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“食品工程原理”课程设计
设计题目：列管式换热器的设计
班级：
姓名：
学号：
指导教师：蒋玉梅李霁昕
设计时间：2013.07.02—2013.07.16
目录
工程原理课程设计任务书 (3)
（一）概述及设计方案简介 (5)
1、概述 (5)
2、设计方案简介 (10)
（二）工艺及设备设计计算 (10)
1 、确定物性数据 (10)
2、计算总传热系数 (11)
3、传热面积的计算 (12)
4、工艺结构尺寸 (12)
5、换热器核算 (13)
（三）辅助设备的计算域选型 (16)
（四）设计结果汇总表 (16)
（五）设计评估 (17)
（六）参考资料 (17)
（七）主要符号说明 (17)
化工原理课程设计任务书
甘肃农业大学食品科学与工程学院
一、化工原理课程设计的重要性
化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后，进一步学习
工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用化工原理和相关先修课程的知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。
二、课程设计的基本内容和程序
化工原理课程设计的基本内容有：
设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。
工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物料流量、主要测量点。
主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。
编写设计说明书：可按照以下几步进行：
⒈课程设计准备工作
①有关生产过程的资料；
②设计所涉及物料的物性参数；
③在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法；
④设备设计的规范及实际参考图等。
⒉确定设计方案
⒊工艺设计计算
⒋结构设计
⒌工艺设计说明书
⑴封面：课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。
⑵目录
⑶设计任务书
⑷概述与设计方案的简介
⑸设计条件及主要物性参数表
⑹工艺设计计算
⑺辅助设备的计算及选型
⑻设计结果汇总表
⑼设计评述
⑽工艺流程图及设备工艺条件图
⑾参考资料
⑿主要符号说明
以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。
三、列管式换热器设计内容
1. 确定设计方案
（1）选择换热器的类型；（2）流程安排
2. 确定物性参数
（1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数
3. 估算传热面积
（1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量
4. 工艺结构尺寸
（1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程方法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管5. 换热器核算
（1）传热能力核算；（2）壁温核算；（3）换热器内流体的流动阻力
四、设计任务和操作条件
某任务要求用水冷却精馏塔的釜残液，冷却介质选用井水。釜残液为腐蚀性有机液体，流量为2.16×104kg/h，温度由102℃冷却到40℃，釜残液在平均温度下的物性数据如下：
附表
物性参
数密度
kg/m3
比热
kJ/(k g·℃)
粘度
P a·s
热导率
kJ/(m·℃)
数值986 4.19 0.000540.662
五、主要设备结构图（示例）
根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。
六、设计进度
1. 设计动员，下达设计任务书 0.5天；
2. 搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天；
3. 设计计算（包括电算，编写说明书草稿）2-3天；
4. 绘图1天；
5. 整理，抄写说明书 1天；
6. 设计小结及答辩 1天。
七、设计成绩评分体系
考核成绩分为五档：优秀（90-100分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（＜60分）。
评定方法：答辩成绩占25% ，设备图占30% ，说明书占35%，平时成绩占10%。任课教师分别评分，总评成绩取任课教师的平均分。
（一）概述及设计方案简介
1、概述：
在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。在一般化工厂的建设中，换热器约占总投资的11﹪。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20﹪。若按工艺设备重量统计，换热器在石油、化工装置中约占40﹪左右。
随着化工、石油、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。
换热器的类型很多，特点各异，分类方法也不尽相同。若按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。按其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式、和翅片管式等。若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式，蓄热式和间壁式三类，列管式换热器时间比式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。
