【正文】 =1937801 KJ/h 因?yàn)?r= KJ/Kg ，水蒸汽的消耗量： Wh= Qc / r = ③確定流體 的流徑 設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為水蒸氣，冷流體為原料液，為防止原料液在管程中流動(dòng)從而使管程結(jié)垢，所以令水蒸氣走殼層，原料液走管程。℃ ) Qc= Wc CPc s 汽化熱 r KJ/Kg 乙醇 ℃ 764 103 水 ℃ 104 水蒸汽 130℃ 105 水 130℃ 104 ②熱負(fù)荷計(jì)算 Qh = Wh℃ ) 導(dǎo)熱系 k W/(m u —— 流體流速， m / s 。 內(nèi)蒙工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 10 由上式計(jì)算得到的總傳熱系數(shù)為 K 計(jì) ?！?/ W； di， do， dm—— 換熱器列管的內(nèi)徑、外徑及平均直徑， m； k—— 列管管壁的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m℃ )； hi， ho—— 傳熱管內(nèi)、外側(cè)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)， W/(m2—— 流體流過(guò)折流擋板缺口的壓力降， Pa； Fs—— 結(jié)垢校正系數(shù)，無(wú)因次，對(duì)液體 Fs =；對(duì)氣體 Fs =； F—— 管子排列方式對(duì)壓力降的校正系數(shù)：三角形排列 F =，正方形 直列 F = ，正方形錯(cuò)列 F =； f0—— 殼程流體的摩擦系數(shù)， nc—— 橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，可按式 32 及式 33 計(jì)算； h—— 折流板間距， m； D—— 殼體直徑， m； NB—— 折流板數(shù)目； uo—— 按殼程流通截面積 So 計(jì)算的流速， m/s。 do) 式中 Δ P1180。=NB[ – （ 2 B / D） ] （ρ nc（ NB + 1）= F） Fs ②殼程有折流擋板 ,計(jì)算公式如下： ∑Δ Po =（Δ P1180。 Ns—— 串聯(lián)的殼程數(shù)； Np—— 管程數(shù)。 Ns （ 2）平均溫度差 一側(cè)恒溫，逆流與并流的平均溫差相等 Δ tm =(Δ t1Δ t2)/ln(Δ t1/Δ t2) 式中 Δ t Δ t2—— 分別為 換熱器兩端熱、冷流體的溫差，℃?！?)； T—— 熱流體的溫度，℃； t —— 冷流體的溫度，℃。 （ 1）傳熱速率 (熱負(fù)荷 ) Q ①傳熱的冷熱流體均沒(méi)有相變化，且忽略熱損失，則 Q = WhCph ( T1 – T2 ) = WcCpc( t2– t1 ) ②流體有相變化，如飽和蒸汽冷凝，且冷凝液在飽和溫度下排出，則 Q = WhΔ tm 式中 Q—— 傳熱速率 (熱負(fù)荷 )， W； K—— 總傳熱系數(shù)， W/(m2 計(jì)算 主要公式 傳熱速率方程式 Q = K否則需另設(shè) K 選 值，重復(fù)以上計(jì)算步驟 。若壓強(qiáng)降超過(guò)工藝允許的范圍，則要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的設(shè)備，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。 3．計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管、殼 程流體的流速和壓強(qiáng)降。 (4) 計(jì)算平均溫度差。 (2) 由總傳熱速率方程 Q＝ KSΔ tm，初步算出傳熱面積 S，并確定換熱器的基本尺寸 (如 d、 L、 n及管子在管板上的排列等 )，或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格 。 ②計(jì)算平均溫度差，當(dāng)兩側(cè)的流體均為變溫傳熱時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫 度差的校正。 列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)產(chǎn)量要求，計(jì)算換熱系統(tǒng)的原料量、產(chǎn)品量，再進(jìn)一步確定所需計(jì)算的換熱器，逐步進(jìn)行換熱器的選用。采用多管程時(shí)，合理的換熱器管的長(zhǎng)度為 、 3 或 6m。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。 列管式換熱器除上述部件外，列管換熱器根據(jù)尺寸大小和用途不同，大型換熱器還設(shè)有拉桿、旁路擋板；冷凝器設(shè)有攔液板等等。同時(shí)它還起支撐管束的作用。根據(jù)工作溫度選擇殼體材料，有防腐要求時(shí)，大多考慮使用復(fù)合金屬板。 （ 2） 殼程結(jié)構(gòu) 殼體是一個(gè)圓筒形的容器。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。 管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。管板上開(kāi)有管孔，管孔的排列方式有三角形、正方形和同心圓形。 管板 列管式換熱器管板是用來(lái)固定管束連接殼體和端蓋的一個(gè)圓 形厚板，它的受力關(guān)系比較復(fù)雜。 （ 1） 管程結(jié)構(gòu) 換熱管 常用換熱管的規(guī)格有φ 19 2mm, φ 25 2mm。 (4)加熱介質(zhì) 根據(jù)工藝要求以及設(shè)備的承壓能力，加熱介質(zhì)可選用低壓蒸氣。缺水地區(qū)可選內(nèi)蒙工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 5 用較大溫差，水源豐富地區(qū)可選用較小溫差。