【正文】 已有成熟的資料，具體步驟如下： (1)根據(jù)流體的物性及生產(chǎn)工藝條件的要求，確定流體通入的空間。 (2)確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的型式。 (3)計算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)。 (4)根據(jù)傳熱任務計算熱負荷。 (5)依對流傳熱系數(shù)a2和a1，確定污垢熱阻Rs2和Rsl。再計算總傳熱系數(shù)K計。據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按實際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。 (6)通過化工工藝計算，由總傳熱速率方程Q=KSΔtm初步算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸按系列標準選擇設備規(guī)格。 (7)計算管程、殼程 (8)計算初選設備的管、殼程流體的壓強降，如超過工藝允許的范圍，需調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓降直到壓強降滿足要求為止。以上設計過程還要牽涉到大量公式，其具體計算式子可以參考文獻[1]。 ：兩流體溫度變化情況：熱流體大豆油的入口溫度133℃，出口溫度40℃；冷流體(循環(huán)水)進口溫度30℃，出口溫度40℃。由于兩流體的溫度不同，所以使管束和殼體的溫度也不一樣，因此它們的熱膨脹程度也有差別。列管式換熱器中，由于冷熱兩流體溫度不同，使殼體和管束的溫度也不同。因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度相差較大時，就可能由于應力而引起設備的變形，甚至彎曲和斷裂，或管子從管板上松脫，因此必須采用適當?shù)臏夭钛a償措施，消除或減小熱應力。根據(jù)采取熱補償方法的不同，列管換熱器可分為以下幾種主要型式：(1)固定管板式。所謂固定管板式，即兩端管板和殼體連接成一體的結(jié)構(gòu)形式，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點，但殼程清洗困難，因此要求殼方流體應是較清潔且不容易結(jié)垢的物料。當兩流體的溫度差較大時，應考慮熱補償。而具有補償圈(或稱膨脹節(jié))的固定管板式換熱器，即在外殼的適當部位焊上一個補償圈，當外殼和管束膨脹不同時，補償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)，以適應外殼和管束的不同熱膨脹。此法適用于兩流體溫度差小于120℃殼程壓力小于60MPa的場合。(2)U形管換熱器。U形管換熱器每根管子都彎成U形，管子兩端均固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，從而解決補償問題。這種型式換熱器的結(jié)構(gòu)也較簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的情況。其主要缺點是管程清洗比較困難；且因管子需一定的彎曲半徑，管板利用率較差。(3)浮頭式的換熱器。浮頭式換熱器兩端管板中有一端不與外殼固定連接，該端稱為浮頭，這樣當管束和殼體因溫度差較大而熱膨脹不同時，管束連同浮頭就可在殼體內(nèi)自由伸縮，而與外殼無關，從而解決熱補償問題。另外，由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。所以浮頭式換熱器應用較為普遍，但結(jié)構(gòu)比較復雜。金屬耗量多，造價較高。 本設計所需要的換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，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，當兩流體的溫度差較大時，可以選用U型管換熱器。而且它具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點。故本次設計初步確定選用U型管換熱器。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 列管式換熱器的選用步驟：哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點可供選擇時參考(以固定管板式換熱器為例)。 (1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。 (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。 (4)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。 (5)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。 (6)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，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(Re100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。在選擇流體流徑時，首先考慮流體的壓強、防腐蝕及清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)和壓強降。 本設計以油和循環(huán)冷卻水作為傳熱媒介，水走管內(nèi)，油走殼程，因為水的壓強高、循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢、需要提高流速。為便于水垢清洗，應使循環(huán)水走管程，大豆油走殼程，綜合考慮做此選擇。 流體流速的選擇 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。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求：選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。由于本換熱器設計，總熱負荷小，不需要太高的對流傳熱系數(shù)，油和水又是液體，再加之平均溫度的下降影響了換熱。 流體兩端溫度的確定 若換熱器中冷熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一個流體僅已知進口溫度，則出口溫度應由設計者來確定。例如用冷水冷卻某熱流體，冷水的進口溫度可以根據(jù)當?shù)氐臍鉁貤l件作出估計，而換熱器出口的冷水溫度，便需要根據(jù)經(jīng)濟衡算來決定。為了節(jié)省水量，可使水的出口溫度提高些，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。兩者是相互矛盾的。本次化工原理課程設計任務書的操作條件給出換熱器中冷熱流體的溫度,因此就不存在確定流體兩端溫度的問題。 管子的規(guī)格和排列方法 (1)選擇管徑時，應盡可能使流速高些，但一般不應超過前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體