广东石油化工学院
化工原理课程设计
说明书
题目：柴油预热原油的管壳式换热器
学生班级：
学生姓名：
学生学号： 18
指导教师：李燕
化学化工学院
年月日
化工原理课程设计任务书
一、设计题目：列管式换热器设计
二、设计任务及操作条件
某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。(x:学号)
三、设计要求
提交设计结果，完成设计说明书。
设计说明书包括：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、参考文献及设计自评表、换热器装配图等。（设计说明书及图纸均须手工完成）
四、定性温度下流体物性数据
物料温度℃质量流
量
kg/h
比热
kJ/kg.℃
密度
kg/m3
导热系
数
W/m.℃
粘度
Pa.s 入
口
出
口
柴
油
175 T2 34220 2.48 715 0.133 0.64×10-3
原
油
70 110 44330 2.20 815 0.128 3.0×10-3 推荐总K=45~280 W/m.℃
注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8
五、参考书目:
1、姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,1999
2、柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,1994
3、匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,2002
4、李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版
社,2003
目录
1.设计任务书 (1)
2.概述 (2)
3.设计条件及物性参数表 (2)
4.方案设计和拟定 (3)
5.设计计算 (6)
6.热量核算 (11)
7.参考文献 (16)
8.心得体会 (17)
1．设计任务书
1.1设计题目
用柴油预热原油的管壳式换热器
1.2设计任务
1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；
2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；
3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；
4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；
5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。1.3操作条件
物料
温度℃
质量流量
kg/h
比热
kJ/kg.℃
密度
kg/m3
导热系数
W/m.℃
粘度
Pa.s 入口出口
柴油170T235080 2.487150.133
0.64×10-
3
原油6010541104 2.208150.128 3.0×10-3
2.概述
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
3.设计条件及物性参数表
3.1操作条件
原油：入口温度60℃出口温度105℃质量流量：41104 kg/h
加热介质柴油：入口温度170℃出口温度T2 质量流量：(35080)kg/h
允许压降：不超过0.3×105Pa
4.方案设计和拟订
根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，柴油走管程，原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。
4.1列管式换热器种类选取
根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。
4.2管程与壳程的选取
根据以下原则：
1.不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子
2.腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，且管子也便于清洗和检修
3.压强高的流体宜走管内，以免壳体受压
4.饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大
5.被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
6.需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
7.粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间
因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数，我们选择柴油走管程，原油走壳程。
4.3流体流速的选择
增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，
动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速
4.4管子的规格和排列方法选择
选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5m m及φ19×m m两种规格的管子。在这里，选择φ25×2.5m m管子。管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。在这次设计中，管长选择4m。
管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。
正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。
管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)d，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25d
4.5管程和管壳数的确定
当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。根据计算，管程为6程，壳程为单程。
4.6折流挡板
安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％，一般取20～25％，过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离(板间距)B为外壳内径D的(0.2～1)倍。系列标准中采用的B值为:固定管板式的有150、300和600mm三种，板间
