目录
食品工程原理课程设计任务书 (2)
流程示意图 (3)
设计方案的确定及说明 (4)
设计方案的计算及说明（包括校核） (5)
设计结果主要参数表 (10)
主要符号表 (11)
主体设备结构图 (11)
设计评价及问题讨论 (12)
参考文献 (12)
一食品工程原理课程设计任务书
一．设计题目：管壳式冷凝器设计．
二．设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂（F-22，氨等）过热蒸汽冷却，冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。
三．设计条件: 1.冷库冷负荷Q0=学生学号最后2位数*100（kw）；
2.高温库，工作温度0～4℃。采用回热循环；
3.冷凝器用河水为冷却剂, 每班分别可取进口水温度：
17～20℃（1班）、21～24℃（2班）、 25～28℃（3班）、
13～16℃（4班）、9～12℃（5班）、5～8℃（6班）；
4.传热面积安全系数5%～15%。
四．设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述；
2.物料衡算，热量衡算；
3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸；
4.计算阻力；
5.编写设计说明书（包括：①封面；②目录；③设计题目；④流程
示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。）
6.绘制工艺流程图,管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花板布置
图（3号或者4号图纸）。
二、流程示意图
流程图说明：
本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。
1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高；
2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。
4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中；
4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器；
5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。
5’1是一个回热循环。
本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。
三、设计方案的确定及说明。
1·流体流入空间的选择
本设计采用河水为冷却剂，河水比较脏和硬度较高，受热后容易结垢。同时，氨走壳程也便于散热，从而减少冷却水的用量。因此，为方便清洗和提高热交换率，冷却水应走管程，氨制冷剂应走壳程。
2·流速的选择
查得列管换热器管内水的流速，管程为0.5～3m/s，壳程0.2～1.5m/s[2]；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为1.5m/s。
3·冷却剂适宜温度的确定及制冷剂蒸发温度，冷凝温度，过热温度和过冷温度
。
本设计冷却剂的进口温度为25～28℃[2]，可取为26℃。而一般卧式管壳式冷凝器冷却剂的进出口的温度之差为4～，本方案取为6℃，所以出口温度为32℃。
冷库温度为0～4本设计取0，蒸发温度一般比库内空气低8～12本设计取
可取7～14本设计取℃。
过冷温度比冷凝温度低3～5℃本设计取℃
过热温度比蒸发温度高3～5℃本设计取℃
4·冷凝器的造型和计算
4．1 水冷式冷凝器的类型
本次设计是以河水为冷却剂，本人选择氨高效卧式冷凝器为设计对象。此冷却系统的原理是将压缩机排出的高温、高压氨气等压冷凝成液体，在冷库中蒸发，带走待冷物料的热量，起到冷却物料的效果。
本方案采用F—22为制冷剂，F—22化学式为CHF2CL，名称为二氟一氯甲烷，标准沸点为—40.8℃，凝固温度为—160℃，不燃烧，不爆炸，无色，无味。冷凝器型式的选择：本方案采用卧式壳管式冷凝器。卧式管壳式水冷凝器的优点是：
1、结构紧凑，体积比立式壳管式的小；
2、传热系数比立式壳管式的大；
3、冷却水进、出口温差大，耗水量少；
4、为增加其传热面积，F-22所用的管道采用低肋管；
5、室内布置，操作较为方便。
4．2 冷凝器的选型计算
4．2．1冷凝器的热负荷
4．2．2冷凝器的传热面积计算
4．2．3冷凝器冷却水用量+
4．2．4冷凝器的阻力计算
5·管数、管程数和管子的排列
5．1管数及管程数
5． 2管子在管板上的排列方式 5．3管心距
6·壳体直径及壳体厚度的计算
6．1壳体直径，厚度计算
四、设计计算及说明（包括校核）
（一）设计计算
1、冷凝器的热负荷：
冷凝器的热负荷是制冷剂的过热蒸汽在冷凝过程中所放出的总热量，可用制冷剂的 压－焓
图算出。公式如下：
0Q Q L φ= kw
式中 ：L Q ———— 冷凝器的热负荷，kw ； 0Q ———— 制冷量，2900kw ；
φ———— 系数，与蒸发温度t k 、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，由《食品工程原
理设计指导书》图3查出。在蒸发温度0t 为-10℃，冷凝温度k t 为35℃，查得φ为1.19。
∴ L Q =1.19×2900=3451 kw
2、传热平均温差：
2
11
2ln t t t
t t t t k k ---=
?=---=32352635ln
2632 5.45℃
3、冷凝器的传热面积计算：
根据选用卧式管壳式水冷冷凝器及设计指导书表4各种冷凝器的热力性能，取传热系数为
800 w/（㎡·k ）
t
K Q F L
?=
0 式中： K
————
传热系数，w/㎡ 、℃；
（由《食品工程原理设计指导书》表3中可取750）
F ———— 冷凝器得传热面积，㎡； L Q ————
冷凝器得热负荷，w ；
t ?———— 传热平均温差，℃
又45.5=?t ℃
25.79145
.5*8001000
3451m F =?=
4、冷凝器冷却水用量： 3600)
(12?-=
t t C Q M p L
kg/h
式中：L Q ———— 冷凝器的热负荷， kw ；
p
C ————
冷却水的定压比热，
KJ/kg·k ；淡水可取4.186； 1t ———— 冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃；
