化工原理课程设计
6） 折流挡板
安装折流挡板的目的是为了提高壳程流体的对流传热系数。为达到较好的传热效果，挡板的形状和间距必须适当。对于圆缺形挡板，切去弓形的高度约为外壳内径的10%——40%；(一般20%——25%)，过高或过低都不利于传热。
两相邻挡板的距离（板间距）h一般取换热器外径D的0.2—1倍。固定管板式换热器h有150mm、300mm、600mm三种。
浮头式换热器h有150mm、200mm、300mm、480mm、600mm五种。
板间距过小，不便于制造和检修，流动阻力大。板间距过大，不能使流体垂直地流过管束，从而使管外表面的对流传热系数下降。
挡板切去的弓形高度及板间距对流体流动的影响如图8所示。
图14 挡板缺口高度及挡板间距的影响
7）外壳直径的确定
换热器壳体的内径应等于或稍大与（对浮头式换热器而言）管板的直径。根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子排列方法等，可用做图确定壳体的内径。但是，当管数机多又要反复计算时，做图太麻烦，一般在初步设计中，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通面积，于系列标准中查出外壳的直径。待全部设计完成后，仍应用做图法画出管子的排列图。为了使管子排列均匀，防止流体走“短流”，可以适当增减一些管子。
另外，初步设计中，可用下式估算壳体内径：
D=t(nc-1)+2b1
式中：D——壳体内径,m;
t——管中心距,m;
nc——位于管束中心线上的管数。
16
化工原理课程设计
b1————管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离，一般取
b1=(1—1.5)do
管子按正方形排列时 nc?1.19n 管子按三角形排列时 nc?1.1n n——换热器的总管数。
计算得到的壳径应按换热器的系列标准进行圆整。标准尺寸见表4。 表4 壳体标准尺寸
壳体外径/mm 523 400，500，600，800，900，1000 1100，1200 700 最小壁厚/mm 8）主要附件
（1）封头：封头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体（一半小于400mm），
圆形用语大直径的壳体。
（2）冲挡板：为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料口装设缓
冲挡板。
（3）导流筒：壳程流体的进出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间，
为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒。
（4）放气孔、排液孔：换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以除去不凝性
气体和冷凝液等。
（5）接管：换热器中流体进出口的接管直径按下式计算，即： d?4Vs ?u 8 10 12 14 式中：Vs—流体的体积流量，㎡/s； u-----接管中流体的流速，m/s。
流速u的经验值为： 对液体 u=1.5～2m/s; 对蒸汽 u=20～50m/s
对气体 u=(15～20)p/ρ(p为压强，ρ为密度)
9）材料选用
17
化工原理课程设计
换热器材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
金属材料：碳钢、低合金钢、不锈钢、铜和铝。非金属材料：石墨、聚四氟乙烯、玻璃。不锈钢和有色金属材料抗腐蚀性能好，但价格相对较高。 10） 流体流动阻力（压强降）的计算
（1）管程阻力：管程阻力可按一般摩擦力公式求的。对与多程换热器，其阻力等于个程直管阻力，回弯阻力及进出阻力之和。一般进出阻力不算，故管程总阻力的计算式为：
? ? p ? ( ? p ? ? p F N N
i
1
2)
t
s
p
式中:?p1，?p2——分别为直管及回弯管中流动阻力引起的压强降。 Ft——结垢校正因数，对管径为Ф25×2.5mm管子取1.4。对Ф19×2mm管子取1.5。
Np——管程数；
Ns——串联的壳程数，即串联的换热器数。
2 u L ? i ? p1 ? ?
d i 2
直管阻力:
回弯管阻力
?p2?3??ui22（2） 壳程流动阻力：现已提出的计算公式多，但由于流体流动复杂，使
所得结果相差很多，下面介绍埃索法计算壳程压强的公式，即： ? p ? ( ? p ? ? p
?
0
2
1 1
1
) Fs N s
----壳程总阻力引起的压强降,Pa;
式中
??p11o ?p1-----流体横向通过管束的压强降，Pa;
?p2----流体通过折流板缺口处的压强降，Pa;
Fs-----壳程结垢校正系数，液体取1.15，气体取1.0;
18
化工原理课程设计
其中
?p?Ffonc(NB?1)11?uo22
2
?p212h?u?NB(3.5?)oD2
F——管子排列方式对压强降的校正因数。 对正三角形排列 F=0.5； 正方形斜转45度排列 F=0.4；
正方形直列 F=0.3；
f0?5.0Reo?0.228
,(Reo?douo??)
500时
f0----壳程流体摩擦系数，当Re
uo——按壳程最大流动截面积Ao计算的流速,m/s; Ao=h(D-nodo); NB——折流板数； n——折流板间距，m。
一般来说，液体流经换热器的压强降为0.1～1atm，气体的为0.01～0.1atm。设计时，换热器的工艺尺寸应在压强降与传热面积之间予以平衡，使即能满足工艺又经济合理。
第三章 操作要求
3、1操作要求
1. 选定管壳式换热器的种类和工艺流程。
2. 管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。 3. 设计结果概要或设计结果一览表。
4. 设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。 5. 对本设计的评述及有关问题的讨论。 3、2管壳式换热器的选用和设计计算步骤：[1](284,285) 3、2、1试算并初选设备规格 1）确定流体在换热器中的流动途径。 2）根据传热任务计算热负荷。
19
化工原理课程设计
3）确定利流体在换热器两端的温度，选择管壳式换热器的形式；计算定性温度，并确定在定性温度下流体物性。
4）计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则决定壳程数。 5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况选定总传热系数K值。 6）由总传热速率方程Q=KS△tm，初步算出传热面积S，并确定换热器的基本尺寸（如d、L、n及管子在管板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。 3、2、2 计算管程、壳程压强降
根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压强降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流挡板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强降直至满足要求为止。 3、2、3核算总传热系数
计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K'。比较K的初设値和计算值，若K'/K=1.15——1.25，则初选的换热器合适，否则需另设K値，重复以上计算步骤。
第四章 物性参数及其选定
4、1 定性温度
冷却介质为循环水，入口温度为：35℃，根据前面的原则选定出口温度为：45 ℃
则有： 煤油的定性温度： Tm? 水的定性温度： tm?140?40?90℃ 235?45?40℃ 2根据[4]《化学工程手册》.化工基础数据.化学工业出版社 分别查得在此条件下煤油和水的物性为：
表5 物性参数
物性 流体 密度 kg/m 3比热容kJ/(kg??C) 导热系数粘度/Pa·s W/(m??C) 20