【正文】 5 噸 /年。要求換熱器的管程和殼程的壓降不大于 10kPa。（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。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。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。選用ф 25 的碳鋼管，管內流速取 ui=。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 。可見，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。計算熱流量 Q 及平均傳熱溫差 △ tm，根據(jù)經(jīng)驗估計總傳熱系數(shù) K估 ，初估傳熱面積 A 估 。 、確定物性數(shù)據(jù) 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)?！?) 導熱系數(shù) λ o= 105＝ W/(m s 冷卻水在 32℃下的物性數(shù)據(jù)： 密度 ρ i=定壓比熱容 cpi= kJ/(kg℃ ) 粘度 μ i= Pa 300247。t2121 ??? ?????? ?????tt ttm 冷卻水用量 hgQW O / ipii ?????? ）（ 總傳熱系數(shù) K 管程傳熱系數(shù) i iiie ????? ?R iiiiiiii ）（）（ ????? ? ）（ ?????? ℃）（ ?? m/ W 殼程傳熱系數(shù) 假設殼程的傳熱系數(shù)α o=290 W/(m2℃ /W , Rso= m2℃ ) osomoioiiio 1dbddddd1??? ＋＋＋＋ RRK ? 290 10 0 0 7 1 2 2 0 2 0 0 3 4 6 1 8 1＋＋＋＋ ? ???? ℃）（ ?? m/400 W 計算傳熱面積 23m39。 mK QS ?? ???? 考慮 15％的面積裕度， S= S39。= = 工藝結構尺寸 管徑和管內流速及管長 選用ф 25 傳熱管 (碳鋼 )，取管內流速 ui=，選用管長為 3m 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 根實 os ????? ?AN 按單程管計算其流速為 smW /4)(4nd2s2ii ????????）（ 按單管程設計，流速過小，宜采用多管程結構?？傻? ??? 平均傳熱溫差 ℃ 39。取管心距 t= d0，則 t= 25=≈ 32(mm) 橫過管束中心線的管數(shù) ???CN 得到各程之間可排列 11 支管，即正六邊形可排 6 層。 取折流板間距 B＝ ，則 B＝ 400＝ 200mm，可取 B 為 200。 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 11543600/13 8894u4d 1 ?? ????? ）（? V 取標準管徑為 108 mm 11mm。 換熱器核算 熱量核算 ①殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用凱恩公式 w3/eo ）（ ???? PR? 當量直徑，由正三角形排列得 )3(4)423(4 2222?? ????????ooe ddtd 殼程流通截面積 m017 oo ??????? ）（）（BDS 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 / 11543600/13889uoo???????Rs）（ 普蘭特準數(shù) 3 ????P 粘度校正 w ?）（ ?? ℃）（ ??????? 23/ m/ W? ②管程對流傳熱系數(shù) iii PR?? ? 管程流通截面積 22i m0 1 4 ????S 管程流體流速 s/ ii??????? ）（ 普蘭特準數(shù) ℃）??????????i3/( mWP? ③傳熱系數(shù) K ℃）（＋＋＋＋＋＋＋＋????????2osomoioiiiom/111dbddddd1WRRK??? ④傳熱面積 S 23m39。 mK QS ?????? 該換熱器的實際傳熱面積 Sp 2op ???????? ）（）（NS ? 該換熱器的面積裕度為 %1120 %10039。p ?????? S SSH 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務?！?， 流速 ui＝ ，ρ＝ 994 .3kg/m3，所以 22i2221PPPPPPP＜）（ ?????????????????? 管程壓力降在允許范圍之內。239。1239。2239。 三 列管式換熱器的設計和選用 優(yōu)化技術 冷、熱流體流動通道的選擇 在換熱器中，哪一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，下列幾點可作為選擇的一般原則不潔凈或易結垢的液體宜在管程，因管內清洗方便。壓力高的流體宜在管內，以免殼體承受壓力。流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程 Re100 即可達到湍流。若兩流體溫差較大，對于剛性結構的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體通入殼程，以減小熱應力。以上各點常常不可能同時滿足，應抓住主要方面，例如首先從流體的壓力、防腐蝕及清洗等要求來考慮，然后再從對阻力降低或其他要求予以校核選定。因此選擇適宜的流速是十分重要的。 表 31 列管換熱器內常用的流速范圍 流體種類 流速 m/s 管程 殼程 一般液體 宜結垢液體 氣 體 ～ 1 5～ 30 ～ 3～ 15 表 32 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中） 液體粘度 最大流速 m/s 1500 1000～ 500 500～ 100 100～ 5 35～ 1 1 流動方式的選擇 除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可 以作各種多管程多殼程的復雜流動。