化工原理课程设计1ppt课件

1、化工原理课程设计换热器概述换热器概述 一、定义一、定义 换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的占总投资的11 40 。那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？3.3.可靠性可靠性满足操作条件满足操作条件 ,强度足够强度足够,保证使用寿命保证使用寿命二、衡量标准二、衡量标准 2.合理性合理性

2、 1.1.先进性先进性 可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 传热效率高，流体阻力小，材料省传热效率高，流体阻力小，材料省 三、不同目的的换热器三、不同目的的换热器 冷却器冷却器cooler）冷凝器冷凝器condenser）蒸发器发生相变）（蒸发器发生相变）（evaporator）加热器一般不发生相变）（加热器一般不发生相变）（heater）再沸器再沸器reboiler） 废热锅炉废热锅炉waste heat boiler） 四、换热器的基本类型四、换热器的基本类型按传热方式或工作原理分类按传热方式或工作原理分类1、直接接触式、直接接触式传热效果好，但不能传热效果好，但不能用于发生反应

3、或有影用于发生反应或有影响的流体之间响的流体之间图图1 直接接触式换热器直接接触式换热器热流体热流体冷流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体2、间壁式、间壁式重点重点又称表面式换热器又称表面式换热器利用间壁固体壁面进行热利用间壁固体壁面进行热交换。交换。冷热两种流体隔开，互不接触，冷热两种流体隔开，互不接触，热量热量由热流体通过间壁传递给冷流由热流体通过间壁传递给冷流体。体。应用最为广泛，形式多种多样，应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等如管壳式换热器、板式换热器等对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为(3)管壳式管壳式(1)管式管式(2)

4、紧凑式紧凑式螺旋板式、板式、板螺旋板式、板式、板翅、伞板等翅、伞板等排管、蛇管、套管排管、蛇管、套管重点重点下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构管壳式换热器管壳式换热器 固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U形管式换热器形管式换热器五、管壳式换热器的分类五、管壳式换热器的分类 基本类型基本类型（一固定管板式换热器（一固定管板式换热器优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点：不易清洗壳程，壳体和管束

5、中可能产生较大的缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。热应力。图图7-4固定管板式换热器固定管板式换热器为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。件如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。图图7-5带膨胀节的固定管板式换热器带膨胀节的固定管板式换热器图7-2 固定管板式换热器图7-3 带补偿器的固定管板式换热器适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。洗以及温差不大或温差虽大但是壳程

6、压力不大的场合。（二浮头式换热器（二浮头式换热器优点：优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。管内和管间清洗方便，不会产生热应力。缺点：缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查。操作中无法检查。适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。结垢的场合。图图7-6浮头式换热器浮头式换热器图7-4 浮头式换热器（三（三U形管式换热器形管式换热器图图7-8U型管式换热器型管式换热器优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不

7、会产生热应力。缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。性大的物料。图7-6 U形管式换热器U形管式换热器形管式换热器U形管式换热器形管式换热器（一工艺计算（一工艺计算 六、管壳式换热器设计内容六、管壳式换热器设计内容 选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳

8、程数程数 。（二机械设计（二机械设计 1壳体直径的决定壳体直径的决定2换热器封头选择，压力容器法兰选择；换热器封头选择，压力容器法兰选择；3管板尺寸确定；管板尺寸确定；4折流板的选择与计算；折流板的选择与计算；5温差应力计算温差应力计算第二节第二节 管子的选用及其与管板的连接管子的选用及其与管板的连接一、管子的选用一、管子的选用 （一直径（一直径 粘性大或污浊的流体粘性大或污浊的流体大管径大管径单位体积传热面积增大、结构紧凑、单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清洁的流体用于较清洁的流

9、体小管径小管径（二规格（二规格 （外径壁厚），长度按规定决定（外径壁厚），长度按规定决定 换热管尺寸换热管尺寸192、252.5和和382.5mm无缝钢管无缝钢管252和和382.5mm不锈钢管不锈钢管标准管长标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等（三结构型式（三结构型式 换热管型式换热管型式光管光管强化传热管强化传热管螺旋槽管螺旋槽管螺纹管螺纹管翅片管在给热系数低侧）翅片管在给热系数低侧） 多用光管，因为结构简单，制造容易，为强化传热，也采用强化传热管。二、管子与管板的连接二、管子与管板的连接 （一胀接（一胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性利用胀

