管殼式熱交換器設(shè)計全解

1、熱交換器原理課程設(shè)計,管殼式換熱器的選型,設(shè)計內(nèi)容1、工藝設(shè)計：通過物料衡算和熱量衡算，確定傳熱系數(shù)K 傳熱面積A，管子長度及數(shù)量，管板的布置及流體的流向 。 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計：殼體壁厚的確定，管子及其與管板的連接、各流體進(jìn)、出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計，溫差的影響，各部位的焊接結(jié)構(gòu)。三、管殼式換熱器的選用1、分析了解設(shè)計任務(wù)，掌握各項參數(shù)及工藝特點①物料的進(jìn)、出口溫度及操作壓力②物料的物性參數(shù)③物料的物理化學(xué)性質(zhì)及耐腐蝕性2、確定選擇

2、換熱器的型式，確定流體流動空間3、設(shè)計計算①根據(jù)物料進(jìn)、出口的溫度，計算對數(shù)平均溫差②根據(jù)物料的物性參數(shù)，確定α1，α2，λ，R1，R2 計算總傳熱系數(shù)K③計算熱負(fù)荷④確定傳熱面積A，確定管徑管數(shù),⑴ 確定流動路徑，根據(jù)任務(wù)計算傳熱負(fù)荷，確定流體進(jìn)、出的溫度，選定換熱器形式，計算定性溫度，查取物性，計算平均溫差，根據(jù)溫度校正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)。,⑵ 依據(jù)總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際選定總傳熱系數(shù)K估值，估

3、算傳熱面積A估。選定換熱器的基本尺寸，如管徑、管長、管數(shù)及排列等；若選用，在標(biāo)準(zhǔn)中選擇換熱器型號。,⑶ 計算管程和殼程的壓降，根據(jù)初選設(shè)備規(guī)格，計算管、殼程流體壓降，檢查結(jié)果是否滿足工藝要求，若壓降不合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或擋板間距，或選擇另一規(guī)格的設(shè)備，重新計算壓降至滿足要求。,(二) 列管換熱器的選用和設(shè)計的步驟,⑷ 計算總傳熱系數(shù)，核算傳熱面積，計算管、殼程的換熱系數(shù)α 1和α 2，確定污垢熱阻Rs1和Rs2, 計算

4、總傳熱系數(shù)K計，并計算傳熱面積A計，比較K估和K計，若K估/K計=1.15～1.25，則初選的設(shè)備合適，否則需另設(shè)K估值，重復(fù)以上步驟。,生產(chǎn)任務(wù),,,,進(jìn)出口溫度,,型式,,流徑,,定性溫度,,物性參數(shù),,平均溫差,,殼程數(shù),Ψ≥0.8,,Q,,,初選K選,,,,,A,,管方尺寸,殼方尺寸,,,,,,選擇規(guī)格,,,計算壓降,合理,,,,,NO,液體10～00KPa氣體1～10KPa,,,,,yes,計算αsαt,計算

5、Rs Rt,,,,,K計/K選＝1.15～1.25,設(shè)計選型合格,,yes,,END,,,NO,K計,,一.設(shè)計任務(wù)書,1. 已知熱流體熱量 ，溫度 、 ， 冷卻介質(zhì) 溫度,2. 確定換熱面積及選定換熱器,3. 選用一臺合適的離心泵,實例,,,,,,,qm1,T1,qm1,T2,t1,t2,二.設(shè)計步驟,1.求出換熱器的熱流量,2.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計算,3.根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ，計

6、算傳熱面積,4.計算冷、熱流體與管壁的,5.壓降校核,6.計算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積,,7. 選用一臺合適的離心泵,三. 設(shè)計結(jié)果,換熱器的型號離心泵的型號流程安排,,Ⅰ.求出換熱器的熱流量,根據(jù)已知條件 、 、 、 、 ，求,,實例,Ⅱ.作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計算,①流向的選擇,②確定冷卻介質(zhì)出口溫度 ，求對數(shù)平均推動力,③對 進(jìn)行 修正,查圖得到,一

7、般逆流優(yōu)于并流,,實例,Ⅲ.根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ， 計算傳熱面積,根據(jù) 初選換熱器,,實例,Ⅳ.計算冷、熱流體與管壁的,①確定冷、熱流體走管程或殼程,②確定管內(nèi)流速,③根據(jù)所選換熱管確定管子的排列,目前我國國標(biāo)采用 和,管長 有1.5、2、3、4.5、6、9m,核定管殼式換熱器內(nèi)常用流速范圍,管程數(shù),管子數(shù),④折流擋板,安裝折流擋板的目的是為了