距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。这次设计选用圆缺形挡板。 换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。初步设计时，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截面积，于系列标准中查出外壳的直径。
5．设计计算 5.1确定设计方案 5.1.1 选择换热器的类型 因为，21Q Q = 所以，
1
11T C q p m ∆ =
2
22T C q p m ∆
)60105(20.23600
41104
)170(48.23600350802-⨯⨯=-⨯⨯T 得到2T =123.2256
两流体温度变化情况：热流体（柴油）进口温度170℃，出口温度123.2256℃；冷流体（原油）进口温度60℃，出口温度105℃。该换热器用柴油预热原油，为易结垢的流体。该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
5.1.2 流动空间及流速的测定
为减少热损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，原油走壳程。选用φ25×2.5mm 的碳钢管，根据表三—管内流速取u i=1.0m/s 。 . 5.2确定物性数据
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 柴油的有关物性数据如下： 密度 31/715m kg =ρ
定压比热容℃kg kJ c p ⋅=/(48.21） 导热系数 ）℃m W ⋅=/(133.01λ 黏度 s Pa ⋅⨯=-311064.0μ
原油的物性数据：
密度 3
2/815m kg =ρ
定压比热容℃kg kJ c p ⋅=/(20.22） 导热系数 ）℃m W ⋅=/(128.02λ
黏度
s Pa ⋅⨯=-32100.3μ
5.3计算总传热系数 5.3.1 热流量
=Q =
∆111T C q p m W 63102258.1)60105(1020.23600
41104
⨯=-⨯⨯⨯ 5.3.2 平均传热温差 ℃t t t t t m 1087.6460
7070.126105170ln )
607070.126()105170(ln 2121'=-----=∆∆∆-∆=
∆
5.3.3 总传热系数 K 管程传热系数 44
1
1
11102344.210
4.6715
0.102.0Re ⨯=⨯⨯⨯=
=
-μρu d ()
()
℃m W c u d d p ⋅=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=-2
4
.0438
.04
4
.0118
.01111111/970133.0104.61048.21023.2020
.0133
.0023.0023
.0λμμρλα
壳程传热系数
假设壳程的传热系数
()℃m W ⋅=22/540α 污垢热阻
W
℃m R R d d /1072.12421⋅⨯==-
管壁的导热系数()℃m W ⋅=/45λ 2
221211121
1
αλα++++=
d m d R d bd d d R d d K
5401
1072.10225.045025.00025.0020.0025.01072.1020
.0970025
.01
44
+⨯+⨯⨯+⨯+⨯=
--
()
℃m W ⋅=2
/6.278 5.4计算传热面积
2
6'
2842.631087
.646.278101303.1'm t K Q S m =⨯⨯=∆= 考虑15%的面积裕度， 27768.722842.6315.1'15.1m S S =⨯=⨯= 5.5工艺结构尺寸 5.5.1 管径和管内流速
选用5.225⨯Φ传热管(碳钢),取管内流速s m u /0.11= 5.5.2 管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数 ()（根）444031.430
.102.0785.03600715350804
221≈=⨯⨯⨯=
=
u
d V
n s π
按单程管计算,所需的传热管长度为 m n d S L s 0702.2144
025.014.37768
.722=⨯⨯==
π
按单程管设计,传热管过程,宜采用多管程结构。现取传热管长
m l 6=，
则该换热器管程程数为 （管程）4
6
0702
.21≈==
l L N p 传热管总根数（根）176444=⨯=N
5.5.3平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 0394.1601052256
.123170=--=R
4091.060
17060
105=--=
P
按单壳程, 4管程结构,温差校正系数应查附图一——对数平均
温度校正系数t ∆ϕ。
可得 923.0=∆t
ϕ
平均传热温差
℃t t m t m 1723.591087
.64923.0'=⨯=∆=∆∆ϕ
5.5.4 传热管排列和分程方法
采用组合排列法,即每程内均按正三角排列,隔板两恻采用正方形排列.取管心距
225.1d t =,则
mm t 3225.312525.1≈=⨯=
横过管束中心线的管数
（根）1617619.119.1===N n c 5.5.5 壳体内径
采用多管程结构,取管板利用率6.0=η,则壳体内径为 mm N t D 4661.5756.01763205.105.1=⨯==η 圆整可取mm D 580= 5.5.6 折流板
采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为 mm h 14558025.0=⨯=
取折流板间距D B 3.0=， 则mm B 1745803.0=⨯= 可取B 为200mm 。 折流板数
（块）折流板间距传热管长291200
6000
1=-=-=
B N
折流板圆缺面水平装配。 5.5.7 接管
壳程流体进出口接管:取接管内流速为s m u /0.1=，则接管内径为 ()）（m u
V d 1335.00
.114.381536004110444=⨯⨯⨯==
π
取标准管径为150mm 。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速s m u /1=，则接管内径为
()）（m u
V
d 1317.00
.114.371536003508044=⨯⨯⨯==
π
取标准管径为150mm 。 5.6热量核算
5.6.1.1 壳程对流传热系数
对圆缺形折流板,可采用凯恩公式
14
.02
3155.02
2
2Pr Re
36
.0⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=w
e
d μ
μλα
当量直径,由正方形排列得
()
)
(027.0025.014.3025.0785.0032.04442
22222m d d t d e =⨯⨯-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ππ
壳程流通截面积 )(0253.0032.0025.0158.02.012m t d BD S o =⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎭⎫ ⎝
⎛-
= 壳程流体流速及其雷诺数分别为 ())/(4461.00314.08153600411042s m u =⨯=
33
0102721.310
3815
4461.0027.0Re ⨯=⨯⨯⨯=
- 普兰特准数
56
.51128.01031020.2Pr 3
3=⨯⨯⨯=-
粘度校正2414.114
.0≈⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛w μμ
()
℃m W ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯
=23155.032/0612.6762414.156.51)102721.3(027
.0128
.036.0α 5.6.1.2 管程对流传热系数
3
.08.01
1
1Pr Re 023
.0d λα=
管程流通截面积 )(0138.04
176
02.0785.0221m S =⨯
⨯=
管程流体流速及其雷诺数分别为 9875.00138
.0)
7153600/(350801=⨯=u
4102064.200064
.0715
9875.002.0Re ⨯=⨯⨯=
普兰特准数
9
.11133.01064.01048.2Pr 3
3=⨯⨯⨯=-
()
℃m W ⋅=⨯⨯⨯⨯
=23.08.041/7562.9599.11)102064.2(02
.0133
.0023.0α 5.6.1.3 传热系数 K
222121
1
12
11αλα++++=
d m d R d bd d d R d d K
0612
.6761
000172.00225.045025.00025.0020.0025.0000172.0020.07562.959025.01
+
+⨯⨯++⨯=
()℃m W ⋅=2/9794.326 5.6.1.4 传热面积 S
2
6
9208.531087
.649794.326101303.1m t K Q S m =⨯⨯=∆= 该换热器的实际传热面积p S
()
()())
(6064.741617606.06025.014.322m n N L d S c p =-⨯-⨯⨯=-=π
该换热器的面积裕度为 ％％％S
S S H p 3629.381009208
.539208
.536064.74100=⨯-=
⨯-=
传热面积裕度大,该换热器能够完成生产任务 5.6.2 核算压力降 5.6.2.1 管程压力降
()p s t N N F P P P 211∆+∆=∑∆
1=s N , 4=p N , 4.1=t F
22
1
1u d l P ρλ=∆ ,
2
2
2u P ρζ
=∆
由4
102344.2Re ⨯=，传热管相对粗糙度005
.02001
.0=，查附图二——摩
擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系得℃m W ⋅=/032.01λ，流速
s m u /9875.01=，3/715m kg =ρ，
所以
Pa P 7362.33462715
9875.002.06032.021=⨯⨯⨯=∆ Pa u P 8550.10452
9875.07153222
2=⨯⨯==∆ρζ
化工原理课程设计换热器 本文主要介绍化工原理课程设计中涉及到的换热器的相关知识和设计思路。换热器是化工工业中常用的设备之一，其主要功能是通过传导、对流和辐射的方式实现热量的传递，从而将一个流体的热量传递给另一个流体。因此，在化工原理课程设计中涉及到换热器的设计，既需要考虑流体的物理性质，也需要考虑热力学参数的影响。 换热器的类型繁多，按照传热方式的不同可分为对流式换热器和辐射式换热器。常用的对流式换热器包括管壳式换热器、板式换热器和螺旋式换热器等。在换热器的设计中，需要首先确定换热器所要实现的传热方式和工作条件，如流体流速、进出口温度和压力等。接下来需要考虑的问题是如何选择合适的材料以满足流体的物理性质和热力学参数的要求。 在化工原理课程设计中，换热器的设计重点之一是热力学计算。为了实现对流体的热量传递，需要考虑流体的传热系数。传热系数与流体的物理性质密切相关，包括流体的密度、比热、粘度和导热系数等。通过对这些参数的测量和分析，可以计算出传热系数，并进而确定换热器的传热效率。 另外，在化工原理课程设计中，换热器的设计还需要考虑到换热器的尺寸、材料和结构等方面的问题。尺寸的设计需要考虑工作流体的容积和流速等因素，以保证换热器的实现效率和安全性。材料选择需要考虑到流体的化学性质，以避免流体
与材料发生反应和腐蚀。结构设计需要兼顾容易清洗、拆卸和维护的要求，以方便日常运行和维护。 总之，在化工原理课程设计中，换热器的设计是一个系统性的工程，包括物理学、化学和工程学等多个学科领域的综合运用。只有充分理解流体的物理性质和热力学参数，才能做出合理的设计并实现高效的换热效果。同时，还需要考虑到实际工程的应用需求，以满足生产的需要和安全的要求。
化工原理课程设计——换热器设计本课题研究的目的要紧是针对给定的固定管板式换热器设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的传热运算、壁厚设计和强度校核等设计，差不多确定固定管板式换热器的结构。 通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚运算和强度校核。对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计，对换热器进行开孔补强校核。绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸，给出相关的技术要求； 在固定管板换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB-150、GB151……，使设计能够符合相关标准。同时要是设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。 通过设计过程达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。 关键词：换热器；固定管板；设计；强度
名目 摘要 ....................................................... 错误!未定义书签。 1绪论 (1) 1.2固定管板换热器介绍 (2) 1.3本课题的研究目的和意义 (3) 1.4换热器的进展历史 (4) 2产品冷却器结构设计的总体运算 (6) 2.1 产品冷却器设计条件 (6) 2.2前端管箱运算 (8) 2.2.1前端管箱筒体运算 (8) 2.2.2前端管箱封头运算 (10) 2.3后端管箱运算 (11) 2.3.1后端管箱筒体运算 (11) 2.3.2后端管箱封头运算 (12) 2.4壳程圆筒运算 (13) 3各部分强度校核 (15) 3.1开孔补强运算 (15) 3.2壳程圆筒校核 (18) 3.3管箱圆筒校核 (19) 4换热管及法兰的设计 (20) 4.1换热管设计 (20) 4.2管板设计 (21) 4.3管箱法兰设计 (22) 4.4壳体法兰设计 (25) 4.5各项系数运算 (27) 5 产品冷却器制造过程简介 (34) 5.1 总则 (34) 5.2零部件的制造 (34) 结论 (43)
