课程设计
化工原理课程设计
设计题目：管壳式换热器选型
班级：2012级一班
姓名：季恩卉
学号：2012507072
指导教师：郭瑞丽
完成日期：2015年 5 月 25 日
化工系
目录
前言 (3)
1.管壳换热器的设计书 (6)
2.设计方案的确定 (6)
2.1.管壳换热器的型式 (6)
2.2.流程的选择 (6)
3.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式 (6)
3.1.定性温度 (7)
3.2.物性参数 (7)
4.换热器的工艺计算 (7)
4.1.估算总传热系数 (7)
4.1.1.热流量 (7)
4.1.2平均传热温差 (7)
4.1.3．冷却剂水用量 (8)
4.1.4. 选取K值，估算总传热系数 (8)
4.2估算传热面积 (8)
5.换热器的工艺结构尺寸设计 (8)
6.5.1.管径和管内流速 (8)
5.2.管程数和传热管数 (8)
5.3.传热管排列和分程方法 (8)
5.4.计算平均传热温差 (9)
5.5.壳体内径 (9)
5.6.折流板 (9)
5.7.计算壳程流通面积及流速 (9)
5.8.计算管程流通面积及流速 (10)
6. 换热器核算 (10)
6.1传热系数的校核 (10)
6.1.1．传热面积 (10)
6.1.2.核算总传热系数 (11)
6.1.3.污垢热阻 (11)
6.1.4对流传热系数 (11)
6.1.5壳体对流传热系数 (11)
6.1．6.传热面积 (11)
6.2．换热器内流体的流动阻力 (12)
6.2.1.管程流动阻力 (12)
6.2.2.壳程流动阻力 (12)
7. 换热器的主要结构尺寸和计算结果 (13)
8.在ChemCAD中的结果 (14)
9.附图 (15)
10.总结 (17)
11.参考文献 (17)
前言
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
类型特点
间壁式
管
壳
式
列
管
式
固定管式
刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗
带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力
浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合
U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式
外填料函管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质
内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合
釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮
双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中
套管式能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式
沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板
面
式
板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板式可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能
伞板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净
板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触
蓄热式
换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场
合
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：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
1 平盖
2 平盖管箱(部件)
3 接管法兰
4 管箱法兰
5 固定管板
6 壳体法兰
7 防冲板 8 仪表接口 9 加强圈 10 壳体(部件) 11 折流板 12 旁路挡板13 拉杆 14 定距管 15 支持板 16 双头螺柱或螺栓 17 螺母18 外头盖垫片 19 外头盖侧法兰 20 外头盖法兰 21 吊耳22 放气口 23 凸形封头 24 浮头法兰 25 浮头垫片 26 球冠形封头 27 浮动管板28 浮头盖(部件) 29 外头盖(部件) 30 排液口 31 钩圈32 接管 33 活动鞍座(部件) 34 换热管 35 挡管 36 管束(部件) 37 固定鞍座(部件) 38 滑道 39 管箱垫片 40 管箱圆筒(短节) 41 封头管箱(部件) 42 分程隔板
换热器材质的选择
在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。
一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。
（1）碳钢
价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。
（2）不锈钢
奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
1．化工原理课程设计任务书
设计题目：管壳式换热器选型
设计任务书：
操作条件：①有机物：入口温度78℃，出口温度21℃
②冷却介质：河水，入口温度20℃
③允许压强降：不大于100KPa
管路布置如图（参考图），已知泵进口段官场L进=5m，泵出口段管长L出=15m（均不包括局部阻力损失）。
设备型式：管壳式换热器
设计要求：
1.选用一个合适的换热器；
2.合理安排管路；
3.选用一台合适的离心泵。
2．设计方案的确定
2.1.管壳换热器的型式：
用水做冷却剂时，出口温度不宜超过40度，选定出口温度为30度。两流体温的变化情况：热流体进口温度78℃，出口温度60℃，该换热器用循环水冷却，冬季操作时，其进口温度
会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，两侧的温差比较大。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。故因此初步确定选用列管式换热器。
2.2流程的选择：
从两物流的操作压力看，应使氯苯走管程，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，所以从总体考虑，应使循环水走管程，氯苯走壳程。
3. 确定流体的定性温度、物性数据并选择管壳换热器的型式3.1.定性温度
定性温度：可取流体进出口温度的平均值。
有机物的定性温度为：
69
2
60
78
=
+
=
T
水的定性温度为：
c
25
2
32
18
t?
