③设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。 应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述工艺设计基 础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。这一环节在高等院校的教学中， 属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。 资 园 需定T银式 U试试 平新式 片 显式气粑 图1-1流程图设备外形图例 .4
- 4 - ③设备组成一览表 注明组成设备的各部件的名称等。 应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述工艺设计基 础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。这一环节在高等院校的教学中， 属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。 图 1-1 流程图设备外形图例
第二章管壳式换热器的设计和选用 化工生产中所用的换热器类型很多，按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和 再沸器等。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异，因此要了解各种 换热器的特点，以便根据工艺要求选用适当类型，同时还要根据传热的基本原理，选择流程， 确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力等。 本章着重对列管式换热器的设计进行详细介绍。 2.1设计和选用时应考虑的问题 ()冷热流体流动通道的选择 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程： b、离蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀： c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力： d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出 ©、被冷却的流体宜走壳程，便于散热： 「、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热 应： g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程>IO0即可达到湍流。但这不是绝 对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给 热系数。 以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛后，故应根据具体情况，抓住主要问 题，作出适宜的决定。 (2)流动方式的选择 除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。 当流量一定时，管程或壳程越多，对流传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程 或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时， 需权衡传热和流体输送两方面的损失。当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式 复杂，对数平均值的温差要加以修正。 (3)换热管规格和排列选择 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此对于洁净的流体可完管径可取得 小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取的大些，以免堵塞。为了制造和维修的方便， 国内目前常见的系列标准规定采用019×2mm和25×2.5mm两种规格，管长有1.5、20、3.0 6.0m,排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列，见图2-1
- 5 - 第二章 管壳式换热器的设计和选用 化工生产中所用的换热器类型很多，按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和 再沸器等。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异，因此要了解各种 换热器的特点，以便根据工艺要求选用适当类型，同时还要根据传热的基本原理，选择流程， 确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力等。 本章着重对列管式换热器的设计进行详细介绍。 2.1 设计和选用时应考虑的问题 (1) 冷热流体流动通道的选择 a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但 U 形管式的不宜走管程； b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀； c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力； d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出； e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热； f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热 应力； g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程 Re 100 即可达到湍流。但这不是绝 对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给 热系数。 以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要问 题，作出适宜的决定。 (2) 流动方式的选择 除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以作各种多管程多壳程的复杂流动。 当流量一定时，管程或壳程越多，对流传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多管程 或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增加。因此，在决定换热器的程数时， 需权衡传热和流体输送两方面的损失。当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流动形式 复杂，对数平均值的温差要加以修正。 (3) 换热管规格和排列选择 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此对于洁净的流体可完管径可取得 小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取的大些，以免堵塞。为了制造和维修的方便， 国内目前常见的系列标准规定采用19×2mm 和25×2.5mm 两种规格，管长有 1.5、2.0、3.0、 6.0m，排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列，见图 2-1
C (1)正三角形排列（②）正方形排列（③）正方形错列 图2-1换热管排列方式 各种排列方式的优点： [正方形排列：易清洗，但给热效果较差 正方形错列：可提高给热系数 等边三角形：排列紧凑管外流体湍流程度高。给热系数大 (4)折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距 必须适当。 对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图2-2可以看 出，弓形缺口太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。挡板的间距 对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数 下降：间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2~1.0 倍。 死区 烈 a切除过少b.切除适当c切除过多 图2-2挡板切除对流动的影响 2.2管壳式换热器的给热系数 给热系数包括管内流动的给热系数和壳程给热系数，管内流体的给热系数前面已经学过， 而壳程的给热系数与折流挡板的形状、板间距，管子的排列方式、管径及管中心距等因素有关。 壳程中由于设有折流挡板，流体在壳程中横向穿过管束，流向不断变化，湍动增强，当R>I00 即可达到湍流状态。 2.2.1流体在圆形直管内的强制湍流 Nu=0.Pr .6
- 6 - 图 2-1 换热管排列方式 各种排列方式的优点： 等边三角形：排列紧凑，管外流体湍流程度高，给热系数大 正方形错列：可提高给热系数 正方形排列：易清洗，但给热效果较差 (4)折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距 必须适当。 对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图 2-2 可以看 出，弓形缺口太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。挡板的间距 对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数 下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的 0.2～1.0 倍。 a.切除过少 b.切除适当 c.切除过多 图 2-2 挡板切除对流动的影响 2.2 管壳式换热器的给热系数 给热系数包括管内流动的给热系数和壳程给热系数，管内流体的给热系数前面已经学过， 而壳程的给热系数与折流挡板的形状、板间距，管子的排列方式、管径及管中心距等因素有关。 壳程中由于设有折流挡板，流体在壳程中横向穿过管束，流向不断变化，湍动增强，当 Re 100 即可达到湍流状态。 2.2.1 流体在圆形直管内的强制湍流 k Nu 0.023Re Pr 0.8 =