2t ———— 冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃。
h kg M 9.4960703600)
2632(174.43451
=?-?=
5、冷凝器冷却水体积流量：
ρ
M
V =
3/m kg
式中：ρ
————取
995.73/m kg ；
s m m kg h
kg M V 33
138.03600
/7.995/9.4960703600=?=?=
ρ
6、管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定：
1）确定单程管数n 由《制冷原理及设备》一书查得，冷凝器内冷却水在管内流速可选
取1.5 m/s 。设计中选用?38×2.5mm 不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。 u d V
n 2
4
π=
式中：V ——— 管内流体的体积流量， ㎡/s ； d ——— 管子内直径， m ； u ——— 流体流速，m/s 。
6.1075.1033.04
14
.3138.02=??=
n 圆整为108
取整后的实际流速s m nd V u /49.1033.010814.3138
.0442
2=???==
π
2）管程数： 管束长度 d
n F L π=
式中：F ——— 传热面积，㎡；
L ——— 按单程计算的管长，m 。
m 73.70033.014.31085
.791=??=L
管程数 l
L m =
式中： l 为选定的每程管长，m ，考虑到管材的合理利用，l 取6m 。
79.116
73
.70==
m 圆整为12 所以冷凝器的总管数T N 为
129612108=?=?=m n N T 根
3）管心距а和偏转角 α
查可得管心距а=48mm 偏转角 α=
4）管子在管板上的排列方式
管子在管板上排列时，应使管子在整个冷凝器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体性质，设备结垢以及制造等方面地问题。
管子的排列和挡板、隔板的安排如花板布置图所示（如附图）。
7.壳体直径及壳体厚度的计算
1）壳体直径的计算
壳体的内径应稍大于或等于管板的直径，所以，从管板直径的计算可以决定壳体的内径.
D=a (b-1) +2e
式中：D ——— 壳体内径， mm ； a ——— 管心距， mm ； b ——— 最外层的六角形对角线(或
同心圆直径)；
e ——— 六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。
一般取e=(1～1.5)d0，这里取1.4。
D= 48×（39－1）＋2×1.4×33 =1824＋92.4=1916.4mm 圆整为2000mm
2）壳体厚度(s)的计算
[]C P
PD
s +-=
?σ2 式中：s ——— 外壳壁厚，cm ；
P ——— 操作时的内压力，N/cm 2（表压），根据壁温查得为80.8N/cm 2 [σ] —— 材料的许用应力， N/cm 2；
查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是13230 N/cm 2
φ——— 焊缝系数，单面焊缝为0.65，双面焊缝为0.85；（取单面焊缝） C ——— 腐蚀裕度，
其值在（0.1～0.8）cm 之间，根据流体的腐蚀性而定；取0.7
D ——— 外壳内径，cm 。
cm s 64.17.08
.8065.01323022000
*8.80=+-??=
适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施，决定取s=17mm
（二）设计校核
1.雷诺数计算及流型判断
冷凝器冷却水用量：s kg t t C Q M p L /8.137)
2632(174.43451
)(12=-?=-=
实际流速：s u /m 49.1=
雷诺数：6.6110610
12.807
.99549.1033.0Re 5
=???=
=
-μ
ρ
du > 104 所以流型为湍流。
2.阻力的计算
冷凝器的阻力计算只需计算管层冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不计算流动阻力。冷却水的阻力可按下式计算：
∑+=g
u
Z g u d L H f 222ελ
式中：λ——— 管道摩擦阻力系数，湍流状态下，钢管λ=0.22Re-0.2；
Z ——— 冷却水流程数；
L ——— 每根管子的有效长度，m ； d ——— 管子内直径, m ；
u ——— 冷却水在管内流速，m/s ； g ——— 重力加速度，m/s 2；
∑ε—— 局部阻力系数，可近似取为Σε
=4Z 。
水柱m g u Z g u d L H f 36.58
.9249
.1124128.92033.049.14027.02222=???+?????=+=∑ελ
3.热量衡算
下图为氨在实际制冷循环中的压焓图
本设计确定：1）蒸发温度to为：—10℃
2）冷凝温度tk为：35℃
3）冷却水出口温度t2为：32℃
4）过冷温度tu为：32℃
5）热量Q0＝2900kw
制冷循环简易流程为：1—1’—2—2’—3—4—5—6。
其中1—1’—2在压缩机中压缩的等熵过程，2—2’—3在冷凝器冷却的等压过程，3—4在冷凝器中冷凝的等压等温过程，4—5为过冷过程，5—6为在膨胀阀里作等焓膨胀过程，6—1为在蒸发器中沸腾蒸发的吸热等压等温过程。
制冷剂在低温低压液体状态时吸热达到沸点后蒸发成为低温低压蒸汽，蒸发成气体的制冷剂在压缩机作用下成为高温高压气体，此高温高压气体冷凝后成为高压液体，高压液体经过膨胀阀后变成低压低温液体，再度吸热蒸发构成了冷冻机的制冷循环。过热温度的确定可以由过冷温度通过热量衡算得出（蒸汽潜热）。
根据F-22压焓图查得（kj/kg）：
h1=402 kj/kg，h1’=h1+(h4-h4’)=412 kj/kg，h2=445 kj/kg，
h2’=430 kj/kg，h3=415 kj/kg，h4=245 kj/kg，h5=h4’=235 kj/kg，h6= h1=402kj/kg
单位制冷量：q0=h1－h5=402－235=167 kj/kg
制冷循环量：G＝Q0/q0＝2900×3600/167＝62515kg/h
单位循环量：G=Qo/qo=2900/167=17.37 kg/s
冷却放热量：G×（h2’-h3）=17.37×（430-415）=260.55
冷凝放热量：G×（h3-h4）=17.37×（415-245）=2952.9