广东石油化工学院 化工原理课程设计 说明书 题目：柴油预热原油的管壳式换热器 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 18 指导教师：李燕 化学化工学院 年月日 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：列管式换热器设计
二、设计任务及操作条件 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。(x:学号) 三、设计要求 提交设计结果，完成设计说明书。 设计说明书包括：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、参考文献及设计自评表、换热器装配图等。（设计说明书及图纸均须手工完成） 四、定性温度下流体物性数据 物料温度℃质量流 量 kg/h 比热 kJ/kg.℃ 密度 kg/m3 导热系 数 W/m.℃ 粘度 Pa.s 入 口 出 口 柴 油 175 T2 34220 2.48 715 0.133 0.64×10-3 原 油 70 110 44330 2.20 815 0.128 3.0×10-3 推荐总K=45~280 W/m.℃
注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8 五、参考书目: 1、姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,1999 2、柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,1994 3、匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,2002 4、李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版 社,2003
目录 1.设计任务书 (1) 2.概述 (2) 3.设计条件及物性参数表 (2) 4.方案设计和拟定 (3) 5.设计计算 (6) 6.热量核算 (11) 7.参考文献 (16) 8.心得体会 (17)
一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。 3、允许压强降：不大于1×105Pa。 4、每年按330天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 114000吨/年煤油 五、设计要求： 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。
第1章设计概述 1、1热量传递的概念与意义[1](205) 1、1、1 传热的概念 所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。 1、1、2 传热的意义 化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。所以传热是最常见的重要单元操作之一。无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 ②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。 1、2 换热器的概念与意义[2] 1、2、1 换热器的概念 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。
化工原理换热器设计 化工原理换热器设计 换热器是一种用于加热、降温、密闭蒸发及真空加热干燥等工艺的热交换设备，广泛应用于化工、制药、食品、能源等行业。在化工生产中，换热器的选型和设计是关键步骤，它能够对生产过程中的能源消耗、产品质量和安全生产产生极大的影响。 一、换热传热原理 对于换热器而言，传热是其中最核心的原理。换热器常用的传热方式有三种：对流、传导和辐射。在化工过程中，主要采用对流传热方式，即通过流体间热量的传递来进行换热。同时，设计中还需要考虑到热传导、影响换热效果的温度、流速、密度、热容等物理量，以及流体本身的性质。 二、换热器类型和结构 换热器的类型和结构有很多种，根据传热方式的不同可以分为管壳式、板壳式和实心管式等。其中，管壳式换热器是最常见的一种类型，通常由套管、管子和管板等组成。套管是换热器的外壳，一般用钢板、铝合金等制成，套管的内部是一组纵向安装且参差不齐的管子，管板则用来固定管子并将其分组。 三、化工原理换热器设计要点
1. 选取合适的传热面积 在换热器的设计中，传热面积是十分重要的参数之一，不仅影响换热器的传热效率，而且直接影响其尺寸和重量。所以需要根据具体工艺流程的要求，选择合适的表面积，以达到工艺流程的要求。 2. 制定合理的流动方案 流量对于换热器的传热效率也有着极大的影响，因此，需要制定合理的流动方案，避免流体产生剧烈的流动过程，以做到最小的传质阻力。 3. 合理选择材质 基于化工领域的产品多变性与毒性，需要选择合理的材质进行制造，在保证产品质量和腐蚀性的前提下，可以选择不同种类的金属材料。 4. 合理设计换热器管子结构 在进行换热器设计时，需要注意管子设计的合理性，以避免产生过大的压降和传热不均的情况，同时，管子的连接方式和防止泄露的措施也需要斟酌。 5. 充分考虑安全因素 工业生产中关于安全问题的考虑，不能仅仅局限于工艺生产过程中，对于换热器的选型排除并发生的安全风险，更应该谨慎。
化工原理课程设计换热器设计 化工原理课程设计是化工专业学生必修的一门课程。在该课程中，学生需要了解化工生产过程中涉及到的各种原理和技术，并根据所学知识进行实际的工程设计。其中，换热器设计是该课程中的一个重要组成部分。 换热器是化工生产过程中常用的一种装置，它能够将热量从一种流体传递到另一种流体中，实现热能的转移和利用。化工生产中的换热器种类繁多，包括壳管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等。而在换热器的设计中，需要考虑的关键因素包括传热面积、流体流量、温度差等。 设计一个换热器需要经过多个步骤，其中的关键步骤包括：确定热传递系数、计算换热面积、选择换热器类型、确定流体流量及温度等。这些计算都需要基于化工原理这门学科的知识来进行。具体来说，需要掌握传热原理和传热换热器的设计原理，以及流体动力学知识等。 在进行换热器的设计时，需要衡量各个指标的优先级。例如，在流体流量和温度差的确定中，需要根据具体的工程需求来确定优先顺序。若流量需要更精确的控制，则需要首先计算出所需的最小流量。而若温度差更为关键，则需要考虑在设计中增加换热面积来加强热能传递效果。 此外，在设计过程中还需要考虑到实际操作中的各种特殊条件。例如，在实际工厂中，换热器需要面临腐蚀、结垢等问