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)冷卻水的溫度差可取 810。如用冷卻水冷卻某熱流體，水的進(jìn)口溫度可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件作出估計(jì)，而出口溫度需經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡確定。因此，一般需要通過(guò)多方面權(quán)衡選擇適宜的流速。 （ 2） 流體流速的選擇 流體流速的選擇涉及到傳熱系數(shù)、流動(dòng)阻力及換熱器結(jié)構(gòu)等方面。 ⑥ 有毒易污染的流體宜走管程，以減少泄漏量。 ④ 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體對(duì)外散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果 。 根據(jù)上述原則，在后面的換熱器設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量使乙醇液體或者冷卻水走管程，水蒸汽或者乙醇蒸汽走殼程。 ① 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因?yàn)楣艹糖逦^方便。 列管式換熱器的基本參數(shù) 基本參數(shù) 管殼是換熱器的基本參數(shù)包括： ① 公稱換熱面積 SN； ② 公稱直徑 DN； ③ 公稱壓力 PN； ④ 換熱器管長(zhǎng)度 L； ⑤ 換熱管規(guī)格； ⑥ 管程數(shù) Np。 C，可以選用普通的固定管板式換熱器。 C，所以選用帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。冷凝器的平均溫差大于 50。 原料預(yù)熱器冷熱流體的溫度差大于 70。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應(yīng)用極為普通，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。 C，且殼方流體壓強(qiáng)不高于 600Kpa 的情況。 C且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。 （ 1） 固定管板式換熱器 固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起。由于列管式換熱器管束與殼體內(nèi)通過(guò)流體的溫度不同，會(huì)引起管束內(nèi)蒙工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 3 與殼體熱膨脹程度的差異，若兩側(cè)流體的溫度差較大時(shí)，需加入膨脹節(jié)。 換熱器類(lèi)型的選擇 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，操作彈性大，應(yīng)用材料廣，歷史悠久，設(shè)計(jì)資料 完善，并已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，特別是在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。未回流部分作為產(chǎn)品輸送到塔頂冷卻器中，在塔頂冷卻器中再次用冷卻水使其降到 35℃ 輸送到儲(chǔ)裝罐中。 流程方案的確定 換熱器設(shè)計(jì)的第一步是確定換熱系統(tǒng)的流程。 三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類(lèi) 可分為： 浮頭式換熱器 、 固定管板式換熱器 、 U 形管板換熱器、 板式換熱器 等 。 過(guò)熱器 ：過(guò)熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過(guò)熱狀態(tài)。 二、換熱器按用途分類(lèi) 內(nèi)蒙工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 2 加熱器 ： 加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。 流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器 ，是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過(guò)固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。 因此 適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱 器的具體分類(lèi)如下： 一、換熱器按傳熱原理分類(lèi) 表面式換熱器 表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。換熱器種類(lèi)很多，但根據(jù)冷、熱 流體 熱量 交換的原理和方式基本上可分三大類(lèi)即：間壁式、混合式和蓄熱式。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 換熱器的設(shè)計(jì) ................................................... 1 概述 ......................................................... 1 設(shè)計(jì)方案的確定及選型 .......................................... 1 列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................................... 3 第二章 列管