換熱器的設計
食品082班朱莉
指導教師： 紀瑩
2010.11.30 目錄
1.設計任務書3
2.概述與設計方案簡介4
3.工藝及裝置設計計算9
4.輔助裝置的計算及選型--------11
5.設計結果彙總表15
6.設計評述15
7.參考資料16
8.主要符號說明16
9.致謝16
1.設計任務書
2.概述與設計方案簡介
換熱器的型別
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，佔據主導作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關內流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
其主要優點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結構堅固，可選用的結構材料範圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多採用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內安裝一定數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，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。
列管式換熱器中，由於兩流體的溫度不同，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，就可能由於熱應力而引起裝置的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。
2.1換熱器
換熱器是化工、石油、食品及其他許多任務業部門的通用裝置，在生產中占有重要地位。由於生產規模、物料的性質、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的型別也是多種多樣。
按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等。根據冷、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傳給冷流體。該類換熱器適用於冷、熱流體不允許直接接觸的場合。
間壁式換熱器的應用廣泛，形式繁多。將在後面做重點介紹。
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。該類換熱器結構簡單，傳熱效率高，適用於冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。
常見的裝置有涼水塔、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。此類換熱器是借助於熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度公升高後，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達到換熱的目的。
此類換熱器結構簡單，可耐高溫，常用於高溫氣體熱量的**或冷卻。其缺點是裝置的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。
工業上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據結構特點，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。
管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等型別的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統的標準換熱裝置，在許多任務業部門被大量採用。列管式換熱器的特點是結構牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，製造工藝成熟，選材範圍廣泛，適應性強及處理能力大等。
這使得它在各種換熱裝置的競相發展中得以繼續存在下來。
使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節的固定管板式、浮頭式和u形管式等幾種型別。
2.2設計方案簡介
2.2.1 換熱器型別的選擇
根據列管式換熱器的結構特點，主要分為以下四種。以下根據本次的設計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。
1． 固定管板式換熱器
這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定於管板上，它的結餘構簡單；在相同的殼體直徑內，排管最多，比較緊湊；由於這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用於不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時，用使用管子於管板的介面脫開，從而發生介質的洩漏。
型管換熱器
u型管換熱器結構特點是只有一塊管板，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，當殼體與u型環熱管由溫差時，不會產生溫差應力。u型管式換熱器的優點是結構簡單，只有一塊管板，密封面少，執行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。
其缺點是管內清洗困難；喲由於管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內程管間距大，殼程易短路；內程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。
3. 浮頭式換熱器
浮頭式換熱器的結構如下圖1-3所示。其結構特點是兩端管板之一不與外科固定連線，可在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優點是黨環熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環熱管膨脹時，互不約束，不會產生溫差應力；管束可以從殼體內抽搐，便與管內管間的清洗。
其缺點是結構較複雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發生洩漏，造成兩種介質的混合。
4.填料函式換熱器
填料函式換熱器的結構如圖1-4所示。其特點是管板只有一端與殼體固定連線，另一端採用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。
填料函式換熱器的優點是結構較浮頭式換熱器簡單，製造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內抽出，管內管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質可能通過填料函外樓，對於易燃、易爆、有度和貴重的介質不適用。
2.3.1換熱器型別的選擇
所設計換熱器用於冷卻果漿，果漿粘度較大，易結垢，易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便於拆卸、清洗，且果漿走殼程也方便散熱，與冷卻介質溫差較大，也避免產生溫差應力產生管道變形。綜上所述，換熱器選擇浮頭式，果漿走殼程。
2.3.2流徑的選擇
在具體設計時考慮到盡量提高兩側傳熱系數較小的乙個，使傳熱面兩側傳熱系數接近；在執行溫度較高的換熱器中，應儘量減少熱量損失，而對於一些製冷裝置，應儘量減少其冷量損失；管、殼程的決定應做到便於清洗除垢和修理，以保證執行的可靠性。
參考標準：
(1) 不潔淨和易結垢的流體宜走便於清洗管子，浮頭式換熱器殼程便於清洗。
(2) 腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便於清洗和檢修。
(3) 壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓，其中冷卻介質迴圈水操作壓力高，宜走管程。
(4) 飽和蒸氣宜走管間，以便於及時排除冷凝液，且蒸氣較潔淨，冷凝傳熱系數與流速關係不大。
(5) 被冷卻的流體宜走殼程，便於散熱，增強冷卻效果。
(6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數的流體宜走管內，因管程流通面積常小於殼程，且可採用多管程以增大流速。
(7) 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由於流速和流向的不斷改變，在低re(re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數。
(8) 若兩流體的溫度差較大，傳熱膜係數較大的流體宜走殼程，因為壁溫接近傳熱膜係數較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。
綜合考慮以上標準，確定果漿應走殼程，水走管程。
2.3.3流速的選擇
表2-2 換熱器常用流速的範圍
由於增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數，減少汙垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了汙垢熱阻，使總傳熱系數增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取迴圈水流速為1.
2m/s。
2.3.4材質的選擇
列管換熱器的材料應根據操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械效能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。
目前常用的金屬材料有碳鋼、不鏽鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據實際需要，可以選擇使用不鏽鋼材料。
2.3.5管程結構
換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。
(a) 正方形直列（b）正方形錯列 (c) 三角形直列
（d）三角形錯列e）同心圓排列
正三角形排列結構緊湊；正方形排列便於機械清洗。對於多管程換熱器，常採用組合排列方式。每程內都採用正三角形排列，而在各程之間為了便於安裝隔板，採用正方形排列方式。
管板的作用是將受熱管束連線在一起，並將管程和殼程的流體分隔開來。管板與管子的連線可脹接或焊接。
列管式換熱器課程設計報告書
一 設計題目 列管式換熱器設計 二 設計任務及操作條件 1 設計任務 處理能力 3000噸 日 裝置型式 固定管板式換熱器 2 操作條件 1 苯 入口溫度 80.1 出口溫度 40 2 冷卻介質 迴圈水入口溫度 25 出口溫度 35 3 允許壓降 管程不大於30kpa 殼程不大於30kpa 三 設計...
換熱器課程設計
華北科技學院環境工程系 化工原理 課程設計報告 設計題目列管式換熱器的工藝設計和選用 學生姓名 學號 201101034313 指導老師 專業班級化工b113班 教師評語 設計時間 2013年12月9日至2013年12月20日 設計題目 列管式換熱器的工藝設計和選用 一 設計條件 某生產過程要求用冷...
化工原理課程設計 換熱器
課程設計說明書 海水換熱器 冷凝器 的設計 院 系 輕工與食品學院 專業食品質量與安全 班級 2012級 指導老師馬四朋 學生姓名付根迪 2015年 7 月 16日 課程設計評語 課程設計總評成績 課程設計答辯老師簽字 年月日第一章化工原理課程設計任務書 4 一 題目 海水換熱器 冷凝器 的設計 5...