过冷放热量：G×（h4-h4’）=17.37×(245-235)=173.7
过热吸热量：G×（h1’-h1）=17.37×(412-402)=173.7
压缩功：wt=h2’= h1’=430-412=18
理论的制冷系数：εt=qo/w t=167/18=9.28
由此可见，本设计热量基本平衡，符合实际要求。
4.传热面积安全系数
()%100'
'
?-A A A ＝
ε 式中：A ——— 实际布置所得的传热面积，m 2
；
'A ——— 理论传热面积，m 2
管外总传热面积：
1A ＝N T πd 0l ＝1296×3.14×0.038×6＝927.82m
管内总传热面积：
2A ＝N T πdl ＝1296×3.14×0.033×6＝805.72m
实际总传热面积：
A ＝（1A ＋2A ）/2＝（927.8＋2805.7）/2=866.82m
理论总传热面积：
'A ＝25.791m
安全系数ε＝（866.8－5.791）/5.791＝9.5％ 一般要求安全系数为3％～15％（0.03~0.15），故本设计合符要求。
5.长径比L/D
式中：L ——— 每程管长，m ； D ——— 壳体内径，m 。
L/D= 6/1.9164= 3.13 符合3~8 范围要求
五、设计结果主要参数表
六、主要符号表
七．主体设备结构图（见图）
八、设计评论及讨论
本设计由给定的冷库冷负荷，进口水温度，高温库工作温度等已知数据来确定出口温度、传热面积、流速、管径等数据来完成设计，其中有部分参数和计算公式需要查找相关资料，如化工手册和实用冷冻手册，各种资料中查出的参考计算公式和数据有所不同，导致再整个设计工程中，设计思路产生分歧，产生几种设计方案，经过反复验证和数据计算才确定其中一种，由于参考数据的来源不同，可能导致设计结果存在误差。
其次，计算过程中各个步骤要经过反复的校核，符合要求才能继续，如计算管程数时需校核径比。计算结束后要进行校核，要求雷诺数Re>104，传热系数ε（700—800），安全系数在5—15％内，经过校核计算，都能满足要求，如果不考虑经济其他因素，这个设计是成功的。
这次的课程设计很好地检验了本人掌握工程原理知识的程度，暴露出各种不足之处，让本人可以及时纠正存在的不足和错误，加深我对这门课程的了解，如使我更全面的了解到冷凝器的结构和要求，进一步了解冷凝器的各种知识等，学到了很多书本上没有的东西。我深刻体会到只有课内课外相结合，最后的设计结果才能比较符合实际，
在本方案设计过程中，由于受到各种条件的限制，不能更好的解决设计中遇到的问题，所以造成很多不合理或设计不够理想的地方，请老师多多包涵，指出其错漏之处！
九、参考文献
[1] 李雁,宋贤良.《食品工程原理课程设计指导书》.华南农业大学印刷厂印
刷,2006
[2] 李云飞,葛克山. 《食品工程原理》. 中国轻工业出版社. 2002
[3] 高福成. 《食品工程原理》. 中国轻工业出版社. 1998
管壳式换热器的工艺设计 芮胜波李峥王克立李彩艳 兖矿鲁南化肥厂 芮胜波：（1974-），山东枣庄人，工程师，工程硕士，从事煤化工项目研发及建设工作。第一作者联系方式：山东滕州木石兖矿鲁南化肥厂项目办（277527），电话：0632-2363395 摘要：管壳式换热器在各种换热器中应用最为广泛，为了使换热器既能满足工艺过程的要求，又能从结构、维修、造价等方面比较合理，在设计中要从各个方面综合考虑。本文着重从换热器程数的选择以及如何降低换热器的压力降方面进行了比较详细的论述，对于换热器的工艺设计起到一定的指导作用。 关键词：管壳式换热器，程数，压降 在化工、石油、动力、制冷以及食品等行业中，换热器都属于非常重要的工艺设备，占有举足轻重的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，特别是换热器的设计必须满足各种特殊工况和苛刻操作条件的要求。大致说来，随着换热器在生产中的地位和作用不同，对它的要求也不同，但都必须满足下列一些基本要求：首先是满足工艺过程的要求；其次，要求在工作压力下具有一定的强度，但结构又要求简单、紧凑，便于安装和维修；第三，造价要低，但运行却又要求安全可靠。 许多新型换热器的出现，大大提高了换热器的传热效率。比如板式换热器和螺旋板式换热器具有传热效果好、结构紧凑等优点，在温度不太高和压力不太大的情况下，应用比较有利；板翅式换热器是一种轻巧、紧凑、高效换热器，广泛应用于石油化工、天然气液化、气体分离等部门中；此外，空气冷却器以空气为冷却剂在翅片管外流过，用以冷却或冷凝管内通过的流体，尤其适用于缺水地区，由于管外装置了翅片，既增强了管外流体的湍流程度，又增大了传热面积，这样，可以减少两边对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高换热器的传热效能。 尽管各种各样的新型换热器以其特有的优势在不同领域得以应用，但管壳式换热器仍然在各种换热器中占有很大的比重，虽然它在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不占优势，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在工程中仍得到普遍使用。 目前我们在各种工程中应用最多的换热器就是管壳式换热器，其中又以固定管板式为最常见，除了波纹管换热器等可选用标准系列产品外，其它光管换热器都由工艺专业自行设计，尽管专用计算软件HTFS的应用使设计人员从繁琐的手工设计计算中解脱出来，但是为了使设计出来的换热器能更好的满足各种要求，仍然有许多方面需要在设计时充分加以考虑。 首先，程数的选择。 管程程数的选择：关键要比较管程与壳程的给热系数，如果单管程时管程流体的给热系数小于壳程流体给热系数，则可选用双管程，管程给热系数会因此显著增大，并且总传热系数也会有大幅提高。例如，有一台单管程换热器，管程给热系数为990W/(m2.℃), 壳程给热系数为5010 W/(m2.℃),总传热系数为794 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下改为双管程后，管程给热系数变为1680 W/(m2.℃)，增大了70%，，总传热系数变为1176 W/(m2.℃)，增大了48%，显然此时选用双管程换热器有利。反之，如果单管程时管程的给热系数大于壳程给热系数，虽然改用双管程时，管程给热系数也会显著增大，但是总传热系数则增幅不明显，例如，一单管程换热器，管程给热系数为2276 W/(m2.℃), 壳程给热系数为2104 W/(m2.℃),总传热系数为1040 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下
