换热器的设计1、目的及意义随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重,必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热器作为一种通用换热设备在食品、制药、石油化工、空调、动力、冶金、轻工等工业部门得到广泛的应用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35%～40%。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。管壳式换热器单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。该换热器是当前应用最广,理论研究和设计技术完善,运用可靠性良好的一类换热器。2、国内外现状近年以来由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备,其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究。强化传热主要有3种途径提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差,研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。管程强化传热归结起来不外乎2条途径,即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种,用于强化管程传热的有:横纹管、螺旋槽管、螺纹管(低翅管)和缩放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS公司生产)。目前管内插入物种类很多,如螺旋线、纽带、错开纽带、螺旋片和静态混合器等。最近,英国CalGarinLtd公司开发的一种称之为HitranMatrixElements的花环式插入物[6],它是一种金属丝制翅片管子插入物(Wire2FinTubeInserts),能增强湍流。中国石化北京设计院与华南理工大学联合研制的交叉锯齿型插入物,是华南理工大学对12种内插件(在Re=300～3500和Pr=135范围内)进行比较后优选的型式,可直接形成流体的混合,尤其适用高粘度流体的换热。壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究。如采用折流杆式换热器，空心环管壳式换热器，采用纵流管束换热器，强化沸腾传热的传热管，强化冷凝传热的传热管。近期国内外开发研究的发展方向主要是1）非金属材料应用，2)计算流体力学和模型化设计的应用，3)加强实验和理论研究，4)有源技术研究，5)强化结构组合研究。尽管国内也已进行了大量的强化传热技术的研究,但实际推广和应用仍非常有限。我国在对各种新的高效传热元件研究的同时,应大力推广管壳式换热器的强化技术,加强运用计算机流体动力学(CFD)对流体流动和传热进行计算机模拟和仿真,重视专家系统在换热器优化选型中的应用,努力赶上发达国家的先进水平。在新型换热器的开发方面与国外差距较大,尚需从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究,使我国换热器技术从各个方面赶上国际水平。3、拟采取的研究路线：第1部分：准备工作查阅相关文献资料了解管壳式换热器的基本原理、性质及应用。在化工生产中的地位和作用、换热器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线及其意义。第2部分：工艺计算管壳式换热器的结构和类型、操作条件的选择和操作方式选择。热量衡算、物料衡算、传热膜系数的确定、传热面积的确定、压力降计算。第3部分：主要受压元件强度计算换热器壳体、管箱短节、封头厚度确定，容器法兰、螺栓、垫片的校核计算，管板厚度的计算，开孔补强计算。第4部分：计算机绘图及说明书的编写利用AutoCAD软件绘制出固定管板式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书。4.完成课题所需的条件按照设计的需要及老师的要求查阅技术文献、资料手册、工具书等。并且通过autoCAD软件进行计算机绘图。5.课题的进度安排第1周：结合课题或所学专业查阅和收集有关英文资料，查阅设计参考文献；第2周：结合课题或所学专业选择英文资料并进行翻译，撰写开题报告；第3周：了解和掌握毕业设计课题内容及要求，初步确定设备的结构形式，确定设计方案；第4周：确定工艺计算的物性数据，进行设备的工艺计算；第5周：完成开题报告和英文资料翻译；第6周：完成设备的工艺计算，确定设备的工艺结构尺寸，确定设备结构尺寸。第7周：确定设