=
+
=
管程冷却水的定性温度为t=25(°C) 壳程有机物的定性温度为T=69(°C)
3.2.物性参数
根据在定性温度，分别查询壳程和管程流体的有关物性数据。
有机物在69C下的有关物性数据如下：
密度ρ0=997㎏/ m3
定压比热容 Cp0=2.22 kJ/（kg.k）
导热系数λ0=0.16（W/m.k）
μ=0.6mPa·s
循环冷却水在25°C 下的有关物性数据如下： 密度 ρi=995.6 ㎏/ m3
定压比热容 cpi=4.18kJ/（kg.k ） 导热系数
λ
i=0.613 （W/m.k ）
粘度 μi=0.000801（Pa.s ）
4.换热器的工艺计算
4．1估算总传热系数
4．1.1热流量（忽略热损失）
H KJ S KJ m Q /1918080/8.5326078*
22.2*15t c 0p00==-==）（ =532.8kw 4．1．2平均传热温差（忽略热损失） c
97.4318603278ln )
1860()3278(2
1ln
21?=-----?????=-='t t t t t m
4．1. 3冷却水用量
h kg t c Q i pi i /49.32776)1832(*18.41918080
w 0=-=?=
=9.105kg/h
4．1．4估算总传热系数
① 管程传热系数
46
.124290.000801
6
.9955.002.0u Re =??=
=
i
i
i i d μρ 17113.6820.613
0.00080140800.0008016.9955.002.0020.0613.0023.0u d 023.04
.08.04
.08.0i i i i i i =?????=???
?
?????
?
???=）（）（i i pi i c d λμμρλα
② 壳程传热系数
先假设壳程传热系数α0=1500w/(m^2*℃)
污垢热阻为
R si =0.00017179m^2*℃/w R s0=0.00017179m^2*℃/w 管壁的导热系数k=45w/(m^2*℃)
39
.573)0.027*******.00225.045025.0025.00.020.0250.000171790.0001717915001/(1)1
/(
100000
=?+??+++=++++=i
i m i s d d kd bd d d Rsi
R K αα
4. 2 估算传热面积 m
t K Q S ?=0
' 13.2197
.4339.573532800
=?=
考虑到15%的面积裕度，S=S ’*15%=24.30
5．换热器的工艺结构尺寸设计
5.1管径和管内流速
选用mm 5.225?φ的碳钢管，管内流速取μ=0.5m/s 。
5.2管程数和传热管数
依
据
传
热
管
内
径
流速确定单程传热管数：
9682.95*5.0*785.0997/15u 4
02
.02
2
i ≈==
=
d i s V n π
按单程管计算，所需的传热管的管长度为：m 3m 2.396
025.014.33
.24s
0=≈??=
=
n d S
L π
课程设计
02
由上面的计算结果可知，按单程管设计的话，传热管过长，应该采用多管程结构。现取传热管长l=6m ，则该换热器管程数为：
1005.516
025.014.330
.240s =≈??=
=
L
d S
n π
管内流速为：
s m V d i /923.0*52*785.06.995/15n 4
u 02
.02
2
i ==
=
π
5.3传热管排列和分程方法
采用组合排列方法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距
025.1d t =,则
mm
3225.312525.1t ≈=?=
横过管束中心线的管数：
9
.1110019.119.1n c ===N
5.4.计算平均传热温差 平均传热温差校正系数
0588
.1153260
78=--=
R
2698.015781532=--=P 由R 和P 查“查化工原理课程设计指导图2-6(a)”得
98.0t =?φ
平均传热温差：
0906
.4397.4398.0t t m =?='
??=??m t φ
5.5.壳体内径
壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出之用。 采用多管程结构，取管的利用率η=0.7，则壳体的内径为：
mm
45018439.3927.0/10025.3105.1/t 05.1D =≈?==ηN
圆整可取D=450mm
5.6.折流板
安装折流板的目的是为了加大壳程流体的湍流速度，使湍流速度加剧，提高壳程流体的
对流传热系数。在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以流体横向穿过管束，增加流体速度，以增强传热，同时用以支撑管束、防止管束震动和管子弯曲的作用。弓形折流板简单，性能优良，在实际中最常用。本次设计采用弓型折流板。 ①圆缺高度
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的35%，则圆缺高度为： h=0.35*400=140mm
②折流板间距B=600mm
③折流板数
折流板数
916006000
N B =-=
5.7接管
壳程流体进出口接管：取接管内有机物流速u 1=1.5m/s ，则接管内径为：
11
40.14298V
d m u π=
=
圆整后可取内径为146mm 。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u 2=2.5m/s ，则接管内径为：
22
40.09894V
d m u π=
=
圆整后可取内径为102mm 。
5.7.计算壳程流通面积及流速
壳程流通截面积：
20.025(1)0.150.7(1)0.0230.032
o o d s BD m t =-
=?-= 壳程流体流速极其雷诺数分别为：
3600
o w
u s ρ
=?