题。因此，在进行设计时需要在材料选择、清洗方式等方面进行综合考虑，以确保换热器的使用寿命和效能。 在完成换热器设计的过程中，需要采用计算机辅助设计软件，如HTRI软件、CHEMCAD软件，对设计结果进行验证和优化。这些软件能够帮助工程师快速计算出各项关键参数，并进行实时计算和模拟，以确保设计的合理性和可行性。 总的来说，换热器设计是化工原理课程中的重要课程之一，同时也是化工生产中不可或缺的一部分。在学习和掌握相关知识时，需要注重对理论知识的建立，并注重实践经验和操作技能的培养。只有进行全面的学习和实践，才能更好的掌握换热器设计的技巧，提高设计的合理性和效率，为化工生产工艺的改进和优化做出贡献。
1．概述 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。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异。 列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热器设备，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。列管式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面不及其它新型换热器，但由于它有结构牢固、适应性大、材料范围广等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中占有绝对优势。 2．设计方案的确定 2.1 列管式换热器型式的选择 本次设计任务是用25℃的自来水将甲苯从105℃冷却到60℃，两种换热流体的温差较大，故可选用浮头式换热器。浮头式换热器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差较大时，不会因为管束与壳体的膨胀量不同而产生温差应力。 2.2 流程的选择 可选水走管程，甲苯走壳程。原因：冷却水硬度较高，受热后容易结垢，在管内便于清洗，管内流体易于维持较高流速，可以避免悬浮颗粒的沉积。被冷却物料走壳程，便于散热。 2.3 流速的选择
表1 列管式换热器内常用的流速范围 流体种类 流速/（m/s） 流体种类 流速/（m/s）管程壳程管程壳程一般流体0.5~3 0.2~1.5 气体5~30 3~15 易垢流体﹥1 ﹥0.5 表2 不同黏度流体的流速（以普通钢管为例） 流体黏度μ/[×10N·s/m] 最大流速 （m/s） 流体黏度μ/[10N·s/m] 最大流速 （m/s）＞1500 0.6 100~35 1.5 1500~500 0.75 35~1 1.8 500~100 1.1 ﹤1 2.4 由题意选管程流速为0.7m/s。 2.4 确定物性数据 定性温度：可取流体进出口温度的平均值 壳程甲苯的定性温度T==82.5℃ 管程水的定性温度t = =30℃ 根据定性温度，分别查表可得有关物性数据： 甲苯（82.5℃）水（30℃） 比热容c[J/(kg?℃)] 1910 4174 物 质 物 性
化工原理课程设计换热器 化工工程专业是一门应用学科，其中涉及到很多实际工程应用，而其中最为重要的一项便是换热技术。在化工原理课程中，学生需要学习换热的原理，同时也需要进行相应的课程设计，以加深对该项工艺的理解。本文将具体介绍化工原理课程设计中的换热器部分。 一、换热器的定义与应用 换热器是指将工作介质中的热量从一种流体（或气体）传到另一种流体（或气体）的装置。具体来说，它是用于加热或冷却化学、石油、食品、冶金、电力、纺织等行业在生产过程中所使用的流体的设备，是化工生产过程中最为常用的一种装置。 换热器可分为管式换热器、板式换热器、壳式换热器等。其中，壳式换热器是最常用的一种，也是本文课程设计的重点。 二、化工原理换热器课程设计 1. 设计目标 作为化工原理课程中的一个重要部分，换热器的课程设计旨在让学生了解换热器的原理和设计方法，培养学生的动手能力和实践能力，为学生未来从事化工工作提供实践基础。 2. 设计内容
换热器的课程设计通常包括以下内容： （1）了解壳式换热器的结构和分类，并对不同的壳式换 热器进行比较和分析。 （2）了解换热器的传热原理和传热方式，以及热传导、 对流传热和辐射传热等基本原理。 （3）了解不同流体的传热性质，如热导率、热容、热透 过系数等，并掌握其应用方法。 （4）掌握壳式换热器的设计方法，包括换热面积的计算、流速的估算、流体性质的确定等。 （5）通过计算确定换热器的设计参数，如壳程和管程的 流体流量、进出口温度、换热系数等，并绘制换热器的流程图和工艺图。 3. 设计过程 换热器的课程设计通常分为理论计算和实践操作两个部分。理论计算部分包括上述内容中的步骤（1）至（4），而实践操作部分则需要学生使用化工实验室中的相应设备进行实验操作。 在实践部分中，学生需要完成以下操作： （1）拆卸换热器，进行清洗和维修，对设备的状态进行 检查和评估。 （2）确定流量计和温度计的安装点，并将它们安装在换 热器的管路中，以便后续的流量和温度测量。
化工原理 课 程 设 计 设计任务:换热器 班级：13级化学工程与工艺（3)班 姓名:魏苗苗 学号：1320103090
目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1。流体流动途径的确定 (6) 2. 物性参数及其选型 (6) 3。计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5。初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17) 参考文献 (18)
化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水,入口温度32。5℃。 3、允许压强降：不大于50kPa 。 4、每年按300天计,每天24小时连续运行。 三、设备型式: 管壳式换热器 四、处理能力： 109000吨/年苯 五、设计要求: 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的设计. 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。 六、附表： 1。设 计概述 1。1 热量传递 出口温度 40。5℃ 壳体内部空间利用率 70% 选定管程流速u （m/s ） 1 壳程流体进出口接管流体流速u1（m/s ） 1