河南理工大学课程设计管壳式换热器设计 学院:机械与动力工程学院 专业:热能与动力工程专业 班级:11-02班 学号: 姓名: 指导老师: 小组成员:
目录 第一章设计任务书 (1) 第二章管壳式换热器简介 (1) 第三章设计方法及设计步骤 (2) 第四章工艺计算 (3) 4、1 物性参数的确定 (3) 4、2核算换热器传热面积 (4) 4、2、1传热量及平均温差 (4) 4、2、2估算传热面积 (6) 第五章管壳式换热器结构计算 (7) 5、1换热管计算及排布方式 (7) 5、2壳体内径的估算 (10) 5、3进出口连接管直径的计算 (10) 5、4折流板 (10) 第六章换热系数的计算 (15) 6、1管程换热系数 (15) 6、2 壳程换热系数 (16) 第七章需用传热面积 (17) 第八章流动阻力计算 (19) 8、1 管程阻力计算 (20) 8、2 壳程阻力计算 (20) 总结 (22)
第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计:设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器,其处理能力为10t/h,且允许压强降不大于100kPa。 设计任务及操作条件 1、设备形式:管壳式换热器 2、操作条件 (1)煤油:入口温度140℃,出口温度40℃ (2)冷却水介质:入口温度26℃,出口温度40℃ 第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器就是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升,管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要就是强化传热,提高对苛刻的工艺条件与各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积与增大传热温差等方式,其中提高传热系数就是强化传热的重点,主要就是通过强化管程传热与壳程传热两个方面得以实现。目前,管壳式换热器强化传热方法主要有:采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法,以获得粗糙的表面与扩展表面;用添加内物的方法以增加流体本身的绕流;将传热管表面制成多孔状,使气泡核心的数量大幅度增加,从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力;改变管束支撑形式以获得良好的流动分布,充分利用传热面积。 管壳式热交换器(又称列管式热交换器)就是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子(称这些平行的管子为管束),让两种流体分别从管内空间(或称管程)与管外空间(或称壳程)流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中,管子根数很多,从而壳体直径比较大,以致它的壳程流通截面大。这就是如果流体的容积流量比较小,使得流速很低,因而换热系数不高。为了提高流体的流速,可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板,使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数,称为程数,所以装了纵向隔板,就使热交换器的管外空
管壳式换热器工艺设计说明书 1.设计方案简介 1.1工艺流程概述 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。 图1 工艺流程草图 1.2选择列管式换热器的类型 列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛
的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。如下图所示。 1.2.1列管式换热器的分类 根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种： ⑴固定管板式换热器 固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。 固定板式换热器 ⑵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。 ⑶填料函式换热器 填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 ⑷U形管式换热器 U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，层管子损坏后不易更换。 U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
化工原理课程设计管壳式换热器汇总 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
设计一台换热器 目录 化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格 1. 流体流动途径的确定 2. 物性参数及其选型 3. 计算热负荷及冷却水流量 4. 计算两流体的平均温度差 5. 初选换热器的规格 工艺计算 1. 核算总传热系数 2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献 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35℃。
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： 99000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。 1.设计概述 热量传递的概念与意义 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。 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
