水-甲苯热交换器设计+CAD图纸(4)
对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但是管壳式换热器仍然将占主导地位。随着动力﹑石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温﹑高压﹑大型化方向发展,同时国外对于螺旋弹簧也做了很多研究。M.A.Akhavan—Behabadi等[4]对于不同直径和节距的螺旋弹簧在蒸发器中的强化传热效果及其所造成的压降做了实验研究，并总结出了相关的经验公式，而且通过不断修正以减少经验公式的误差，最后得出效果评价公式。
在本次设计中是水与甲苯的之间的热交换，甲苯为无色澄清液体。有苯样气。有强折光性。能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。相对密度 0.866。凝固点-95℃。沸点110.6℃。折光率 1.4967。闪点（闭杯）4.4℃。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.2%~7.0%（体积）。低毒，半数致死量5000mg/kg。高浓度气体有麻醉性。有刺激性，这是本换热器的流体介质。同时已知壳程压力与与管程压力的都为0.6MPa,传热面积为285，通过已知的的条件，来设计出合适使用的换热器，这是本论文所需要解决的。
在设计中的主要问题是成形。从成形方法上分为两种形式：一种为整体冲压成形；另一种为两个半波冲压成形后焊接而成。整体冲压成形的膨胀节质量较好，是我国普遍采用的方法。而两个半波冲压成形后焊接而成的膨胀节在焊接后容易引起变形以及存在焊残余应力，所以应尽量选用整体冲压成形的膨胀节。
整体冲压成形的膨胀节又分为大波高膨胀节和小波高膨胀节。小波高膨胀节壁厚较薄，刚性小，容易变形，所以需要有拉杆等保护装置，制造和安装较复杂。而且单管程浮头换热器外头盖中空间有限，要满足小波高膨胀节保护装置的安装，必须加长外头盖的筒节长度，造成材料的浪费。而大波高膨胀节壁厚较厚，刚性大，不容易变形，不需要拉杆等保护装置，所需的外头盖空间较小，节省材料。所以在单管程浮头换热器中宜选用大波高膨胀节。
2 换热器热力计算
2.1 物性参数计算
本文设计的是浮头式换热器，浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。
所设计的换热器用于冷却甲苯，甲苯：入口温度110℃，出口温度30℃；水：入口温度20℃，出口温度30℃；该换热器的管壁温和壳体壁温之差满足
水的定性温度 ，甲苯定性温度
2.2 热力计算
2.2.1 确定物性数据
表2.1 水的有关物性数据
粘度
密度
导热系数
比热容
0.656×10-3 992.2 0.6338 4.174
表2.2 甲苯的有关物性数据
粘度
密度
导热系数
比热容
0.377×10-3 858.4 0.45 1.867
换热器内流体流程安排依据：
(1) 当流体在有折流板的壳程流动时，在较低的雷诺数下，即可达湍流，这样的话对于传热系数能够有利于提高，粘性大的流体应走壳程。
(2) 管子直径小能够承受压力的能力好，同时还避免了采用高压壳体和高压密封，因此压力高的流体选择走管程。
(3) 可以通过用普通材料制造壳体，管束、管板和封头要采用耐蚀材料，使有腐蚀性的流体走管程。