化工原理课程设计说明书 - 图文

图3 浮头式换热器 (3) U型管式 把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。 图4 U型管式换热器 结论：因为考虑到结构简单，制造方便，紧凑，价格低廉等综合因素，并且煤油这种介质应用固定管板式换热器也挺多，传热系数较大，结构紧凑，占地空间少，并操作简单，故采用固定管板式换热器。 2、冷热流体流动通道的选择 a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；

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b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀； c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力； d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出； e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热； f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力； g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100?Re即可达到湍流。但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。 结论：与煤油相比，自来水易结垢，如果其流速太小，会加快污垢增长速度使换热器传热速率下降。煤油被冷却，走壳程便于散热；选定的固定管板式换热器的壳程无法机械清洗，将不易结垢的煤油走壳程。因此，冷却水走管程，煤油走壳程。 3、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，对流传热系数越大，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。当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式复杂，对数平均值的温差要加以修正。 4、换热管规格和排列选择 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此对于洁净的流体管径可取得小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取的大些，以免堵塞。排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。

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图5 换热管排列方式 如图，管子的排列方式分别是：正三角形，正方形，转角正方形三种。与正方形相比，正三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽然比较松散，传热效果差，但管外清洗比较方便，对易结垢流体更为试用。若将正方形排列管束斜转45°安装，可在一定程度上提高对流传热系数。综合本设计结构和工艺结构考虑采用正三角形排列方法。 5、折流挡板的选择 安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数，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。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍。 图6 折流挡板对流动的影响

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6、流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 表1 常用流体流速范围 流体种类 流速/(m/s) 壳程 0.2~1.5 一般液体 易结垢液体 气体 管程 0.5~3.0 >1 >0.5 5~30 3~15 表2 不同黏度的液体在换热器内的最大流速 液体黏度/>1500 1500~500 500~100 100~35 35~1 （mPa·s） 最大流速0.6 /(m/s) <1 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4

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