列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整，目前有很多国家中都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑性、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结果简单、你傲骨、耐用，适应性强，操作弹性较大，成本较低等优点，因而仍有化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备，也是各种换热器的主要类型。
1959年我国制定了第一个列管式换热器的标准系列（TH2-59）,后来又根据换热器技术的发展不断加以完善，制定出了新的标准系列，如JB1145-73,JB1146-73等，并完成了相应的标准施工图。这既大大的减少了设计部门的设计工作量，而又有利于制造部门的专业分工和写作，能更好的组织批量生产，提高产品质量，降低生产成本。同时也增加了零部件的互换性，便于设备的检修和维护。在工程设计中，应尽量采用列管式换热器的标准系列。但有时由于标准系列的规格限制，不能满足化工设计中的特殊要求，这就需要自主进行设备的结构设计。
1.1列管式换热器的选用原则、步骤、内容与计算
1.1.1列管式换热器的选用原则与步骤
1.列管式换热器的选用原则
（1）满足生产工艺要求
所选用的换热器，一定能完成换热任务（或称热负荷）。换热任务是由生产条件决定的，是生产上需要流体温度变化在单位时间内吸收或放出的热量。他的具体数值，可有流体热流量平衡方程，极冷流体的吸热速率火热流体的放热速率来计算。其实，换热任务就是对换热器换热能力的要求。所以，所选用的换热器能付满足工艺要求，取决于它的换热能力。这种换热能力，是在操作条件下换热器所能实现的换热速率，式换热器本身的特性。他的具体数值，可有总传热速率方程（Q=KA）来计算。对一个满足工艺要求的换热器，其传热速率（换热能力）应大于生产热负荷（换热任务）。
在机械强度，抗蚀、耐压能力等方面，所选用的换热器都应满足工艺要求。（2）操作、维护、检修方便
（3）经济上合理
在换热器选型和操作工艺的参数的确定中，要有技术经济的观点，尽可能的节
能、省材，是操作费用和设备费用处于一个较合理的范围内。
（4）保证生产安全
在工艺流程和操作中，若有爆炸、燃烧、中毒等危险性，则要考虑必要的安全措施。对设备材料强度的验算，除应有一定的安全系数外，还应考虑防止由于设备压力突然升高或造成真空，而需要安装安全阀等措施。
2、列管式换热器的选用步骤
（1）了解生产任务、工艺特点和基本数据
①冷、热流体的流量，进、出口温度，操作压力；
②冷、热流体的已知物性参数；
③冷、热流体的工艺特点，包括腐蚀性、悬浮物含量、有无相变等。
（2）确定流体流动途径（流程），确定换热器类型
（3）进行选择设备型号的有关计算
①计算两流体的定性温度，在此温度下查取流体的有关物性参数，如密度、粘度、比热容、导热系数等；
②根据生产换热任务计算热负荷；
③计算对数平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则决定壳程数；
④根据总传热系数K值的经验数值范围，初步选定总传热系数K值；
⑤根据总传热速率方程，由初选的K值，计算出传热面积，由此在换热器系列标准中初步选出合适的设备型号；
⑥计算管程、壳程压力降。根据初选的换热器型号，计算两流体的流速和压力降，检查计算结果是否合理或是否满足工艺要求。若压力降不符合要求，则要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或另选一种规格的换热器，再重新计算压力降，直至满足要求为止；
⑦核算总传热系数。分别计算管程、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，计算总传热系数，并与开始初选的总传热系数进行比较，如果相差较多，则要再次设定总传热系数，重复以上计算步骤，直至接近为止；
⑧计算传热面积。根据核算后的K值与总传热速率方程，求出完成换热任务所需的换热面积A，再与所选换热器的实际面积A′进行比较，一般A′/A=1.15～1.25，以留一定的裕量。
以上选型计算是一个反复试算的过程，带有一定试差的性质。
1.列管式换热器类型的选择
列管式换热器的主要类型有固定管板式、浮头式和U形管式三种，也是目前最广泛使用的类型。三种类型的换热器在国内已有系列标准，所以应尽量从系列标准中选取。究竟选取那种类型的换热器，主要考虑到冷、热流体的温度差，清洗、维护和检修的方便性，成本的高低等因素，在比较三种换热器的特点、弊端基础上，综合考虑后再确定某一类型。
2.流体流动途径的选择
在列管式换热器中，那种流体流经管程，哪一种流体流经壳程，关系到设备使用是否合理的问题。一般可以下列原则进行选择。
（1）不洁净和易结垢的流体，对直管管束，一般应流经管程，这样便于清洗。如用作冷却水的井水或江河水，一般硬度高或有悬浮物，易结垢或沉积，所以应流经管程。管内流体流速应维持高速，也可避免悬浮颗粒的沉寂。但对于U形管式列管换热器，由于管内不便清洗，所以不洁浄的流体应进入壳程。
（2）需要提高流速以增大对流产热系数应流经管程，因为管程易采用多程以增
大流速。
（3）有腐蚀性的流体应流经管程，以避免管束和壳体同时被腐蚀，这样壳体及管外空间的其他零部件都可用便宜的材料。
（4）压力高的流体应流经管程。因为管子直径小，耐压能力好，以避免采用高压外壳和高压密封。
（5）饱和蒸汽宜流经壳程，以便及时排除冷凝液，且蒸汽较清洁，对清洗无要求。
（6）需冷却的流体宜流经壳程，便与散热，增强冷却效果。
（7）粘度大或流量较小的流体宜流经壳程。这样，流体在有挡板的壳程中流动时，可在低雷诺数（Re>100）下即可达到湍流，有利于提高对流传热系数。
上述原则往往不能同时兼顾，有时甚至相互矛盾。所以应只对具体情况进行具体分析，抓住主要矛盾，做出合理选择。
3.流体流速的选择
流体在壳程或管程中的流速，不仅影响对流传热系数的大小，而且也影响垢层热阻，影响流体流动阻力，影响经济合理性。比如增加流速，对流传热系数会增大，同时也减少了污垢在管子壁面沉积的可能性，降低了垢层热阻，从而K值提高，所需传热面积减小，设备投资费用也减小。但随着流速增加，流体阻力会很快增加，动力消耗】增大，操作费用增加。而流速过低，对流传热系数减小，垢层沉积严重，热阻增加，对传热不利。所以适宜的流速要通过经济换算才能确定。一般所选择的流速，应尽可能避免在层流下流动。
