年产20万吨可发性聚苯乙烯聚合工段工艺设计(32)
5.3换热器的设计
换热器是一种使流体实现加热或冷却的的装置，热量将从一种（热流体）传给另一种冷流体。换热器的用途非常广泛，不仅在能源动力、化工建筑等工业领域，在航空航天领域也具有重要的作用。
常见的换热器的种类有：夹套式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、固定管式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器。
夹套式换热器结构如图5.14所示。夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热和冷却。当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质由夹套下部接管进入，由上部接管流出。夹套式换热器结构简单，但其加热面受容器壁面限制，传热面较小，且传热系数不高。
喷淋式换热器的结构如图5.15所示。夹套式换热器多用作冷却器。热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面的淋水管流出，均匀地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜状自上而下流下，最后流入水槽排出。喷淋式换热器常置于室外空气流通处。冷却水在空气中汽化亦可带走部分热量，增强冷却效果。其优点是便于检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。
套管式换热器的结构如图5.16所示。套管式换热器的基本部件由直径不同的直观按同轴线相套组合而成。套管式换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。
固定管式换热器如图5.17所示。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或膨胀法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。固定板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。图5.17所示的为具有膨胀节的固定管式换热器，即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变，使壳体伸缩，从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大(大于70℃)的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不易超过6 at。
浮头式换热器结构如图5.18所示。其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洁和检修。浮头式换热器应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。
U型管换热器结构如图5.19所示。U型管式换热器每根管子都弯成U型，管子的进出口均安装在同一管板上。封头内用隔板分为两室。这样，管子可以自由伸缩，与壳体无关。这种换热器结构适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难。
图5.14 夹套式换热器
图5.15 喷淋式换热器
图5.16套管式换热器
图5.17固定管式换热器
图5.18浮头式换热器
图5.19 U型管式换热器
5.3.1设计依据：
热流体入口温度：220℃，出口温度：130℃
冷流体（空气）入口温度：25℃，出口温度：92℃
根据工艺条件初步选用带膨胀节的固定管板式换热器。应该使冷流体走管程，热流体走壳程。初步选Ø25×2.5的碳钢管，管内流速 m/s。
5.3.2计算总传热系数
热流量：
＝3674759.507 kg/h＝1020.77 kg/s （5.22）
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