但是，采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。 當采用多管程或多殼程時，列管式換熱器內的流動形式復雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正，具體修正方法見 節(jié)。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些?？紤]到制 造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。 此外，還有 ， φ57的無縫鋼管和 φ252, 的耐酸不銹鋼管。實際所取管長應根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。同時，管子的長度又應與管徑相適應，一般管長與管徑之比，即 L/D 約為 4～ 6。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體 湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。如將正方形排列的管束斜轉 45176。 圖 管子在管板上的排列 折流擋板 安裝折流擋板的目的是為提高 管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當。由圖 可以看出，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生 死區(qū) ，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。間距太大，不能保證流體垂直流過管束使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。我國系列標準中采用的擋板間距為：固定管板式有 100， 150， 200， 300， 450， 600， 700mm 七種 ,浮頭式有 100， 150， 200， 250，300， 350， 450（或 480）， 600mm 八種。若計算結果超過允許值時，則應修改設計參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格的換熱器。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表。但管程總的阻力 應是各程直管摩擦阻力、每程回彎阻力 以及進出口阻力 三項之和。因此可用下式計算管程總阻力損失 ： 由此式可以看出，管程的阻力損失（或壓降）正比于管程數(shù) Np 的三次方，即 ∝ 對同一換熱器，若由單管程改為兩管程，阻力損失劇增為原來的 8倍，而強制對流傳熱、湍流條件下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只增為原來的 ；若由單管程改為四管程，阻力損失增為原來的64倍，而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只增為原來的 3倍。 對于殼程阻力的計算，由于流動狀態(tài)比較復雜，計算公式較多，計算結果相差較大。下面為埃索法計算殼程阻力損失的公式： 式中 殼程總阻力損失， ； 流過管束的阻力損失， ； 流過折流板缺口的阻力損失， ； F管子排列形式對壓降的校正系數(shù)，對三角形排列 F=，對正方形排列 F=，對正方形斜轉 45176。因此，在選擇擋板間距時，亦應兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。 圖 殼程摩擦系數(shù) f0 與 Re0 的關系 四、設計結果一覽表 換熱器形式：固定管板式 換熱面積（ m2） : 工藝參數(shù) 名稱 管程 殼程 物料名稱 冷卻 水 硝基苯 操作壓力， Pa 未知 未知 操作溫度， ℃ 27/37 93/50 流量， kg/h 13889 流體密度， kg/m3 1154 流速， m/s 傳熱量， kW 總傳熱系數(shù)， W/m2℃） 污垢系數(shù)， m2有一段時間都在觀望。裕度 15％，在合理范圍內，但是，一看壓力降，徹底崩潰了， 12 多千帕，天啊，完全不合理 。 所以我決定重新來過。因此，有花了一天的時間在計算上。 最終，只好把管數(shù)安排成易于排列的數(shù)目，才解決了這個問題。我覺得，如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自 己查不到數(shù)據(jù)，接下來的工作完全沒辦法做，假如查的數(shù)據(jù)是錯誤的，那設計出來的東西也是錯誤的，而且很可能導致嚴重的后果。在我撰寫論文的過程中，他傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是他的睿智、對知識孜孜不倦的追求、深厚的學術素養(yǎng)、對教育科學研究的熱愛、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和治學精神，精益求精的工作風使我終生受益，深深地感染 和激勵著我 .在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友。 (2)王志魁 . 化工原理 化學工業(yè)出版社 。 (4)曹玉璋 . 傳熱學 北京航空 航天大學出版社 。t? 總傳熱系數(shù) K 管程雷諾數(shù) eR 溫差校正系數(shù) t?? 管程、殼程傳熱系 數(shù) i? o? 初算初始傳熱面積 39。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^Gj qv^$