2、设计方案简介
2.1选择换热器的类型
因为我们要冷却的材料是釜残液，流体压力不大，管程与壳层温度差较大，初步确定为浮头式换热器。
2.2 流体流动空间及流速的确定
由于釜残液较水有腐蚀性，而管子及管箱用耐腐蚀材料造价低,故应使釜残液走管程，冷却水走壳程。
考虑到要进行冷却的是釜残液，所以选用不锈钢材质的管。
综上所述，选用浮头式换热器，选用Ф25 mm ×2.5 mm 的不锈钢管，管内流速取u= 0.8m/s.
（二）工艺及设备设计计算
一、 确定设计方案
1、选择换热器的类型
假设井水的出口温度为40℃。
两流体温度的变化情况：热流体釜残液进口温度102℃，出口温度40℃8； 冷流体井水进口温度20℃，出口温度40℃。 考虑冷热流体温差大，管壁温度及壳体温度之差较大，初步选定使用浮头式换热器。
2、 流程安排
由于釜残液为腐蚀性有机液体，故釜残液走管程，以避免管束和壳体同时被腐蚀，这种壳体及管外空间的其他零件都可用较便宜的材料，冷却水走壳程。
二、确定物性参数
1、 定性温度
对于粘度低的流体，定性温度可以取流体进出口温度的平均值。
管程流体进水的定性温度T=（20℃+40℃）/2=30℃；
壳程流体油脂的定性温度t=（102℃+40℃）/2=71℃。
2、 定性温度下的物性参数
1、计算热负荷和冷却水用量
Q=m s1c p1(T 1-T 2)=21600×4190×(102-40)/3600=1558680w
忽略换热器的热损失，冷却水用量
W i =m Δt pi c Q =)
2040(10174.4360015586803-???=67216.6745kg/h 2、计算量流体的平均温度差
先按理想逆流传热温度差计算如下：
Δt m ′ =T t ln ΔT -Δt =20
4040102ln )2040()40102(-----=37.1℃， 再按单壳程、双管程进行计算，对逆流传热温度差Δt m ′进行校正，
P=1112t T t t --=20
1022040--=0.24
R=
1221t t T T --=20
4040102--=3.1， 由P 与R 值，查温度差系数校正表，得温度差校正系数Ψ=0.85>0.8,可行。 校正后传热温度差为Δt m =Ψ×Δt m ′=31.535℃。
3、初选换热器类型与型号
根据两流体的具体情况，初步选定总传热系数K 值为800 W/m 2?K，则所需传热面积为 A=m
Δt K Q =1558680/(500×31.535)=61.78 m 2
取管内釜残液的流速u=0.8 m/s
换热器换热管选用规格为?25 mm ×2.5 mm 普通无缝钢管，管内径为0.02 m ，于是，单程管根数 n=u d V i ??24
π=36008.002.0785.0986/216002???≈20（根） 按4管程计，则需换热器总管数为4×20=80根。这样，在换热器系列标准中，
3、
核算总传热系数K 值 (1)计算管程对流体热系数α1
该型号换热器总管数为120根，由于是4管程，所以管程的流通截面积S 1
S i =4πd i 2p
N N =4π×0.022×4120=0.0163 m 2 ； 这样，管内釜残液的实际流速
U 1=1
13600/S v =0163.0)9863600/(21600?=0.37 m/s 雷诺数：Re 1=1
111μρd u =31054.0986015.037.0-???=10133.89 普朗特数：Pr 1=1
λu c p =662.01054.01019.43
3-???=3.42； 管程流体传热系数
α1=0.0231
1d λRe 0.8Pr 0.4
=0.023×
015
.0662.0×10133.890.8×3.420.4=2659 w/m 2 ?K (2)计算壳程流体对流传热系数α0
α0=0.36e d 1λRe 00.55Pr 1/3(w u u )0.14 取换热器列管中心距t=32 mm
流体通过管间的最大截面积，即壳程流通截面积为
S o =hD （1-t d 0）=0.15×0.6×（1-032
.0019.0）=0.0366 m 2； 壳程流体流速：u 0=o
o S v 3600/=0366.0)7.9953600/(6745.67216?=0.51 m/s ； 当量直径：d e =0
202)d 423(
4d t ππ-=019.0)019.04032.023(422??-??ππ=0.04 m 雷诺数：Re o =0
00μρu d e =31080.07.99551.004.0-???=25390.36； 普朗特数：Pr o =0
λu c p =617.01080.010174.43
-3???=5.41； 由于壳程流体被加热，所以取粘度校正（
w μμ）0.14=1.05，于是壳程流体的对流传热系数为
则αo =0.36×04
.0617.0×12060.420.55×5.411/3×1.05=2782 w/m 2 ?K (3) 污垢热阻
管程与壳程污垢热阻分别取
R si =0.00017(m 2.k)/w R so =0.00017(m 2.k)/w
4、核算总传热系列K 值
管壁热阻可忽略时，以管外表面积为准，总传热系数K 0为
K 0=o
so i o si i i o R d d R d d αα11+++=819 w/m 2?K 。 5、核算传热面积A 0
按核算后所得的总传热系数K 0值计算，则完成换热任务所需传热面积A 0为 A 0=m 0Δt K Q =535
.318191558680?=60.35 m 2； 而该型号换热器的实际传热面积A 为
A=πd o lN T =π×0.025×6×368=173.42 m ；
从传热面积的核算中也可知，所选换热器是可用的。换热面积的裕度为 H=
A A A 0-=00002.6510042.17335.6042.173=?- 6、核算压力降
因为管程和壳程都有压力降的要求，所以要对管程和壳程的压力降进行核算。