的概念与意义 1。1。1热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移,简称传热.由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处,因此 传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 1.1.2化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切.这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为 了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量;又如在蒸发、蒸馏、 干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保 温,生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题， 由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用.总之， 无论是在能源，宇航，化工,动力,冶金，机械，建筑等工业部门,还是在农业, 环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态 变成另一个平衡状态所需的总能量;而传热学研究能量的传递速率,因此可以 认为传热学是热力学的扩展。 1.1。3传热的基本方式 根据载热介质的不同,热传递有三种基本方式： 1。1.3.1热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。 热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。 1.1.3。2热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的 热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中,产生原因有二：一是因流体 中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流; 二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。 此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程,即是热由流体传到固体表面(或反之)的过程，通常称为对流传热。 1.1.3.3热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。
化工原理课程设计换热器设计 化工工程是一门复杂而广泛的学科，它主要研究物质变化和转化的原理、方法与技术，以及化学工业生产过程中的设计、开发与管理等相关问题。其中，换热器是化工工业中最常用的设备之一，其作用是将热量从一个物质传递到另一个物质，从而实现物质的加热、冷却等处理过程。因此，在化工原理课程设计中，应重点培养学生的换热器设计能力，使其能够在实际生产中运用所学知识解决实际问题。 一、化工原理课程设计的目标与意义 化工原理课程是研究化学工程和化学过程的基础性课程，是化工专业学习中的重要环节。通过学习化工原理，可以深入了解化工热力学、动力学、质量传递和反应工程等方面的知识，为化工行业的从业者提供必要的基础理论支撑。在此基础上，化工原理课程设计旨在: 1. 提高学生的实际操作能力 化学实验是化工原理课程更加深入的延伸，通过实验来增加学生的实际操作和操作技能。在换热器设计实验中，学生不仅仅是在图纸上设计换热器，而是需要通过实际操作，了解和掌握摩擦因素、热传递系数和传质系数等比较重要的技术参数，通过实践来增强学生的动手操作能力。 2. 培养学生的创新能力
换热器设计是一个相对复杂的工作，需要学生综合运用所学知识，进行初步设计，制定并采用恰当的成本控制策略，以符合物质及经济效益的双重要求。在实践中，学生会遇到各种问题，需要灵活变通，善于思考，具有创新能力。课程设计适当的引导和支持下，学生可以发挥出自己的异想天开的智慧，从而取得意想不到的成就。 3. 培养学生的团队协作能力 在现代化工生产过程中，团队合作对于工程师来说非常重要。在化工原理课程设计中，由于设计复杂，学生需要相互协作，才能顺利地完成任务。团结互助，协力解决问题，成为熟练的生产实事能够从容的应对以后的工作任务。 4. 提高学生的综合素质 化工原理的课程设计虽然是从狭窄的换热器的设计出发，但学生不仅需要掌握化学知识，也需要具备工科特有的逻辑推理和实践应用能力，在这一过程中，还可以培养学生的创新意识和创造精神，不断的挑战自我，提升自身素质。 二、换热器设计实验的内容与流程 根据所学的换热器基本原理，设计师具有的工程能力和实际应用场景的实际条件，提高换热器的传热系数和传质系数的设计目标与步骤。换热器的设计主要分为以下几个步骤: 1. 选择换热器类型 换热器的设计要根据实际的工艺流程，选择适当的换热器类型，如管壳式换热器、板式换热器、螺旋式换热器等等。
化工原理课程设计换热器西南科技大学-图文 一、设计题目、设计条件及任务 1.1设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计1.2设计条件 (1)甘油 处理量：34255kg/h、进口温度：100℃、出口温度：40℃、压强降：＜101.3kPa (2)冷却水 进口温度：25℃、出口温度：35℃，压强降：＜101.3kPa 1.3设计任务： (1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。 (2)绘制列管式换热器的装配图。 (3)编写课程设计说明书。 一、设计方案简介 2.1选择换热器的类型： 题目要求规定为列管式换热器 2.2管程安排：
从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，循环冷却水走壳程。但由 于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热 器的热流量下降；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。所以从总体上 综合考虑，应使冷却循环水走管程，甘油走壳程。 2.3流向的选择： 当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温 升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然，在一般情况下，逆流 操作总是优于并流。故选择逆流为流向。 三、流体物性的确定 3.1流体定性温度的确定 对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的 平均值。壳程25%甘油的定性温度为：TT1T21004070C22管程冷却水的定 性温度为：tt1t2352530C223.2定性温度下流体的物性 查[1]知，在70C下，甘油的比热容cp1a=2.66kJkgK，水的比热容 cp1b=4.167kJkgK；在30C下，水的比热容cp2=4.174kJkgK 即在70C下，25%甘油的比热容 cp1cp1a0.25cp1b0.752.660.254.1670.75=3.790kJkgK 四、计算总传热系数 4.1热流量Q=qm1cp1T1T2=342553.79010040=7789587kg/h4.2平均传 热温差
课程设计 课程名称化工原理课程设计 题目名称列管式换热器设计 专业班级10级食品科学与工程（1）学生姓名fff 学号 77777 指导教师 赵大庆