10、管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。 图图7-14 胀管前后示意图胀管前后示意图（a胀管前胀管前（b胀管后胀管后 液压液压胀管器胀管器液压胀接液压胀接 机械胀接机械胀接 适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力合金钢，设计压力4MPa，设计温度，设计温度300，且，且无特殊要求的场合。无特殊要求的场合。原因：温度升高，残

11、余应力减小，使管子与管板原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温度度300 。要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽开槽可以增加连接强度和紧密性可以增加连接强度和紧密性)。（二焊接（二焊接 优点：在高温高压条件下，优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较节省孔的加工工时

12、，工艺较胀接简单，压力较低时可使胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。用较薄的管板。缺点：在焊接接头处产生的缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。隙腐蚀。 图图7-16 焊接间隙示意图焊接间隙示意图管板管板间隙间隙换热管换热管0d0d第三节第三节 管板结构管板结构一、换热管排列方式一、换热管排列方式 三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排排10%10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污

13、左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。垢少，且不需要进行机械清洗的场合。 （一正三角形和转角正三角形排列（一正三角形和转角正三角形排列 图图7-18 正三角形排列的管子正三角形排列的管子流体流动方向流体流动方向流体流动方向流体流动方向正三角形排列正三角形排列转角正三角形排列转角正三角形排列二、管间距二、管间距 （一定义（一定义（二要求（二要求 管间距指两相邻换热管中心的距离。管间距指两相邻换热管中心的距离。 管间距管间距1.25d0，符合表，符合表7-5规定，便于管子规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲

14、，管子间距离太近，那么都会影响连接讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损，主要是为折流板易于加工，不易损坏。坏。表表7-1 常用换热管中心距常用换热管中心距/mm换热管外径换热管外径do1214192532384557换热管中心距换热管中心距1619253240485772 最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于于(换热管外径的一半换热管外径的一半)10mm。三、管程的分程及管板与隔板的连接三、管程的分程及管板与隔板的连接 当换热器所需的换热面积

15、较大，而管子做得太长时，当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体长度。此时，为了增加管程流速，提高就得增大壳体长度。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子，传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子，就得增大壳体直径，排列较多的管子。就得增大壳体直径，排列较多的管子。 （一分程原因（一分程原因 （二分程原则（二分程原则 （三分程隔板（三分程隔板 图图7-21 双层隔板与管板的密封双层隔板与管板的密封 各程换热管数应大致相等；各程换热管数应大致相等； 相邻程间平均壁温差一般不应超过相邻程间平均壁温差一般不应超过28； 各程间的密封长度应最

16、短；各程间的密封长度应最短； 分程隔板的形状应简单。分程隔板的形状应简单。图图7-22 单层隔板与管板的密封单层隔板与管板的密封图7-20 双层隔板与管板的密封隔板图7-19单层隔板与管板的密封s+2管板s封头隔板管板隔板隔板管板管板封头封头隔板隔板管板管板（四分程方式（四分程方式 表表72管程布置表管程布置表图序管箱隔板介质返回侧隔板管程数流动顺序214612123414231432213546146325bacdefg可拆式可拆式 浮头式、浮头式、U型管式及填型管式及填料函式换热器固定端管料函式换热器固定端管板与壳体的连接板与壳体的连接图图7-25 管板与壳体可拆连接管板与壳体可拆连接五、

17、管板与壳体的连接结构五、管板与壳体的连接结构 处理量: (110000+学号后三位1000) Kgh ， 甲苯从11060 循环水入口温度：？ 甲苯压力：6.9MPa 循环水压力：0.4MPa换热器的设计任务设计方案的设计 1、换热器类型的选择 固定管板式换热器 浮头式换热器 U型管换热器确定物性数据 壳程有机气体的定性温度为： T 管程流体的定性温度为： t？122TT根据定性温度查出甲苯和水物性 密度 定压必热容 导热系数 粘度计算总传热系数工艺结构尺寸换热器核算其它附件计算 1壁温计算 2折流板高度 3接收 4防冲挡板 5管心距等完成说明书一份 要求：1.A4打印，左侧两钉装订,封面自行设计，建议采用学校论文封面更改题目） 2.格式字体、字号，段落等采用论文要求），但不需要中英文摘要、前言、致谢等。 3.所采用的必要数据和公式必须按文章出现的先后顺标出出处，并将文献按格式要求例到最后的参考文献中。完成设备图一份A3） 要求：必须包含化工制