什么是壳管式冷凝器 壳管式冷凝器是山东万合制冷设备系列冷水机常用到的一种换热器，和壳管式蒸发器相似，壳管式冷凝器是由壳体、管板、传热管束、冷却水分配部件(水盖或分水乡)、冷却水及制冷剂的进出管接头等组成的一个封闭的水冷冷凝器。 小型冷凝器的壳体可选用粗的无缝钢管。大型冷凝器的壳体则要用钢板卷焊而成。管板焊接于壳体的两端，构成一个完整的壳体。管板上加工了许多孔(管孔)，传热管束穿入管孔后，两端与管板采用胀接或焊接方式相连，并要具备良好的气密性。 壳管式冷凝器主要应用于水冷冷水机。根据壳体和传热管束的空间方位(竖直或水平)，壳管式冷凝器可分为立式和卧式两种。但无论是哪一种型式，冷却水都是走管程(传热管束内)，制冷剂都是走壳程的(壳体内、传热管束外的空间)，即高温、高压制冷剂蒸气在传热管外表面冷却、凝结并汇聚到壳体的地步。 之所以这样安排流程，是因为冷却水和管束之间的平均传热系数，一般都高于制冷剂蒸气冷凝的平均传热系数，冷凝就需要较大的换热面；此外，为了使高温、高压制冷剂蒸气的压力控制在一定的范围内，也需要较大的空间。
除所处空间方位不同外，立式和卧式壳管冷凝器还有一个重要区别，这就是卧式壳管冷凝器两端有水盖，水盖与壳体(或管板)常以法兰形式相连，因而冷却水处于一个密闭的空间。所以卧式壳管冷凝器又叫封闭式壳管冷凝器。立式壳管冷凝器常坐落于一个集水池上，上下两端无水盖，但上端设有分水箱。冷却水经分水箱内的许多分水器分配后，进入每个传热关内，从管壁上吸热后从下端流出，落于集水池内，因此立式壳管冷凝器又称敞开式壳管冷凝器。 以上是山东万合制冷设备有限公司对壳管式冷凝器的理解及其分类，而根据冷水机款型不同，所选用的冷凝器也不一样，具体可参考阅读《工业冷水机冷凝器的型式选择案例分享》。
管壳式冷凝器的设计 学院：工程学院 班级：12建环 姓名：赵婉莹 学号：169440024
目录 一、设计任务书 (3) 二、流程示意图 (3) 三、设计方案的确定及说明 (4) 四、设计计算及说明 (5) 五、设计评论及讨论 (11)
一、设计任务书 （一）设计题目：管壳式冷凝器设计（二）给定条件： 二、流程示意图
流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。 三、设计方案的确定及说明。 1·流体流入空间的选择 本设计采用河水为冷却剂，河水比较脏和硬度较高，受热后容易结垢。同时，氨走壳程也便于散热，从而减少冷却水的用量。因此，为方便清洗和提高热交换率，冷却水应走管程，氨制冷剂应走壳程。 2·流速的选择 查得列管换热器管内水的流速，管程为0.5～3m/s，壳程0.2～1.5m/s[2]；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为1.5m/s。
管壳式换热器简介及分类 概述 换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。 目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。 近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。 管壳式换热器按照不同形式的分类 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、
壳管式冷凝器课程设计 第一部分： 一：设计任务：用制冷量为KW 6.273的水冷螺杆式冷水机组，制冷 剂选用a R 134，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。 二：工况确定 1：冷凝温度k t 确定： 冷却水进口温度c t w ?=321，出口温度c t w ?=372，冷凝温度k t ：由 c t t t m k ?=++=++= 405.52 37 32221θ。 2：蒸发温度0t 确定: 冷冻水进口温度c t s ?=121，出口温度c t s ?=72，蒸发温度0t ：由 c t t t m s s ?=-+=-+= 25.72 7 122210θ。 3：吸气温度c ?7，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为c ?-53。过冷度为c ?5，单级压缩机系统中，一般取过冷度为c ?5。 三：热力计算： 1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：
2热力计算性能 （1）单位质量制冷量o q 1542494035 1 =-=-=h h q Kg KJ （2）单位理论功o w 65.2440365.4271' 20=-=-=h h w s Kg KJ （3）制冷循环质量流量m q
s Kg q Q q m 517.1154 6 .2330 == = （4）实际输气量vs q s m v q q m vs /1.0066.0517.131=?=?= （5）输气系数λ：取压缩机的输气系数为 （6）压缩机理论输气量vh q s m q q vs vh 3133.075 .01 .0== = λ （7）压缩机理论功率o p Kw w q p m 4.376 5.24517.10 =?=?= (8)压缩机指示功率i p Kw i i p p 4485.04.370 ===η （9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数：25.665 .24154000=== w q ε 实际制冷系数：78.444 9.06.2330=?=== i m m i s p Q ηηεε 卡诺循环制冷系数：24.715 .27515.31315 .27500=-=-= T T T K c ε 故热力完善度为：66.024 .778.4===c s εεη （10）冷凝器热负荷 由=-+ =i s h h h h η1 212kg kJ /432， 则kg kJ h h q Q m k /268)255432(517.1)(32=-=-= （11）压缩机的输入电功率
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热量传递的概念与意义 1.1.1热量传递的概念 热量传Array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
立式壳管式冷凝器 一、空气是最常见的损害热交换器的有害媒介，由于冷凝器一般都配套冷却水塔进行使用，故水塔应安装在空气清洁的环境中，不能接触易受污染的设备及场地。 二、水质也是决定热交换器寿命长短的重要因素，大型昂贵的设备必须装配水质净化处理辅助设备，含有较多矿物质的井水及被污染的水源均不能使用。 三、水是热交换器的主要传热媒介，热交换器在使用一段周期后会在铜管内生产水垢，降低热交换器的传热效果甚至令机组不能运行，如机组显示压力不正常或传热效果欠佳时必须对热交换器进行检查及清洗，清洁热交换器之后整台机组即会恢复正常运行。 四、清洗热交换器的两种方式：１、将两边盖板拆除，选用专用的铜丝清洁刷在铜管中来回清洁管壁污垢，此方法效果显著且安全可靠。２、如两端盖板不易或不能拆除时，则必须使用酸性化学液体达到清洁作用，由于各种化学液体成分不同，所以必须使用生产厂家的专用产品，使用之后须用大量清水进行反复清洗，并添加相配套的化学液体进行中和作用，此方法讲究一定的技术性并具有一定的危险性，必须由专业的技术人员进行操作。壳管式冷凝器的选型万合通用产品的设计选型与搅拌作业目的紧密结合。各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来