（1）管程压力降计算的通式为
∑Δp i =(Δp i +Δp r )N s N p
式中，壳程数N s =1；每壳程的管程数N p =4 Re 1=i i i i d u μρ=3
1054.0986015.037.0-???=10133.89 可知管程流体呈湍流状态。
每程直管的压降Δp i =λ2
2ρu d l i ，每程局部阻力引起的压降Δp r =22∑ρξu ≈2
32ρu 。 由柏拉修斯公式λi =25.0Re 3164.0得λi =25
.089.101333164.0=0.032； 流速u=0.37 m/s ，密度ρ=986 kg/m 3，则：
Δp i =λ2
2ρu d l i =0.032×015.06×298637.02?=319.6 Pa ； Δp r =22∑ρξu ≈232ρu =2
98637.032??=202.5 Pa 。 总阻力Δp t =(Δp i +Δp r )N s N p =（319.6+202.5）×1×4=2088.4<50000Pa ，
管程流体阻力在允许范围之内。
（2）计算壳程压力降
Δp s =(Δp 1+Δp 2)F s N s
由于壳程流体为液体，壳程结垢校正系数F s =1.15；流体横向通过管
束的阻力损失Δp 1=Ff o n c (N B +1)
22o o u ρ；流体通过折流挡板缺口的阻力损失Δp 2=N B （3.5-D h 2）2
2o o u ρ；壳程数N s =1 Δp 1=Ff o n c (N B +1)22o o u ρ中管子为正三角形排列，管子排列方法对压力
降的校正系数F=0.5；折流挡板数N B =L/H -1=39,；壳程流体的摩擦系
数因为Re o >500，f o =228.0Re 0.5o
；管束中心线上的管束因正方形排列n c ≈1.12336819.1==T N 。
壳程流通截面积A 0=h(D-n c d 0)=0.15×(0.6-23×0.019)=0.024 m 2
u o =0
3600/A v o =024.0)7.9953600/(6745.67216?=0.78 m/s ； Δp 1=Ff o n c (N B +1)22
o o u ρ=0.5×228.036.253900.5×1.19368×（39+1）×
278.07.9952
?=68469 Pa ；
Δp 2=N B （3.5-D B 2）22
o o u ρ=39×（3.5-6.015.02?）×278.07.9952?=35438 Pa 。 总阻力Δp s =(Δp 1+Δp 2)F s N s =（68469+35438）×0.4×1=41562.8 Pa<50000 Pa
壳程流体阻力范围在允许范围之内
(五）设计评述
该换热器是专为冷却油脂设计的，严格按照国家及行业标准设计。
这是我第一次做该类设计，虽然努力依照标准设计但许多地方仍不太明确，且没有任何实际经验，漏洞在所难免。
通过此次设计课程，我学到了许多理论课中所学不到的知识。开始时一团雾水的我，经过一周的资料搜集和研读才开始设计工作，中途对数据进行了数次调整，同学们互相帮助与鼓励，终于在今天完成了这次任务。
虽然过程是艰辛的，但成功的喜悦远大于痛苦。这次刻骨铭心的经历必会对我未来产生深远的影响。
(六）参考资料
[1]李云飞,葛克山.中国农业大学出版社.《食品工程原理》.第二版.
(七）主要符号说明
英文字母
B ——折流板间距，m； N
——管程数；
p
C ——系数，无量纲； Nu ——努塞尔特准数；
——热流量；kJ/h
d ——管径，m； Q
i
D ——换热管外壳内径，m P ——压力，Pa；因数
f ——摩擦系数； Pr ——普兰特准数；
F ——系数； R ——热阻，(2
m·℃) / W；
h ——圆缺高度，m； Re——雷诺准数；
K ——总传热系数，w/ m2℃； S ——传热面积，m2；
L ——管长，m； t ——冷流体温度，℃；
M ——程数 T ——热流体温度，℃；
——折流板数 u ——流速，m/s；
N
B
n——指数、单程管数。 W ——质量流量，kg/s；
c
希腊字母
α——对流传热系数，w/m2℃；?——有限差值；
λ——导热系数，w/m2℃；ρ——密度，kg/3m；μ——粘度，Pa·s；?——校正系数。
下标
c ——冷流体； h ——热流体；
i ——管内； m ——平均；
o ——管外； s ——污垢。
设计任务书 1、设计题目：年处理量为4400吨桃浆蒸发器装置的设计； 试设计一套三效并流加料的蒸发器装置，要求将固形物含量10%的桃浆溶液浓缩到42%，原料液沸点进料。第一效蒸发器的饱和蒸汽温度为103℃，冷凝器的绝对压强为20kPa。 2、操作条件： （1）桃浆固形物含量：入口含量10%，出口含量42%； （2）加热介质：温度为103℃的饱和蒸汽，各效的冷凝液均在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （3）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务： （1）设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （4）蒸发器的主要结构尺寸设计。 （3）绘制蒸发装置的流程图，并编写设计说明书。
目录 设计任务书 (1) 第1章绪论 (3) 1.1蒸发技术概况 (3) 1.1.1蒸发 (3) 1.1.2发生条件 (3) 1.1.3蒸发的两个基本过程 (3) 1.1.4影响因素 (3) 1.1.5影响蒸发的主要因素 (4) 1.2蒸发设备 (4) 1.2.1蒸发器 (4) 1.2.2蒸发器分类 (4) 1.2.3蒸发器的特点 (5) 1.3蒸发操作的分类 (7) 1.4蒸发在工业生产中的应用 (8) 第2章设计方案 (9) 2.1蒸发器的选择 (9) 2.2蒸发流程的选择 (9) 2.3操作条件 (10) 第3章蒸发器的工艺计算 (11) 3.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (11) 3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度 (11) 3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发器水量的初步计算 (13) 3.4蒸发器传热面积的估算 (14) 3.5有效温差的分配 (15) 3.6校正 (15) 3.7设计结果一览表 (17) 符号说明 (18) 参考文献 (20) 结束语 (21)