51767.68/(36001053)
0.6/0.023m s ?==
0e c
0.0270.61053
379080.00045
c
eo u d R ρμ??=
=
=
5.8.计算管程流速
管内柴油流速： 1/i u m s =
雷诺数： 3
1995.60.02
248590.80110
i i
ei u d R ρμ
-??=
=
=? 6.换热器核算
6.1传热系数的校核
6.1．1．壳体对流传热系数0α
对圆缺形折流板，可用Kern 公式：
14
.003/155
.00
0)(
Pr Re 36
.0w
e
d μμλα= 当量直径：
m d d t d e 020.0025
.014.3)025.0414.3032.023(4)423(
4220202=??-??=-=
ππ 壳程流通截面积：
2
000590625.0032.0025.0145.06.01B S m t d D =??? ??-??=??? ??-=
壳程流体流速及雷诺数分别为：
s
V u /m 2547.0S 0
0==
6340
Re 00==
μ
ρ
u d e
普朗特数：
325
.86
.10106.0102.22Pr 33=???==
-λ
μ
Cp
壳程对流传热系数：
1)(
14
.0≈w
μμ
(
)
C
m W de
W
??=???
? ??=214
.03
155
.00
0/89.733Pr Re 36
.0μ
μλ
α
（2）管程对流传热系数 管程流通截面积：
S i =0.785*(0.022)*(96-12)/2=0.026376m 2 管程流体流速：
136
.115090006.06.9953468.002.0Re /m 3468.002637.06.9953600
/32776S W 2
2
i i i =??==
=?==
μρρi i i du s u
管程给热系数i
α ()
C
m W c i d i
d i pi i i
i ??=
???
?
?
???????=???
?
?
?==-24
.03
3
8.04
.08.04.0
8
.0/58242.24676138.010801.01018.4136.1150902.06138.0023.0Re 023.0Pr
Re 023
.0λμλλ
α
（3）传热系数
）（C m /W 43.575)0.022572.83025
.00225.045025.0025.00.020.0250.000171790.0001717911.10931/(1)1
/(
10200000
?=?+??+++=++++=i
i m i s d d kd bd d d Rsi
R K αα
（4）传热面积
2305.2197
.4343.575108.532S m t K Q m =??=?= 2t i p 47.24LN d S m ==π
该换热器的面积裕度为： H=（（Sp-S ）/S ）*100%=16.247% 该换热器能够完成生产任务。
换热器内流体的流动阻力{ TC "换热器内流体的流动阻力" \f C \l "2" } （1）管程流体阻力换热器压降的计算 p s t i N N F p p p )(21?+?=?
21,p p ??——为直管及回管中因摩擦阻力引起的压强降；
t F ——结垢校正因数，量纲为1，对mm mm 5.225?=Φ的管子，取1.4；
p N ——管程数 s N 串联的壳程数 Re=11509.136 传热管粗糙度
为：0.01/20=0.0005 查莫迪图得 019.0=i λ
Pa u d l p i i 125.3412
)3468.0(2.995*02.06*019.022
21=?==?ρλ
Pa u p i 864.1792
)3468.0(9973232
2
2=??==?ρ p s t i N N F p p p )(21?+?=∑=（341.125+179.864）×1.4×1×
2=0.014587mPa<0.1mPa
(2)壳程压降
s s N F p p p
)('2'10
?+?=?∑
'1p ?——流体横过管束的压强降(Pa);
'
2p ?——流体通过折流板缺口的压强降(Pa);
s F ——壳程压强降的结垢结垢校正因数，量纲为1，液体可取1.15。
2
)
1(20
0'
1
u N n Ff p B c ρ+=?