实现，在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求，确定壳管式冷凝器的搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度，然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。所以，选择的体步骤方法如下：按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段和计算机模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。按照减速机的输出轴头d 和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器。按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式。按照安装形式和结构要求，设计选择搅拌轴结构型式，并校检其强度、刚度。（1）如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk≤0、7（2）如按柔性轴设计，在满足强度条件下 n/nk>=1、3按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰。按照支承和抗振条件，确定是否配置辅助支承。
目录 食品工程原理课程设计任务书 (2) 流程示意图 (3) 设计方案的确定及说明 (4) 设计方案的计算及说明（包括校核） (5) 设计结果主要参数表 (10) 主要符号表 (11) 主体设备结构图 (11) 设计评价及问题讨论 (12) 参考文献 (12)
一食品工程原理课程设计任务书 一．设计题目：管壳式冷凝器设计． 二．设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂（F-22，氨等）过热蒸汽冷却，冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。 三．设计条件: 1.冷库冷负荷Q0=学生学号最后2位数*100（kw）； 2.高温库，工作温度0～4℃。采用回热循环； 3.冷凝器用河水为冷却剂, 每班分别可取进口水温度： 17～20℃（1班）、21～24℃（2班）、 25～28℃（3班）、 13～16℃（4班）、9～12℃（5班）、5～8℃（6班）； 4.传热面积安全系数5%～15%。 四．设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述； 2.物料衡算，热量衡算； 3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.编写设计说明书（包括：①封面；②目录；③设计题目； ④流程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校 核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨 论；⑩参考文献。） 6.绘制工艺流程图,管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花 板布置图（3号或者4号图纸）。
二、流程示意图 流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。
目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图
广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
板式与壳管式换热器比较说明 换热器是空调设备用来实现冷热流体之间热量交换的部件，是空调设备必不可少的组成部分，也是决定设备换热效率、节能效果的重要因素之一。 目前空调设备常用的换热器主要有两大类：一类是壳管式换热器，另一类是板式换热器，下面将针对两种换热器的特点予以比较说明，并提出选型的参考意见，供客户参考。 1.板式换热器 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，冷热流体分别在板片间形成的窄小而曲折的通道中流过，通过板片进行换热。 2.壳管式换热器 壳管式换热器是在个圆筒形壳体内设置许多平行管子（也称管束），让冷热流体分别从管内空间（称为管程）和管外空间（称为壳
程）流过进行热量交换。壳管式换热器是目前应用最广泛的一种，在所有换热设备中占主导地位。 > 3.两种换热器比较 壳管式换热器长期使用换热效率优于板式换热器 板式换热器刚投入使用时换热效率略优于壳管式换热器，但由于板式换热器流体通过的毛细通道既多且狭窄，流体中的水垢或脏物附着在板换的内壁上，就会造成板换传热部位的结垢和腐蚀，导致主机换热效率降低，制冷输出力大幅衰减，单位制冷量能耗上升，运行成本增加。必须定期对板换进行清洗，且板换使用时间越长，清洗周期越短。板换清洗不可能做到绝对干净，久而久之，板式换热器的换热效率随使用时间的增加而降低，影响空调的使用效果。壳管式换热器管束通过管板固定，各管之间的间隙较大，不会出现堵塞的现象，因此，长期使用不会降低换热器的换热效率。
壳管式换热器使用安全性优于板式换热器 板式换热器由于流道狭窄，流体在进入流道时容易出现分流不均，非常容易出现因流量少而导致流体结冰，堵塞冻坏板换的现象，板换一旦冻坏，则无法维修必须更换，增加主机维护成本。 壳管式换热器流体通道间隙大，流量均匀，避免了上述“冰堵”现象的发生，能够稳定、安全的运行。 壳管式换热器维护成本低于板式换热器 ： 壳管式换热器是一种基本免维修的产品，当换热器发生泄漏时可以采用堵管的方法在短时间内恢复工作性能，维护工作量少，无须
