列管換熱器課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-10-03 23:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 h—— 熱流體； i—— 管內(nèi)； m—— 平均； o—— 管外； s—— 污垢 5 第一章、 緒論 對(duì) 換熱器 的認(rèn)識(shí) 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(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，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?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。 6 工業(yè)上最常見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。 列管換熱器簡(jiǎn)介 列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式 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。一種流體在關(guān)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。 列管換熱器的類型即選擇 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，介紹幾種常見的列管式換熱器。 ? 固定管板式換熱器 這類換熱器如圖 11 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)，排管最多， 7 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，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 ? 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；管束最內(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。 8 ? 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖 13 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。 ? 填料函式換熱器 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如 圖 14 所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體 9 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)可能通過填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。 第二章、確定設(shè)計(jì)方案 選擇換熱器的類型 兩流體溫度的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 84℃ ，出口溫度 48℃；冷流體進(jìn)口溫度 26℃，出口溫度 40℃，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。 10 換熱器材質(zhì)的選擇 一般換熱器常用材料有碳鋼和不銹鋼，由于 處理的是醋酸，要求有較好的耐酸性， 不銹鋼有良好的耐腐蝕性性，所以選擇 1Crl8Ni9Ti 奧氏體不銹鋼。 流動(dòng)空間及流速的確定 考慮到醋酸腐蝕性，所以醋酸走管程，水走殼 程。選用 ?19mm2(1Crl8Ni9Ti),取管內(nèi) 流速 ui = 。 第三章、 物性數(shù)據(jù)的確定 定型溫度的計(jì)算 已知條件 : 醋酸： T1 = 84℃ ， T2 =48℃ 水 : t1 = 26℃ , t2 = 40℃ 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度。 T = T1+T22 =84+482 = 66℃ t = t1+t22 = 26+402 = 33℃ 11 醋酸的物性參數(shù) 當(dāng) T=66℃時(shí)，醋酸的各項(xiàng)參數(shù)如下 ： 密度 ρ = 定壓比熱容 Cp = (kg?K) 粘度 μ = ?s 熱導(dǎo)率
畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1