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计班级：09化工 设计者：陈跃 学号：20907051006 设计时间：2012年5月20 指导老师：崔秀云
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 .................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 .................................................................. - 10 - 2.蛇管式换热器 ........................................................................... - 11 - 3.套管式换热器 ........................................................................... - 11 - 1.3换热器材质的选择 .................................................................. - 11 - 1.4管板式换热器的优点 .............................................................. - 13 - 1.5列管式换热器的结构 .............................................................. - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理............................................ - 16 - 1.7确定设计方案.......................................................................... - 17 - 2.1设计参数................................................................................. - 18 - 2.2计算总传热系数...................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸.......................................................................... - 19 - 2.4换热器核算 ............................................................................. - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
——大学《化工原理》列管式换热器 课程设计说明书 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：年月日
目录 一、化工原理课程设计任务书............................................................................ . (2) 二、确定设计方案............................................................................ (3) 1.选择换热器的类型 2.管程安排 三、确定物性数据............................................................................ (4) 四、估算传热面积............................................................................ (5) 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量 五、工艺结构尺寸............................................................................ (6) 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体内径 6.折流挡板 (7) 7.其他附件 8.接管 六、换热器核算............................................................................ . (8) 1.热流量核算 2.壁温计算 (10) 3.换热器内流体的流动阻力 七、结构设计............................................................................ . (13) 1.浮头管板及钩圈法兰结构设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱结构设计 4.固定端管板结构设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.外头盖结构设计 7.垫片选择