二O一二年十二月二十八日 目录 1 化工原理课程设计任务书 (1) 2 概述与设计方案简介 (2) 3 确定设计方案 (6) 3.1 选择换热器的类型 (6) 3.2 管程安排 (6) 4 确定物性数据 (6) 5 估算传热面积 (7) 5.1 热流量 (7) 5.2 平均传热温差 (7) 5.3 传热面积 (7) 5.4 冷却水用量 (7) 6 工艺结构尺寸 (8)
6.2 管程数和传热管数 (8) 6.3 传热温差校平均正及壳程数 (8) 6.4 传热管排列和分程方法 (10) 6.5 壳体内径 (10) 6.6 折流挡板 (10) 6.7 其他附件 (10) 6.8 接管 (10) 7 换热器核算 (10) 7.1 热流量核算 (10) 7.2 壁温计算 (13) 7.3 换热器内流体的流动阻力 (13) 8 结构设计 (15) 9参考文献 (16) 10 主要符号说明 (17)
设计任务与条件 某生产过程中，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混合气体的流量为6.3×104kg/h，压力为6.9Mpa。循环冷却水的压力为0.4Mpa，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。经查得混合气体在85℃下有关物性数据： =90kg/m3, 密度ρ 1 定压比热容C =3.297kJ/(kg*℃)； p1 =0.0279W/(m*℃)； 热导率λ 1 =1.5×10-5pa*s。 粘度ц 1 循环水在34℃下的物性数据： ρ=994.3㎏/m3 密度 1 定压比热容 c=4.174kJ/kg*K 1p λ=0.624w/m*K 热导率 1 μ=0.742×10-3Pa*s 粘度 1
化工原理课程设计换热器 的设计 Last updated on the afternoon of January 3, 2021
摘要换热器的应用贯彻化工生产过程的始终，换热器换热效果的好坏直接影响化工生产的质量和生产效益。 所以换热器是非常重要的化工生产设备,在化工领域中，它扮演着主力军的身份，它是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，在化工设备中占大约50%以上的比重。 既然换热器在化工生产中扮演如此重要的角色，那么如何设计出换热效果好，设备健全合理，三废排放量更低，能源利用率更高，经济效益高的换热器是我们从事化工行业工作人员刻不容缓的职责。 为了完成年产万吨酒精的生产任务，设计换热器的总体思路：在正常的生产过程中，利用塔底的釜残液作为加热介质在塔底冷却器中进行第一次预热，然后用少量的水蒸汽便可在预热器中使原料液达到预期的温度进入精馏塔中。塔顶酒精蒸汽经过全凝器，利用循环冷却水作为冷却介质使酒精蒸汽转为液体。最后，在塔顶冷却器中再次用冷却水使其降到25。C输送到储装罐中。 关键词：冷却器；再沸器；全凝器；对流传热系数；压降；列管式换热器；离心泵。 目录
第三章 第四章 第一章换热器的设计 概述 工业生产过程，两种物料之间的热交换一般是通过热交换器完成的，所以换热器的设计就显的尤为重要。进行换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方案并选用适当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸且根据实际流体的腐蚀性确定换热器的材料，根据换热器内的压力来确定其壁厚。 1.1.1流程方案的确定 换热器设计的第一步是确定换热系统的流程。为了节约能源，提高热量的利用率，采用原料液冷却塔底釜液，这样不仅冷却了釜液又加热了原料液，既可以减少预热原料所需要的热量，又可减少冷却水的消耗。从冷却器出来的釜液直接储存，从冷却器出来的原料液再通往原料预热器预热到所需的温度。塔顶蒸出的乙醇蒸汽通入塔顶全凝器进行冷凝，冷凝完的液体进入液体再分派器，其中的1/2回流到精馏塔内，另1/2进入冷却器中进行冷却，流出冷却器的液体直接储存作为产品。 1.1.2 选择加热介质、冷却介质 在换热过程中加热介质和冷却介质的选用应根据实际情况而定。除应满足加热和冷却温度外，还应考虑来源方面，价格低廉，使用安全。我们本次课程设计所用的加热介质是120℃的水蒸气，冷却介质是选择水。 1.1.3 换热器类型的选择 列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广，历史悠久，设计资料完善，并已有系列化标准，特别是在高温、高压和大型换热设备中占绝对优势。所以本次设计过程中的换热器都选用列管式换热器。 由于本次设计过程中所涉及的换热器的中冷热流体温差不大（小于70℃）,各个换热器的工作压力在以下，都属于低压容器，因固定管板式换热器两端管板与壳体连
华北科技学院 课程设计报告 题目列管式换热器的工艺设计 课程名称化工原理课程设计 专业化学工程与工艺 班级 学生姓名 学号 设计地点 指导教师 设计起止时间：2011 年5月2日至2011年5月13日 课程设计任务书
设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用 设计题目 4、炼油厂用原油将柴油从175℃冷却至130℃，柴油流量为12500 kg/h ；原油初温为70℃，经换 热后升温到110℃。换热器的热损失可忽略。60kPa 。 管、壳程阻力压降均不大于30kPa 。污垢热阻均取0.0003㎡. ℃/W 一、确定设计方案 1、选择换热器类型 俩流体温度变化情况： 柴油进口温度175℃，出口温度110℃。原油进口温度70℃，出口温度110℃ 从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。 2、流程安排 该任务的热流体为柴油，冷流体为原油，由于原油的黏度大，因此使原油走壳程，柴油走管程。 二、工艺结构设计 （一）估算传热面积 1.换热器的热流量（忽略热损失） 1112312500 () 2.4810(17530)38750003600 m p Q q c T T W =-= ⨯⨯⨯-= 2.冷却剂原油用量（忽略热损失） 2212387500 4.40/()2200(11070) m p Q q kg s c t t = ==-⨯- 2.平均传热温差
'1212 (175110)(13070) 62.5175110 ln ln 13070m t t t C t t ∆-∆---∆= ==︒∆--∆ 3.估K 值 2220K W m C =⋅︒估（） 4.由K 值估算传热面积 A 估= 2Q 387500 28.2220m m K t ==⋅∆⨯62.5 估 （二）工艺结构尺寸 1.管径、管长、管数 ○ 1管径选择 选用192mm ϕ⨯传热管（碳钢） ○ 2估算管内流速 取管内流速0.6/u m s =估 ○3计算管数 2212500 360071545.8460.0150.6 4 4 v s i q n d u π π ⨯== =≈⨯⨯估 （根） ○ 4计算管长 28.2 L 10.280.01946 o s A m d n ππ===⨯⨯估 ○ 5确定管程 按单管程设计，传热管稍长，宜采用多管程结构。现取传热管长l =2.5m ，则该传唤器管程数为：10.28 4(2.5 p L N l ==≈管程），则传热管总根数N=46×4=184（根） 2.管子的排列方法 ○1采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列，管子和管板采用焊接结构 ○ 2计算管心距 1.25 1.251923.7524o t d mm ==⨯=≈ ○ 3隔板中心到离其最近一排管中心距离 S=t/2+6=24/2+6=18mm 各程相邻管心距为36mm 各程各有传热管46根 3.壳体内径的计算 采用多管程结构，取管板利用率η=0.7 ○ 1计算 1.05 1.0524408()D mm ==⨯