8、提高管外對圓缺形擋板，弓形缺口的常見高度,國標(biāo)擋板間距：,取殼體內(nèi)徑的20%和25%,固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm,浮頭式：100、150、200、250、300、350、450 （或480）、600mm,⑤管程換熱系數(shù),若 ，則改變管程數(shù)重新計算或重新估計,物性系數(shù)在定性溫度下求得,實例,⑥殼程給熱系數(shù),若 太小，則

9、可減少擋板間距,,實例,Ⅴ.壓降校核,① 管程阻力校核,管程數(shù),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1.4,改變管程數(shù)，應(yīng)兼顧傳熱與流體壓降兩方面的損失,必須調(diào)整管程數(shù)目重新計算,實例,② 殼程阻力損失,可增大擋板間距,折流板數(shù)目,橫過管束中心線的管子數(shù),折流板間距,殼體內(nèi)徑,按殼程流動面積 計算所得的殼程流速,管子排列形式對壓降的校正系數(shù),殼程流

10、體摩擦系數(shù),,實例,Ⅵ.計算傳熱系數(shù) 校核傳熱面積,根據(jù)流體的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)?垢層熱阻,否則重新估計 ，重復(fù)以上計算,,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)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,,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 、 等鹽類，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(yīng)小于,,

11、?若根據(jù) 、 在圖上找不到相應(yīng)的點，表明此種流型無法完成指定換熱任務(wù)，應(yīng)改為其他流動方式。 ?若 ，經(jīng)濟上不太合理，且操作溫度變化時，可能使 急劇下降，影響操作的穩(wěn)定性，應(yīng)改為其他流動方式。,,,,原則：,① 不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在管程,,② 腐蝕性流體宜在管程,③ 壓強高的流體宜在管內(nèi),④ 飽和蒸汽宜走殼程,⑤ 被冷卻的流體宜走殼程,⑥ 若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱

12、 器，宜將給熱系數(shù)大的流體通入殼程,⑦ 流量小而粘度大的液體一般以殼程為宜,列管式換熱器內(nèi)常用的流速范圍,不同粘度液體的流速,,,較大,給熱效果較差管外清洗方便,大,,對正方形,對正三角形,為相鄰兩管的中心距， 為管外徑， 兩塊擋板間距離，為殼體直徑,,常見流體的污垢熱阻,,初選換熱器,,選冷凝水出口溫度定性溫度,計算,,據(jù)此定性溫度，查表得水的物性數(shù)據(jù),初擬定采用單殼程，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。由圖查得

13、 修正系數(shù)。,參照表，初步估計 ，傳熱面積,由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選 型換熱器,根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù) ，計算傳熱面積,,管程流動面積,管內(nèi)冷卻水流速,管程給熱系數(shù),,,,,,,,,,管程給熱系數(shù)計算,,殼程給熱系數(shù)計

14、算,,殼程中有機物被冷卻，取,,,，可行,取管壁粗糙度 ， 查圖得管程壓降,管程壓降的校核,取折流擋板間距 ，因系正方形排列，管束中心線管數(shù),殼程流動面積,因 故,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),取垢層校正系數(shù)擋板數(shù)殼程壓降,，可行,查表，取

15、 ，,根據(jù)所選換熱器,傳熱面積校核,,符合要求,型換熱器適合,∴,∴,,一.管徑初選,初取水經(jīng)濟流速,由于87mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定經(jīng)計算 符合經(jīng)濟流速范圍故確定 ，,,二.壓頭,在水槽液面及壓力表2

16、處列伯努利方程 ，如圖,取 ， ，,查圖得 λ=0.025局部阻力： 底閥1個 標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個 球心閥1個,,流入換熱器流出換熱器 故 換熱器壓降∴∴,,,,工藝要求,要求將溫度為 的某液態(tài)有機物冷卻至 ，此有機物的流量為

17、 ?，F(xiàn)擬用溫度為 的冷水進(jìn)行冷卻。要求換熱器管殼兩側(cè)的壓降皆不應(yīng)超過 。已知有機物在 時物性數(shù)據(jù)如下：,流程,管路布置如圖（參考圖），已知泵進(jìn)口段管長 ，泵出口段管長 。（均不包括局部阻力損失）,,常見流體的污垢熱阻,,由換熱器系列