列管式换热器的设计计算 晨怡热管2008-9-49:49:33 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (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，而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。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2.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。 3.流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4.管子的规格和排列方法 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 φ25×2.5mm及φ19×mm两种规格的管子。 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。系列标准中也采用这四种管长。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)。 如前所述，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，如第
.. . .. . . 食品工程原理课程设计说明书 题目：日产量72吨浓缩橙汁的初步设计 年级：2014级 学院：农学院 专业：食品1404班 指导老师: 苑博华 成员：吴悠
目录 第一章前言 1.1 选题的意义 (4) 1.2 立题的意义 (4) 1.3厂址的选择 (4) 第二章设计方案简介 2.1 选题 (5) 2.2 设计拟定工作容 (5) 第三章工艺设计 3.1工艺流程图 (6) 3.2工艺操作要求 (7) 第四章设计计算 4.1 物料衡算 (8) 4.1.1 各流程物料衡算 (8) 4.1.2 调配衡算 (9) 4.1.3 设备选型 (10) 4.2 管路设计计算及泵的选型 4.2.1选管 (11) 4.2.2选泵 (11) 第五章设计评述 (13) 第六章参考文献 (14)
第一章前言 1 . 1选题的意义 橙子是世界上栽培最广、经济价值最高的橙子类水果，成熟后变成黄色果肉酸甜适度，汁多，富有香气，是生产饮料的重要原料。橙子营养丰富，含有丰富的维生素C、钙、磷、钾、β-胡萝卜素、柠檬酸、皮甙以及醛、醇、烯等物质，常常食用可以强化免疫系统，抑制肿瘤细胞生长，明显减少胆结石的发生，增强毛细管韧性，减少人体体的胆固醇吸收，降低血脂，深受人们喜爱。由于橙子出汁率高，有良好的风味，营养丰富，经过加工可制成酸甜可口的橙子饮料，既可以保留其大部分的营养成分和风味物质，又可以增加其附加价值，为农民的创收提供帮助。 1 . 2立题的意义 作为食品专业的学生，通过本次果蔬汁加工工艺学设计，我们已初步通过学习掌握果汁加工原料的质构与加工特性、果汁加工工艺、果汁加工设备、果汁在加工生产过程中常见的质量问题、果汁加工中物料衡算及管路设计等相关基本知识。参考果蔬汁现代生产加工相关文献，我们设计日产72吨橙子生产线，在设计过程中选择橙汁加工中合理的工艺流程，选择合适的加工设备，为实际生产加工橙子提供一定的用途。 1 . 3厂址的选择 橙汁工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近，厂址在城市外围，原材料产地附近的郊区，有利于销售，便于辅助材料和包装
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
食品工程原理课程设计 ---管壳式冷凝器设计
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 (4) 冷凝器的造型计算 (6) 核算安全系数 (8) 管壳式冷凝器零部件的设计 (10) 设计概要表 (12) 主要符号表 (13) 主体设备结构图 (14) 设计评论及讨论 (14) 参考文献 (15)
（一）食品科学与工程设计任务书 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制冷剂(如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=1700KW； 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，取进水温度为26~28℃； 4、传热面积安全系数5～15%。 四、设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 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；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、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或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。
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 题目：食品工程原理课程设计 班级：食工1002班 姓名：张国秀 学号： 2010309200212 日期： 指导老师：