化工原理课程设计换热 器 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.
一、设计任务书 二、确定设计方案 选择换热器的类型 本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。 采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。 本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R钢)。 流动方向及流速的确定 本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。根据的原则有： （1）因为热空气的操作压力达到，而冷却水的操作压力取，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；
（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。 （3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。 查阅《化工原理（上）》P201表4－9 可得到，热空气的流速范围为5～30 m·s-1；冷却水的流速范围为～ m·s-1。本设计中，假设热空气的流速为8 m·s-1，然后进行计算校核。 安装方式 冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。 三、设计条件及主要物性参数 设计条件 由设计任务书可得设计条件如下表：
化工原理换热器设计 丁 二 烯 蒸 汽 冷 凝 器 的 设 计 年级：2014级 姓名:逄江华 学号:2014094068 班级：化学工程与工艺班
前言 一、换热器的种类 固定管板式换热器 管板式换热器浮头式换热器 填料涵式换热器 换热器套管式换热器 蛇形式换热器 二、换热器的特点 1.管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种： 固定管板式换热器 固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。 带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。浮头式换热器 浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。
填料涵式换热器 填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。2.蛇管式换热器 蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单，操作最方便的一种换热设备，通常按照换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。 3.套管式换热器 套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管，其内管用U 型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管内、外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流动，有利于传热。此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热。 三、换热器的发展趋势 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷、空分及制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。
目录 一、设计任务 (1) 一、设计任务 1.空气压缩机后冷却器设计操作参数; （1）空气 处理量: 14m3/min；操作压强：1.45MPa（绝对压）。 空气进口温度160℃，终温：50℃ （2）冷却剂：常温下的水 初温：25°；终温：30℃；温升 （3）冷却器压降： 压降 2.设计项目 （1）确定设计方案，确定冷却器型式，流体流向和流速选择，冷却器的安装方式等。 （2）工艺设计：冷却器的工艺设计和强度计算，确定冷却剂用量，传热系数，传热面积，换人管长，管数，管间距，校对压力等。 （3）结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的连接，管板和壳体的连接，折流挡板等。 （4）机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头、法兰、接管法兰、支座等。 （5）附属设备选型 3.设计分量 （1）设计说明书一份； （2）冷却器装配图； （3）冷却器工艺流程图； （4冷却器的强度及支座等的估算
一、设计任务书 二、确定设计方案 2.1 选择换热器的类型 本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。 采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。 本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R钢)。 2.2 流动方向及流速的确定 本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。根据的原则有： （1）因为热空气的操作压力达到1.1Mpa，而冷却水的操作压力取0.3Mpa，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量； （2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。 （3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。 查阅《化工原理（上）》P201表4－9 可得到，热空气的流速范围为5～30 m·s-1；冷却水的流速范围为0.2～1.5 m·s-1。本设计中，假设热空气的流速为8 m·s-1，然后进行计算校核。 2.3 安装方式 冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。