xxxxxxxxx 大学 课程设计说明书 设计题目：管壳式换热器的设计 学院、系：化学工程与工艺学院（精细化工专业）专业班级：精细2012班 学生：xxxxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxxxxx 成绩：________________________ 2015年07 月08
目录 2015年07 月08 (1) 目录 (2) 一、课程设计题目 (5) 二、课程设计容 (5) 1．管壳式换热器的结构设计 (5) 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 (5) 3. 筒体水压试验应力校核 (5) 4. 鞍座的选择 (6) 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 (6) 6. 编写设计说明书一份 (6) 7. 绘制1号装配图一。 (6) 三、设计条件 (6) （1）气体工作压力 (6) （2）壳、管壁温差50℃，t t ＞t s (6) （3）由工艺计算求得换热面积为105m2。 (6) （4）壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。 (6) （5）壳体与支座双面对接焊接，壳体焊接接头系数Φ=0.85 (6) （6）图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。 (6) 四、基本要求 (7) 五、说明书的容 (7) 1.符号说明 (7) 2.前言 (7) 3.材料选择 (7) 4.绘制结构草图 (7) 5.壳体、封头壁厚设计 (8) 6.标准化零、部件选择及补强计算： (8) 7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 (8) 8.主要参考资料。 (8)
中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目：煤油冷却器的设计 学院：化学化工学院 班级：化工0802 学号： 1505080802 姓名： ****** 指导教师：邱运仁 时间：2010年9月
目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计背景及设计要求 §三.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 §四. 机械结构设计 (9) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附：化工原理课程设计之心得体会 (30)
§一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力：40t/h 煤油 1.2.2.设备形式：列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃ (2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃ (3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类
冷库立式壳管式冷凝器的安装 冷库立式壳管式冷凝器的安装和冷库制冷压缩机的安装是有一定的差别的，立式壳竹式冷凝器一般安装在室外，利用冷凝器的循环水池作为基础.因此安装位置偏高，有利于氮液顺利地流到高压储液器。 ①安装前的准备工作 冷库立式冷凝器与水池的连接方法较多.最常见的是预埋锚铁或埋地脚螺栓。水池上的顶埋锚铁是焊有螺纹钢锚钩的制板，在浇注水池时将其埋在水池上表面。安装时，冷库立式冷凝器与水池的过渡连接件常用槽钢制作。 如果冷库立式冷凝器基础是预埋地脚螺栓，则在安装以前必须认真复核地脚螺栓的间距和对角线的距离，确认无误后才能安装。在冷库立式冷凝器安装前，应根据设备布置图确认冷库立式冷凝器安装的管口方位，清除水池上表面凸瘤.预埋钢板水池应弹出对中墨线.并刮净锚板。准备若干厚薄不等的垫板，根据冷库立式冷凝器的亚从，准备相应的起重机具. ②冷库立式冷凝器的就位 检查混凝土或钢架基础合理后，即可将冷凝器吊装就位，再进行找正.由于冷库立式冷凝器安装在室外，通常很难利用建筑物来承受吊装，而且不论冷库立式冷凝器大小起吊全高均为6.5m左右.所以通常选用汽车吊来完成吊装工作，以提高安装的工作效率.此外.用抱杆来吊装冷库立式冷凝器，也是常用的方法。 用抱杆吊装的方法较多，可用单杆、人字抱杆和双杆吊装，在确定吊装方案时，通常应考虑如场地、基础高度、抱杆高度等问题.采用双杆吊装，其抱杆的高度可低于冷库立式冷凝器起吊全高。 在双杆吊装时，用两只起吊葫芦牵引，再用一直葫芦牵制，相互之间默契配合，保证牵引同步收放交替。所选用其中葫芦的起升高度和钢丝绳吊索的长度应进行核算，保证吊装一步到位。如果葫芦要放单链起重，应注意葫芦的起重量为原额定起重量的二分之一，且保证单个葫芦的起重量为设备起吊总重量。另外值得提醒的是，在起吊时应预先挂好两方向的垂线，以备就位时找冷库立式冷凝器的垂直度用。 当吊装的冷库立式冷凝器位于水池基础正上方时，按墨线摆正在槽钢上方. ③冷库立式冷凝器的垂直度找正 冷库立式冷凝器应安装垂直，全长允许偏差不超过5mm，可利用线锤作为垂直基准，利用撬杠进行调整，需要时可加入垫板。找正后，拧紧地脚螺栓，并将过渡连接件连同垫板与锚铁一起焊死。 ④冷库立式冷凝器平台的制作 冷库立式冷凝器为了操作和检修，通常要制作操作平台。操作平台包括平台、栏杆和爬梯三部分.框架的大小以四周留60cm通道为宜，扶梯的宽度约50-55cm，栏杆的高度约90-100cm，通道上覆上防滑钢板，操作平台形式按冷凝器的台数及安装形式的不同而不同，制作安装时可根据具体形式按标准图选用。在制作平台框架时考虑到方便和安全，平台的框架制作可在
列管式换热器课程设计说明书 1.工原理课程设计任务书 一、设计题目：设计一煤油冷却器 二、设计条件： 1、处理能力 160000吨/年 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 允许压力降：0.02MPa 热损失：按传热量的10%计算 每年按330天计，每天24小时连续运行 三、设计容 4、前言 5、确定设计方案（设备选型、冷却剂选择、换热器材质及载体流入空间的选择） 6、确定物性参数 7、工艺设计 8、换热器计算 （1）核算总传热系数（传热面积） （2）换热器流体的流动阻力校核（计算压降） 9、机械结构的选用 （1）管板选用、管子在管板上的固定、管板与壳体连接结构 （2）封头类型选用 （3）温差补偿装置的选用 （4）管法兰选用 （5）管、壳程接管 10、换热器主要结构尺寸和计算结果表 11、结束语（包括对设计的自我评书及有关问题的分析讨论） 12、换热器的结构和尺寸（4#图纸） 13、参考资料目录