列管式换热器设计任务书 一、设计题目：列管式换热器的设计 二、设计任务及操作条件 1、处理能力：6000㎏/h 2、设备形式：列管式换热器 3、操作条件 ①油：进口温度140℃，出口温度40℃； ②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃； ③允许压强降：不超过107 Pa； 4、确定物性数据： 定性温度:可取流体进出口温度的平均值。 壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃ 管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3 比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃) 黏度μ0=0.000715Pa·s 导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3 比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃) 黏度μi=0.000725Pa·s 导热系数λi=0.626W/(m·℃) 5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。
目录 第一节概述及设计方案简介 (5) 1 概述 (5) 1.1 换热器 (5) 1.2换热器的选择 (5) 1.3 流动空间的选择 (7) 1.4 流速的确定 (7) 1.5 材质的选择 (7) 1.6 管程结构 (8) 1.7 壳程结构 (9) 1.8 壳程接管 (10) 2 设计方案 (10) 3 主要符号参考说明 (11) 第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12) 2.1 计算传热系数 (12) 2.1.1 计算管程对流传热系数 (12) 2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12) 2.1.3 计算总传热系数 (12)
化工原理课程设计说明书列管式换热器的选用和设计
目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数 5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢
1化工原理课程设计任务书 欲用自来水将2.3万吨/年的异丁烯从300℃冷却至90℃，冷水进、出口温度分别为25℃和90℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于100kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。 名称水异丁烯 密度 996 12 比热 4.08 130 导热系数 0.668 0.037 粘度 0.37×10^-3 13×10^-3 2.概述与设计方案简介 换热器的类型 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
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。
酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 2013 级石油化工生产技术专业 题目：列管式换热器设计 毕业时间： 2015年7月 学生姓名：陈泽功刘升衡李侠虎 指导教师：王钰 班级： 13级石化（3）班 2015 年 4月20日 酒泉职业技术学院 2013 届各专业 毕业论文（设计）成绩评定表
答辩小 组评价 意见及 评分 成绩：签字（盖章）年月日 教学系 毕业实 践环节 指导小 组意见 签字（盖章）年月日 学院毕 业实践 环节指 导委员 会审核 意见 签字（盖章）年月日 一、列管式换热器计任务书 某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为2.23×104 kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。 已知： 有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 定压比热容℃ 热导率℃
粘度 循环水在35℃下的物性数据： 密度 定压比热容K 热导率K 粘度 二、确定设计方案 （1）选择换热器的类型 （2）两流体温的变化情况： 热流体进口温度102℃出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，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，因此初步确定选用浮头式换热器。 （3）管程安排 从两物流的操作压力看，应使有机料液走管程，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，混和气体走壳程。 三、确定物性数据 定性温度：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。故壳程混和气体的定性温度为 T= =71℃ 管程流体的定性温度为 t=℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对有机料液来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度
（封面） XXXXXXX学院 列管式换热器课程设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日 目录
1、设计题目（任务书） (2) 2、流程示意图 (3) 3、流程及方案的说明和论证 (3) 4、换热器的设计计算及说明 (4) 5、主体设备结构图 (10) 6、设计结果概要表 (11) 7、设计评价及讨论 (12) 8、参考文献 (12) 附图：主体设备结构图和花版设计图 一．任务书