F
——管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0.5
0f ——壳程流体的摩擦系数，当Re>500时,228
.00
0Re 5-=f ;
b ——横过管束中心线的管子数; B N ——折流挡板数;
h ——折流挡板间距(m);
0u ——按壳程流通截面积计算的流速(m/s);
6793.063405Re 5228
.0228.000=?==--）（f
Pa
u N b Ff p B 67.11082
)2547.0(997)19(5714.05.02
)
1(2
20
0'1
=??+??=+=?ρ
Pa
u D h N p B 583.12142
)2547.0(997)45.06.025.3(92
)
25.3(2
2
'2
=??-?=-=?ρ
s s N F p p p
)('
2'10
?+?=?∑
= (1108.675+1214.583) Pa
=2323.258Pa <0.1mPa 结论：壳程流动阻力也比较适宜。
7、换热器设计结果一览表
换热器型式：固定管板式 换热器面积（㎡）：41.12 工艺参数 名称 管程 壳程 物料名称 循环水 某有机液体 操作压力，MPa 0.02169 0.005447 操作温度，℃ 15/32 78/60 流量，kg/s
9.105
15
流体密度，kg/3m 995.6 997 流速，m/s 0.3468
0.2547
传热量，kw 573.39 总传热系数，w/㎡·k 532.8
对流传热系数，w/㎡·k 2457.644 1093.1134 污垢系数，㎡·k/w 0.00017179 0.00017179 阻力将，Pa 2276.29 9024.38 程数 2 1 使用材料 碳钢 碳钢 管子规格 Φ225?.5 管数 126 管长，mm 6000
管间距，mm 32
排列方式 正三角形 折流板形式 上下(共9个) 间距 32mm 壳体内径/mm
2758
切口高度
140mm
三、安排管路和选择合适的离心泵
1．管径初选
s /m 009145.06
.995105
.9105.9312
2====ρm v m q q s
kg q
初取水合适流速 u=0.6m/s 21201542.06
.06.995105
.9m u q A m l =?==
ρ
mm 9.2012019.014
.3032
.0444
2==?=
=
?=
m A d d A l
l l l π
π
由于201.9mm 不是标准管径，因此确定d=203mm 壁厚6mm 的热轧无缝钢管：
s
m A q u l m /3193.0191.04
6.995105.92
12=??==πρ 符合经济流速范围
故确定：s m u /3193.0= d=191mm 壁厚6mm 2.压头He
在水槽液面及压力表处列柏努利方程
f e a H g
u z g p H g p ++?+=+22
2ρρ
取mm 15.0=ε，
00224.0/=d ε，
1659
.231709100.801/5663.12.6.995125.0Re 3=???==-μρu d l 查图得
0280.0=λ
局部阻力： 底阀一个
标准90°弯头3个 球心阀1个（全开）
8.5=ξ
375.0?=ξ
4.6=ξ
另外：突然减小ξ=0.5，突然增大ξ=1.0
故 65.180.15.85.04.6375.0=++++?=?ξ 换热器压降 Pa p t 21693.91=?
m
g g u d l H t f 6664.181
.96.9951458781.923193
.065.18191.0515028.022
2=?+????? ??++?=??+??? ??∑+=ρξλm H g
u z g p p H f
a 798.106664.181
.923193.0881.96.9951100022
2
2=+?++?=++?+-=∴ρ h
m s m uA q l v /92.32/00914.0191.04
3193.0332==??
==π
对泵的压头安全系数取1.1
，=1.1?10.798=11.878m
对流量的安全系数取1.4，q ve =1.4?32.92=46.088h m /3 3.泵的选择
因为是输送河水，并且根据v q 和He 以及IS 型离心泵系列特性曲线可以选用清水泵，由以上数据查表得取泵：IS100-65-200 其参数为： 离心泵的型号规格
型号
转速 n/(r/mi n)
流量
扬程 /m
效率 %/η
功率 必需气蚀量 （NPSH ）r /m 质量（泵/底座）/kg
m 3
/h
L/s
轴功率 电机功率 IS100- 65-200
1450
50
13.9
12.5
73
2.33
4
2 81/64
7.管路选择203mm×6mm的钢管，至少
使用下列零件：底阀1个；标准90°弯
头3个；球心阀1个。
8.由于计算所得有效压头为10.788m，
（安全压头为11.878m）；有效流量为32.92m3/h（安全流量为46.088 m3/h），根据离心泵特性曲线和工作点，选取型号为IS100-65-250的离心泵。
四、主要符号说明
P——压力，Pa ; Q——传热速率，W；
R——热阻，㎡·K/W； Re——雷诺准数；
S——传热面积，㎡； t——冷流体温度，℃；T——热流体温度，℃； u——流速，m/s;
q——质量流速，㎏/h; h——表面传热系数W/(㎡·K);
m
?——有限差值；λ——导热系数，W/(m·K);
管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器 结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重 新计算。计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18设计条件数据
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
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计(论文)外文资料翻译 原文题目：Effectively Design Shell-and-Tube Heat Exchangers 原文来源：Chemical Engineering Progress February 1998 文章译名：管壳式换热器的优化设计 姓名：xxx 学号：62021703xx 指导教师(职称)：王成刚（副教授） 专业：过程装备与控制工程 班级：03班 所在学院：机电学部
管壳式换热器的优化设计 为了充分利用换热器设计软件，我们需要了解管壳式换热器的分类、换热器组件、换热管布局、挡板、压降和平均温差。 管壳式换热器的热设计是通过复杂的计算机软件完成的。然而，为了有效使用该软件，需要很好地了解换热器设计的基本原则。 本文介绍了传热设计的基础，涵盖的主题有：管壳式换热器组件、管壳式换热器的结构和使用范围、传热设计所需的数据、管程设计、壳程设计、换热管布局、挡板、壳程压降和平均温差。关于换热器管程和壳程的热传导和压力降的基本方程已众所周知。在这里，我们将专注于换热器优化设计中的相关应用。后续文章是关于管壳式换热器设计的前沿课题，例如管程和壳程流体的分配、多壳程的使用、重复设计以及浪费等预计将在下一期介绍。 管壳式换热器组件 至关重要的是，设计者对管壳式换热器功能有良好的工作特性的认知，以及它们如何影响换热设计。管壳式换热器的主要组成部分有：壳体 封头 换热管 管箱 管箱盖 管板 折流板 接管 其他组成部分包括拉杆和定距管、隔板、防冲挡板、纵向挡板、密封圈、支座和地基等。 管式换热器制造商协会标准详细介绍了这些不同的组成部分。 管壳式换热器可分为三个部分：前端封头、壳体和后端封头。图1举例了各种结构可能的命名。换热器用字母编码描述三个部分，例如，BFL 型换热器有一个阀盖，双通的有纵向挡板的壳程和固定的管程后端封头。根据结构
