【文章內容簡介】 管式換熱器在生產中被廣泛利用。它的結構簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設計基礎。二、方案設計某廠在生產過程中，需將硝基苯液體從 93℃冷卻到 50℃。處理能力為 1105 噸/年。冷卻介質采用自來水，入口溫度 27℃，出口溫度 37℃。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于 10kPa。試設計能完成上述任務的列管式換熱器。 （每年按 300 天，每天 24 小時連續(xù)運行） 確定設計方案 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 93℃，出口溫度 50℃冷流體。冷流體進口溫度 27℃，出口溫度 37℃。從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 流動空間及流速的確定 由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷卻水走管程，硝基苯走殼程。另外，這樣的選擇可以使硝基苯通過殼體壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果。同時，在此選擇逆流。選用 ф25 的碳鋼管，管內流速取 ui=。 設計和選用的計算步驟設有流量為去 qm,h 的熱流體，需從溫度 T1 冷卻至 T2，可用的冷卻介質入口溫度 t1，出口溫度選定為 t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量 Q 和逆流操作的平均推動力 。根據傳熱速率基本方程：　　　　　　當 Q 和 已知時，要求取傳熱面積 A 必須知 K 和 則是由傳熱面積 A 的大小和換熱器結構決定的?？梢?，在冷、熱流體的流量及進、出口溫度皆已知的條件下，選用或設計換熱器必須通過試差計算，按以下步驟進行。初步選定換熱器的流動方式，保證溫差修正系數 大于 ，否則應改變流動方式，重新計算。計算熱流量 Q 及平均傳熱溫差△tm，根據經驗估計總傳熱系數 K估，初估傳熱面積 A 估。選取管程適宜流速，估算管程數，并根據 A 估的數值，確定換熱管直徑、長度及排列。 、確定物性數據 根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。 硝基苯在 ℃下的有關物性數據如下： 密度　　 ρ o=1154 kg/m3定壓比熱容　 c po=(kg℃)導熱系數　　 λ o=105＝ W/(m℃)粘度　　 μ o= Pas冷卻水在 32℃下的物性數據： 密度　　 ρ i=定壓比熱容　 c pi= kJ/(kg℃)導熱系數　　 λ i= W/(m℃)粘度　　　　 μ i= Pas 計算總傳熱系數 熱流量 Wo=11051000247。300247。24≈13889kg/hQo=WocpoΔt o=13889(9350)= kJ/h= kW 平均傳熱溫差 ℃)()7(ln39。t21 ?????tm 冷卻水用量 hgQWO / ?????）（ 總傳熱系數 K 管程傳熱系數 ???? cd3. ）（）（ ????. ）（ ???℃ ）（ ?m/W殼程傳熱系數 假設殼程的傳熱系數 αo=290 W/(m 2℃)； 污垢熱阻 Rsi= m2℃/W , Rso= m2℃/W管壁的導熱系數 λ=45 W/(m℃) osmoiio 1dbd1???＋＋＋＋ RK? ＋＋＋＋ ???℃ ）（ ??m/40W 計算傳熱面積 23m39。 mKQS????考慮 15％的面積裕度，S= S39。39。== 工藝結構尺寸 管徑和管內流速及管長 選用 ф25 傳熱管(碳鋼)，取管內流速 ui=，選用管長為 3m 管程數和傳熱管數 依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 根實 ????AN按單程管計算其流速為 smW/).6/(??????）（按單管程設計，流速過小，宜采用多管程結構。則該換熱器管程數為 (管程)??N傳熱管總根數 N=94 (根) 平均傳熱溫差校正及殼程數 平均傳熱溫差校正系數 ???按單殼程，雙管程結構，溫差校正系數應查有關圖表。可得 ???平均傳熱溫差 ℃39。tm?????? 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距 t= d0，則 t=25=≈32(mm)橫過管束中心線的管數 .??CN得到各程之間可排列 11 支管，即正六邊形可排 6 層。則實際排管數設為 102根，其中 4 根拉桿，則實際換熱器為 98 根 殼體內徑 采用多管程結構，取管板利用率 η＝，則殼體內徑為 . ????ND圓整可取 D＝400mm 殼體內徑 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的 25％，則切去的圓缺高度為 h＝400＝100mm，故可取 h＝100 mm。 取折流板間距 B＝ ，則B＝ 400＝200mm，可取 B 為 200。 折流板數 NB=傳熱管長/折流板間距1=3000/2001=14(塊)折流板圓缺面水平裝配。 接管 殼程流體進出口接管：取接管內硝基苯流速為 u＝1..0 m/s，則接管內徑為 ???? ）（?V取標準管徑為 108 mm11mm。 管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速 u＝ m/s，則接管內徑為 ???）（取 ф76mm 無縫鋼管。 換熱器核算 熱量核算 ①殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 ）（ ???PR?當量直徑，由正三角形排列得 )()423(2 ????????oedt殼程流通截面積 ?????）（）（BDS殼程流體流速及其雷諾數分別為 ???Rs）（普蘭特準數 ???P粘度校正 ?）（ ?℃ ）（ ????? 23/ m/. W?②管程對流傳熱系數 ?管程流通截面積 22i m0148./.???S管程流體流速 s/..6/1uii ???）（普蘭特準數 ℃ ）????? /(.. mWP?③傳熱系數 K ℃ ）（ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ?????2osmoiio/ ..01dbdWR???④傳熱面積 S 23m39。 ????該換熱器的實際傳熱面積 Sp 2op ?????）（）（NS?該換熱器的面積裕度為 %20.39。p ???SH傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。 換熱器內流體的壓力降 ①管程流動阻力