（一）设计题目： 列管式冷却器设计 （二）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 （三）设计条件： 1.处理能力：G=学号最后2位×300t物料/d； 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20~30C；加热器用热水或水蒸气为热源，条件自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.传热面积安全系数5～15％ 5.每年按330天计，每天24小时连续运行。 （四）设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择合宜的列管换热器并运行核算； 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构（3号图纸）、花板布置图（3号图纸）； 7.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；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。） （五）设计进度安排： 备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码。专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。 二．流程示意图
食品工程原理 课程设计说明书 任务名称：蒸发器的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间： 成绩:
目录 1、设计说明书 (2) 2、设计方案的确定 (3) 3、方案说明 (4) 4、物料衡算 (5) 5、热量衡算 (5) 6、工艺尺寸计算 (9) 7、附属设备尺寸计算 (15) 8、主要技术参数 (17) 9、计算结果汇总 (17) 10、设备流程及装备图 (18) 11、参考文献 (21)
设计说明书 一、题目: 蒸发器的设计 设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。已知进料浓度为%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 MPa 二、原始数据： 1、原料：浓度为%的番茄酱 2、产品：浓度为28%的番茄酱 3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力 5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度 三、设计要求内容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、 传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制
四．设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图 设计方案的确定 1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便 于清洗和更换。这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。 2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸 点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。 3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力。 4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （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 l （9）选取管长 N （10）计算管数 T （11）校核管流速，确定管程数 D和壳程挡板形式及数量等 （12）画出排管图，确定壳径 i （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。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
食品工程原理课程设计说明书 列管式换热器的设计 姓名： 学号： 班级： 年月日
目录 一、设计任务和设计条件 (3) 1、设计题目 (3) 2、设计条件 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计意义 (6) 三、主要参数说明 (6) 四、设计方案简介 (9) 1、选择换热器的类型 (9) 2、管程安排 (9) 3、流向的选择 (10) 4、确定物性系数据 (10) 五、试算和初选换热器的规格 (11) 1、热流量 (11) 2、冷却水量 (11) 3、计算两流体的平均温度差 (11) 4、总传热系数 (11) 六、工艺结构设计 (12) 1、计算传热面积 (12) 2、管径和管内流速 (12) 3、管程数和传热管数 (12) 4、平均传热温差校正及壳程数 (13) 5、传热管排列和分程方法 (14) 6、壳体内径 (14) 7、折流板 (14) 8、接管 (15) 9、热量核算 (15) 10、换热器主要结构尺寸和计算结果如下表： (20) 七、参考文献 (21) 八、浮头式换热器装配图 (22)
一、设计任务和设计条件 1、设计题目 列管式换热器设计 2、设计条件 ①设计内容 设计内容某生产过程中，需将6400kg/h的牛奶从140℃冷却至50℃，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20℃，出口温度为40℃。允许压降不大于105Pa。试设计一台列管式换热器并进行核算。 牛奶定性温度下的物性数据： 密度1040kgm-3；黏度 1.103*10-4Pas；定压比热容2.11kJ/(kg ℃)；热导率0.14W/(m ℃) 完成 日期 年月日 ②设计要求 序 号 设计内容要求 1 工艺计算热量衡算，确定物性数据，计算换热面积
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。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他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，