做）
四 設(shè)計(jì)結(jié)果總匯
1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（目錄、概述、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算（包括選擇結(jié)構(gòu)，傳熱計(jì)算，壓力核算等）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與說(shuō)明、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)）
2、工藝流程示意圖（手繪于設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中）。
3、工藝條件圖（A2）。
五 參考文獻(xiàn)
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［10］柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維，李阿娜. 化工原理課程設(shè)計(jì). 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995
在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)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(dú)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(zhǎng)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(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)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(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)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(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求：
（1）合理地實(shí)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(guò)程所規(guī)定的條件。
（2）安全可靠：換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵照我國(guó)《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。
（3）有利于安裝、操作與維修：直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)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。
（4）經(jīng)濟(jì)合理：評(píng)價(jià)換熱器的*終指標(biāo)是：在一定的時(shí)間內(nèi)（通常為1年）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)等）的總和為*小。動(dòng)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(jìn)行清洗。在清洗時(shí)不僅無(wú)法傳遞熱量，還要支付清洗費(fèi)，這部分費(fèi)用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補(bǔ)償，因此存在一*適宜的運(yùn)行周期。 嚴(yán)格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(gè)系統(tǒng)中全部設(shè)備為對(duì)象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問(wèn)題難度很大，當(dāng)影響換熱器的各項(xiàng)因素改變后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時(shí)，按照上述觀點(diǎn)單獨(dú)地對(duì)換熱器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算仍然是可行的。
綜上所述，對(duì)列管式換熱器進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。
2.設(shè)計(jì)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(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)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(cuò)流通過(guò)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(shí)，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(mén)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(kāi)，互不接觸，熱量從熱流體穿過(guò)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(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。將在后面做重點(diǎn)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(jiǎn)單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場(chǎng)合。常見(jiàn)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(shí)，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(jiǎn)單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn)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(jiàn)的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(mén)被大量采用。列管式換熱器的特點(diǎn)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(qiáng)及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競(jìng)相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來(lái)。
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(jiàn)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(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見(jiàn)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(jiǎn)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(cè)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(shí)，用使用管子于管板的接口脫開(kāi)，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(diǎn)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(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)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(bào)廢率
較高。此外，其造價(jià)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)，互不約束，不會(huì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)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(diǎn)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(huì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)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(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。
所設(shè)計(jì)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(jìn)口溫度110℃，出口溫度60℃；冷流體進(jìn)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(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)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(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對(duì)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(yùn)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(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。
(3)壓強(qiáng)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(shí)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(qiáng)冷卻效果。
(6) 需要提高流速以增大其對(duì)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(dòng)時(shí)，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(duì)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?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?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(duì)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(dòng)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(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)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(shí)際需要，可以選擇使用高級(jí)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(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。
(a) 正方形直列 （b）正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列
（d）三角形錯(cuò)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(jī)械清洗。對(duì)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(kāi)來(lái)。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(chǎng)合不同，殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置形式亦不同，以此來(lái)滿足設(shè)計(jì)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(duì)傳熱管*有效的流動(dòng)，來(lái)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(hù)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(gè)圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)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(shí)，大多考慮使用復(fù)合金屬板。
介質(zhì)在殼程的流動(dòng)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(gè)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(cuò)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(jì)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(guò)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(jì)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(guò)管束，增加流體速度，以增強(qiáng)傳熱；同時(shí)起支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。
折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤(pán)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(shí)，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(jìn)出口的設(shè)計(jì)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(shí)，對(duì)換熱管會(huì)造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴(kuò)大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板。
3.工藝及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算
定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)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(duì)混合氣體來(lái)說(shuō)，*可靠的物性參數(shù)是實(shí)測(cè)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(jì)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(jí)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(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為
按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng),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(shí)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(guò)程設(shè)計(jì)及設(shè)備課程設(shè)計(jì)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(jìn)級(jí)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(gè)。
殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板
殼程流體進(jìn)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(jìn)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(jì)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?cái)?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?cái)?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(shí)際傳熱面積
該換熱器的面積裕度計(jì)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(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為36℃計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)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(jì)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(jì)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(bǔ)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(dòng)阻力
4.5.1 管程流體阻力
由Re=,傳熱管對(duì)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(guò)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
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7.編者小結(jié)
兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，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(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，
過(guò)而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)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(guò)而能改，善莫大焉的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，*后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解.在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中,一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后一一進(jìn)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(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！
課程設(shè)計(jì)給我很多專業(yè)知識(shí)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(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，更特別是對(duì)精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際單元操作設(shè)計(jì)中所涉及的個(gè)方面要注意問(wèn)題都有所了解。通過(guò)這次對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)，不僅讓我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，而且對(duì)知識(shí)也是一種鞏固和提升充實(shí).
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(wú)盡的啟迪；這次課程設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)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(jì)。同時(shí)感謝同組的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。
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