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 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)
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是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和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、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和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，以获得粗糙的表面和扩展表面；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）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）和管外空间（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间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，
%物性参数 % 有机液体取69度 p1=997; cp1=2220; mu1=0.0006; num1=0.16; % 水取30度 p2=995.7; mu2=0.0008; cp2=4174; num2=0.62; %操作参数 % 有机物 qm1=18;%-----------有机物流量-------------- dt1=78; dt2=60; % 水 t1=23; t2=37;%----------自选----------- %系标准选择 dd=0.4;%内径 ntc=15;%中心排管数 dn=2;%管程数 n=164;%管数 dd0=0.002;%管粗 d0=0.019;%管外径 l=0.025;%管心距 dl=3;%换热管长度 s=0.0145;%管程流通面积 da=28.4;%换热面积 fie=0.98;%温差修正系数----------根据R和P查表------------ B=0.4;%挡板间距-----------------自选-------------- %预选计算 dq=qm1*cp1*(dt1-dt2); dtm=((dt1-t2)-(dt2-t1))/(log((dt1-t2)/(dt2-t1))); R=(dt1-dt2)/(t2-t1); P=(t2-t1)/(dt1-t1); %管程流速 qm2=dq/cp2/(t2-t1); ui=qm2/(s*p2);
%管程给热系数计算 rei=(d0-2*dd0)*ui*p2/mu2; pri=cp2*mu2/num2; ai=0.023*(num2/(d0-2*dd0))*rei^0.8*pri^0.4; %管壳给热系数计算 %采用正三角形排列 Apie=B*dd*(1-d0/l);%最大截流面积 u0=qm1/p1/Apie; de=4*(sqrt(3)/2*l^2-pi/4*d0^2)/(pi*d0);%当量直径 re0=de*u0*p1/mu1; pr0=cp1*mu1/num1; if re0>=2000 a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; else a0=0.5*re0^0.507*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; end %K计算 K=1/(1/ai*d0/(d0-2*dd0)+1/a0+2.6*10^(-5)+3.4*10^-5+dd0/45.4); %A Aj=dq/(K*dtm*fie); disp('K=') disp(K); disp('A/A计='); disp(da/Aj); %计算管程压降 ed=0.00001/(d0-2*dd0); num=0.008; err=100; for i=0:5000 err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10); berr=err/(1/sqrt(num)); if berr<0.01 break; else num=num+num*0.01;
1．设计题目及设计参数 (1) 1.1设计题目：满液式蒸发器 (1) 1.2设计参数： (1) 2设计计算 (1) 2.1热力计算 (1) 2.1.1制冷剂的流量 (1) 2.1.2冷媒水流量 (1) 2.2传热计算 (2) 2.2.1选管 (2) 2.2.2污垢热阻确定 (2) 2.2.3管内换热系数的计算 (2) 2.2.4管外换热系数的计算 (3) 2.2.5传热系数 K计算 (3) 2.2.6传热面积和管长确定 (4) 2.3流动阻力计算 (4) 3．结构计算 (5) 3.1换热管布置设计 (5) 3.2壳体设计计算 (5) 3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5) 3.4零部件结构尺寸设计 (6) 3.4.1管板尺寸设计 (6) 3.4.2端盖 (6) 3.4.3分程隔板 (7) 3.4.4支座 (7) 3.4.5支撑板与拉杆 (7) 3.4.6垫片的选取 (7) 3.4.7螺栓 (8) 3.4.8连接管 (9) 4．换热器总体结构讨论分析 (10) 5．设计心得体会 (10) 6．参考文献 (10)
1．设计题目及设计参数 1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数： 蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22； 蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃， 冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1 t " =7℃。 2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ， P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg m 04427.0v 3 1=，kg m v 3 400078.0= 图2-1 R22的lgP-h 图 制冷剂流量s kg s kg h h Q q m 667 .0250 4051054 10=-= -= 2.1.2冷媒水流量 水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3 ,c p =4.192KJ/(Kg ·K)