2.流程图 3.工艺流程图水（30℃） 煤油（140℃）浮头式换热器 水（50℃） 可循环利用 产品： 煤油（80℃）
4.设计计算 4.1设计任务与条件 某生产过程中，用自来水将煤油从140℃冷却至80℃。已知换热器的处理能力为160000吨/年，冷却介质自来水的入口温度为30℃，出口温度为50℃，允许压力降为0.02MPa ，热损失按传热量的10%计算，每年按330天计，每天24小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 4.2设计计算 4.2.1确定设计方案 （1） 选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度1T 140℃，出口温度2T 80℃， 冷流体进口温度1t 30℃，出口温度2t 50℃。 进口温度差1T -1t =110℃＞100℃，因此初步确定选用浮头式换热器。 （2） 管程安排 由于自来水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使 换热器热流量下降，而且管程较壳程易于清洗，再加上热流体走壳程可以使热流体更易于散热，减小能耗，所以从总体考虑，应使自来水走管程，混合气体走壳程。 4.2.2确定物性参数 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 110280140=+= T ℃ 管程流体的定性温度为 402 5030=+=t ℃ 查资料得，煤油在110℃下的有关物性数据如下： 水在40℃下的有关物性数据如下：
各专业全套优秀毕业设计图纸 壳管式冷凝器课程设计 第一部分： 一：设计任务：用制冷量为KW 6.273的水冷螺杆式冷水机组，制冷 剂选用a R 134，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。 二：工况确定 1：冷凝温度k t 确定： 冷却水进口温度c t w ?=321，出口温度c t w ?=372，冷凝温度k t ：由 c t t t m k ?=++=++= 405.52 37 32221θ。 2：蒸发温度0t 确定: 冷冻水进口温度c t s ?=121，出口温度c t s ?=72，蒸发温度0t ：由 c t t t m s s ?=-+=-+= 25.72 7 122210θ。 3：吸气温度c ?7，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为c ?-53。过冷度为c ?5，单级压缩机系统中，一般取过冷度为c ?5。 三：热力计算： 1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：
2热力计算性能 （1）单位质量制冷量o q 1542494035 1 =-=-=h h q Kg KJ （2）单位理论功o w 65.2440365.4271' 20=-=-=h h w s Kg KJ （3）制冷循环质量流量m q
s Kg q Q q m 517.1154 6 .2330 == = （4）实际输气量vs q s m v q q m vs /1.0066.0517.131=?=?= （5）输气系数λ：取压缩机的输气系数为 （6）压缩机理论输气量vh q s m q q vs vh 3133.075 .01 .0== = λ （7）压缩机理论功率o p Kw w q p m 4.376 5.24517.10 =?=?= (8)压缩机指示功率i p Kw i i p p 4485.04.370 ===η （9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数：25.665 .24154000=== w q ε 实际制冷系数：78.444 9.06.2330=?=== i m m i s p Q ηηεε 卡诺循环制冷系数：24.715 .27515.31315 .27500=-=-= T T T K c ε 故热力完善度为：66.024 .778.4===c s εεη （10）冷凝器热负荷 由=-+ =i s h h h h η1 212kg kJ /432， 则kg kJ h h q Q m k /268)255432(517.1)(32=-=-= （11）压缩机的输入电功率 由kw w q p mot m o m 3.4886 .09.065 .24517.1=??= = ηη，取86.0,9.0==mot m ηη
板式换热器和壳管式换热器区别 换热器如何分类？ 按传热方式可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器。 按用途可分为：加热器、预热器、过热器、蒸发器。 按结构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。 壳管式与板式换热器不同点之一：结构 1、壳管式换热器结构： 管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆柱形，内有管束，管束两端固定在管板上。传热有两种热流体和冷流体，一种是管内流体，称为管侧流体；另一种是管外流体，称为壳侧流体。 为了提高管外流体的传热系数，通常在管壳内设置若干挡板。挡板可以提高壳程内流体的速度，使流体按规定的距离多次穿过管束，提高流体的湍流度。 换热管可在管板上等边三角形或方形布置。等边三角形布置紧凑，管外流体湍流程度高，传热系数大。方形布置便于清洁管外，适用于易结垢的流体。
2、板式换热器结构： 可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压缩螺钉重叠而成。板和垫片的四个角孔构成了流体分配器和集液管。同时，冷流体和热流体被合理地分离，以便它们在每个板的两侧被分离。在通道中流动，通过板进行热交换。 板式换热器 壳管式与板式换热器不同点之一：分类
1、壳管式换热器分类： （1）固定管板换热器管板与管壳两端管束为一体，结构简单，但仅适用于冷、热流体温差不大，壳程无需机械清洗时的换热操作。当温差稍大，壳侧压力不太高时，可在壳上安装弹性补偿环，以减小热应力。 （2）浮头换热器管束一端的管板可以自由浮动，完全消除了热应力，整个管束可以从壳体中拉出，便于机械清洗和维护。浮头换热器应用广泛，但其结构复杂，成本高。 （3）U形管换热器的每根管子弯成U形，两端固定在上下两区的同一管板上。在管箱隔板的帮助下，分为进、出口两室。换热器完全消除了热应力，其结构比浮头式结构简单，但管程不易清洗。