标准系列化管壳式换热器的设计计算步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）计算传热量，并确定第二种流体的流量 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取经验传热系数 （7）计算传热面积 （8）查换热器标准系列，获取其基本参数 （9）校核传热系数，包括管程、壳程对流给热系数的计算。假如核算的K与原选的经验值相差不大，就不再进行校核。若相差较大，则需重复（6）以下步骤 （10）校核有效平均温度差 （11）校核传热面积 （12）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 非标准系列化列管式换热器的设计计算步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）计算传热量，并确定第二种流体的流量 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管内流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍（9）选取管长 （10）计算管数 （11）校核管内流速，确定管程数 （12）画出排管图，确定壳径和壳程挡板形式及数量等 （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。 甲苯立式管壳式冷凝器的设计（标准系列） 一、设计任务 1.处理能力： 2.376×104t/a正戊烷； 2.设备形式：立式列管式冷凝器。 二、操作条件 1.正戊烷：冷凝温度51.7℃，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器； 2.冷却介质：为井水，流量70000kg/h，入口温度32℃； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.每天按330天，每天按24小时连续运行。 三、设计要求 选择适宜的列管式换热器并进行核算。 附：正戊烷立式管壳式冷却器的设计——工艺计算书（标准系列）
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
管壳式换热器传热设计说明书 设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程（表压），壳程压力为（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。 2、设计计算过程： （1）热力计算 1)原始数据： 过冷却水进口温度t1′=145℃； 过冷却水出口温度t1〞=45℃； 过冷却水工作压力P1=（表压） 冷水流量G1=80000kg/h； 冷却水进口温度t2′=20℃； 冷却水出口温度t2〞=50℃； 冷却水工作压力P2= Mp a（表压）。改为冷却水工作压力P2= Mp 2)定性温度及物性参数： 冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃； 冷却水的密度查物性表得ρ2= kg/m3； 冷却水的比热查物性表得C p2= kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2= W/m.℃ 冷却水的粘度μ2=×10－6 Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得P r2=； 过冷水的定性温度℃； 过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3； 过冷水的比热查物性表得C p1=kg.℃； 过冷水的导热系数查物性表得λ1=m.℃； 过冷水的普朗特数查物性表得P r2； 过冷水的粘度μ1=×10－6 Pa·s。 过冷水的工作压力P1= Mp a（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为η=； 设计传热量： 过冷却水流量： ； 4)有效平均温差 逆流平均温差：
根据式（3-20）计算参数p、R: 参数P： 参数R： 换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=； 有效平均温差： 5)管程换热系数计算： 附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃； 初选传热面积： m2； 选用φ25×无缝钢管作换热管； 管子外径d0=m； 管子内径d i=×=0.02 m； 管子长度取为l=3 m； 管子总数： 取720根管程流通截面积： m2 管程流速： m/s 管程雷诺数： 湍流管程传热系数：（式3-33c） 6)结构初步设计： 布管方式见图所示: 管间距s=0.032m（按GB151,取）； 管束中心排管的管数按所给的公式确定： 取20根；
1前言 (1) 1.1概述 (1) 1.1.1换热器的类型 (1) 1.1.2换热器 (1) 1.2设计的目的与意义 (2) 1.3管壳式换热器的发展史 (2) 1.4管壳式换热器的国内外概况 (3) 1.5壳层强化传热 (3) 1.6管层强化传热 (3) 1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4) 1.8设计思路、方法 (5) 1.8.1换热器管形的设计 (5) 1.8.2换热器管径的设计 (5) 1.8.3换热管排列方式的设计 (5) 1.8.4 管、壳程分程设计 (5) 1.8.5折流板的结构设计 (5) 1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6) 1.9 选材方法 (6) 1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)
1.9.2 流径的选择 (8) 1.9.3流速的选择 (9) 1.9.4材质的选择 (9) 1.9.5 管程结构 (9) 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11) 2.1 管径 (11) 2.2管子数n (11) 2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11) 2.4换热器壳体直径的确定 (11) 2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11) 3换热器封头的选择及校核 (14) 4容器法兰的选择 (15) 5管板 (16) 5.1管板结构尺寸 (16) 5.2管板与壳体的连接 (16) 5.3管板厚度 (16) 6管子拉脱力的计算 (18) 7计算是否安装膨胀节 (20) 8折流板设计 (22)
9开孔补强 (25) 10支座 (27) 10.1群座的设计 (27) 10.2基础环设计 (29) 10.3地角圈的设计 (30) 符号说明 (32) 参考文献 (34) 小结 (35)
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。
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011～2012学年第2 学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作部门： 一、课程设计题目 管壳式换热器的设计 二、课程设计内容 1．管壳式换热器的结构设计 包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器 法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 （1）根据设计压力初定壁厚； （2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力； （3）计算是否安装膨胀节； （4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。 3. 筒体和支座水压试验应力校核 4. 支座结构设计及强度校核 包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 6. 编写设计说明书一份 7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。 三、设计条件 （1）气体工作压力 管程：半水煤气（1、0.80MPa；2、0.82 MPa；3、0.85Mpa；4、0.88 MPa ；5、0.90 MPa）壳程：变换气（1、0.75MPa；2、0.78 MPa；3、0.80Mpa；4、0.84 MPa ；5、0.85 MPa）（2）壳、管壁温差50℃，t t＞t s 壳程介质温度为320-450℃，管程介质温度为280-420℃。 （3）由工艺计算求得换热面积为120m2，每组增加10 m2。
（4）壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。 （5）壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ=0.9 （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。 四、进度安排 制图地点：暂定CC405 五、基本要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制； 3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔； 4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。 5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
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
管壳式换热器课程设计 一、管壳式换热器的介绍 管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范 围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型 高效率紧凑式换热器。管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、 管板、折流板；如图1－1所示。根据它的结构特点，可分为固定管板式、 浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。 二、换热器的设计 2.1设计参数 参数名称壳程管程 设计压力（MPa） 2.6 1.7 操作压力（MPa） 2.2 1.0/0.9（进口/出口） 设计温度（℃） 250 75
操作温度（℃） 220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口) 流量（Kg/h） 40000 选定 物料（-）石脑油冷却水 程数（个） 1 2 腐蚀余度（mm） 3 - 2.2设计任务 1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核 2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。 3.设计装配图和重要的零件图。 2.3热工设计 2.3.1基本参数计算 2.3.1.1估算传热面积 -=220-45=175 -=175-25=150 因为,所以采用对数平均温度差 算术平均温度差：= P= R= 查温差修正系数表得 因此平均有效温差为0.82 放热量 考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：
取热损失系数,则冷流体吸收的热量： 由可的水流量： ==31372.8 这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积： =16.55 2.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数 选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。从而查《换热器设计手 册》表1-2-7，即下表 公称直径管程数管子根数中心排管管程流通换热面积换热管长 换热管排列规格及排列形式： 换热管外径壁厚：d=50mm 排列形式：正三角形 管间距： =32mm 折流板间距： 2.1.1.3实际换热面积计算 实际换热面积按下式计算 2.2计算总传热系数，校核传热面积 总传热系数的计算 式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)； ——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；
课程设计 设计题目：管壳式水-水换热器 姓名 院系 专业 年级 学号 指导教师 年月日
目录 1前言 (1) 2课程设计任务书 (2) 3课程设计说明书 (3) 3.1确定设计方案 (3) 3.1.1选择换热器的类型 (3) 3.1.2流动空间及流速的确定 (3) 3.2确定物性数据 (3) 3.3换热器热力计算 (4) 3.3.1热流量 (4) 3.3.2平均传热温度差 (4) 3.3.3循环冷却水用量 (4) 3.3.4总传热系数K (5) 3.3.4计算传热面积 (6) 3.4工艺结构尺寸 (6) 3.4.1管径和管内流速 (6) 3.4.2管程数和传热管数 (6) 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (7) 3.4.4传热管排列和分程方法 (7) 3.4.5壳体内径 (7) 3.4.6折流板 (8) 3.4.7接管 (8) 3.5换热器核算 (8) 3.5.1热量核算 (8) 3.5.2换热器内流体的流动阻力 (12) 3 .6换热器主要结构尺寸、计算结果 (13) 3.7换热器示意图、管子草图、折流板图 (14) 4设计总结 (15) 5参考文献 (16)
1前言 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，成为热交换器。热交换器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预测器，电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、给水加热器、冷水塔；冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气和煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是热交换器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用热交换器的场合更是不胜枚举。在航空航天工业中，为了及时取出发动机及辅助动力装置在运行时产生的大量热量；热交换器也是不可或缺的重要部件。 根据热交换器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有： （1）满足工艺过程所提出的要求。热交换强度高，热损失少。在有利的平均温度下工作。 （2）要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠。 （3）设备紧凑。这对大型企业，航空航天、新能源开发和余热回收装置更有重要意义。 （4）保证低的流动阻力，以减少热交换器的消耗。 管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器。它包括:固定管板式换热器、U 型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。
TEMA规格的管壳式换热器设计原则 ——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》 设计中的一般考虑 流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的
某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。 清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。 假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。 对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。 换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。 建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。一般此标准的最新版每3年出版发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。 列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途” *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版 3种建造标准的机械设计要求都是一样的。各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。 TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。 API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。 *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版 换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。 管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/9e10480108.html, 免费下载
化工原理课程设计 题目：列管式换热器设计 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015 年-2016 年学年第1 学期
目录 设计任务书3 前言4 一．工艺说明及流程示意图5 1. 工艺流程5 酒精的工艺流程5 冷却流程图5 白酒加工工艺流程5 冷却流程5 2. 工艺说明6 流体流入空间的选择6 出口温度的确定(含算法程序)6 流速的选择7 计算平均温差8 二．流程及方案的论证与确定8 1. 设计方案的论证8 2. 确定设计方案及流程 8 选择物料8 确定两流体的进出口温度9 确定流程9 换热器类型的选择 9 三．设计计算及说明9 1. 流体物性的确定9 水的物性9 无水乙醇的物性9 2. 初步确定换热器的类型和尺寸9 计算两流体的平均温度差9 计算热负荷和冷却水流量10 传热面积10 选择管子尺寸11 计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径11根据管长和壳体直径的比值,确定管程数12 3. 核算压强降12 管程压强降12 壳程压强降12 4. 核算总传热面积14 管程对流传热系数α014 壳程对流传热系数αi14 污垢热阻15
总传热系数K’15 传热面积安全系数 15 壁温的计算15 4. 7 偏转角的计算 (15) 四．设计结果概要表16 五．对设计的评价及问题的讨论17 1.对设计的评价 (17) 2.问题的讨论 (17) 六．参考文献18 七．致谢 八．附录：固定管板式换热器的结构图、花板布置图 设计任务书 设计题目：列管式换热器设计。 设计任务：将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度。 /d； 三、设计条件：1．处理能力G = 学生学号最后2位数×300 t 物料 2．冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为20～30℃；加热器用热水或水蒸汽为热源，条件自选。
一、课程设计题目 管壳式换热器的设计 二、课程设计内容 1．管壳式换热器的结构设计 包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表 接管选择、工艺接管管径计算等等。 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 （1）根据设计压力初定壁厚； （2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力； （3）计算是否安装膨胀节； （4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。 3. 筒体和支座水压试验应力校核 4. 支座结构设计及强度校核 包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 6. 编写设计说明书一份 7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。 三、设计条件 气体工作压力 管程：半水煤气0.75MPa 壳程：变换气 0.68 MPa 壳、管壁温差55℃，t t ＞t s 壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。 由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。 四、基本要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制； 3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔； 4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。 5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。 五、设计安排
内容化工设备设 计的基本知 识管壳式换热 器的设计计 算 管壳式换热 器结构设计 管壳式换热器 设计制图 设计说明书的 撰写 设计人李海鹏 吴彦晨 王宜高 六、说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质； （3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）换热器装配图 （2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 （4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等 5.壳体、封头壁厚设计 （1）筒体、封头及支座壁厚设计； （2）焊接接头设计； （3）压力试验验算； 6.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 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.主要参考资料。 【格式要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；