换热器计算思考题

换热器思考题

1. 什么叫顺流？什么叫逆流（P3）？

2.热交换器设计计算的主要内容有那些（P6）？

3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么（P7）？

4. 流体在热交换器内流动，以平行流为例分析其温度变化特征（P9）？

5. 热交换器中流体在有横向混合、无横向混合、一次错流时的简化表示（P20）？

6. 在换热器热计算中, 平均温差法和传热单元法各有什么特点（P25、26）?

什么是温度交叉，它有什么危害，如何避免（P38、76）？

7．管壳式换热器的主要部件分类与代号（P42）？

8．管壳式换热器中的折流板的作用是什么，折流板的间距过大或过小有什么不利之处（P49～

50）？

9管壳式换热器中管程与壳程中流体的速度有什么差异（P292）？

10．板式换热器有什么优点（P125～127）？

11．板翅式换热器的一次传热面、二次传热面、翅片效率、翅片壁面总效率（P146、147～150）

12．比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？

13．翅片管换热器中的翅片对传热与流体的影响有那些（P160～163）？

14．热管换热器的工作原理有什么优点（P178～179）？

15．热管换热器中的工质回流方式有那些（P180～181）？

16．冷水塔的工作原理（P214～216）？

17 .举例说明如何强化换热器的换热效率。

18. 举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施？

19.强化传热系数的原则是什么?

20.什么是有源强化换热(主动式强化换热)和无源强化换热(被动式强化换热)?

21.怎样使用试验数据, 用威尔逊图解法求解传热过程分热阻?

换热器计算思考题及参考答案

1、对于q m1c 1≥q m2c 2，q m1c 1

体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向和q m c 的相对大小。

解：逆流时：

顺流时：

2、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？

q m1c 1≥q m2c 2 q m1c 1

(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低的；(4)压力大与小的；(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。

答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；

(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。

3、为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著c 试分析原因。

答：冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。

4、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。

答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。

4、为了简化工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况的主次矛盾。

答：⑴通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。⑵房屋外墙内表面的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合,两者所起作用相当,因对流换热计算简便,将辐射的因素折算在对流换热系数中较方便些。⑶锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热,由于火焰温度高达1000℃以上,辐射换热量很大,而炉膛烟气流速很小,对流换热相对较小,所以一般忽略对流换热部分,而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。

5、试述平均温差法(LMTD法)和效能─传热单元数法(ε-NTU法)在换热器传热计算中各自的特点?

答：LMTD法和ε-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数φΔt的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度,有助于流动形式的选择,这是ε-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较ε-NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知,则ε-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简便得多。

6、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?

答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热组较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。

1.室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？

（增大外表面的传热面积，加剧空气的湍动。因为外表面的对流传热热阻为控制热阻。）2.保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？

（首先，保温瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失；其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，大幅度降低了辐射散热量；第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留一段空气柱，因为空气的导热系数比水要小得多，从而有效地降低了瓶口处的热损失。）

3.空气在钢管内流动，管外用水蒸汽冷凝，请问钢管的壁温接近空气的温度还是水蒸汽的

温度？假设管壁清洁，没有污垢。

4.房间内装有一空调，使空气温度稳定在20℃，问人在房间内，冬天感觉较冷还是夏天感

觉较冷？为什么？

冬天感觉较冷。因为人在房间里散失的热量包括两个方面：其一为人和空气的自然对流引起的热损失；其二为人和墙壁的辐射热损失。不管冬天还是夏天，自然对流引起的热损失

基本不变，但辐射热损失会变化。设T2为墙壁温度，

]

)

100

(

)

100

[(4

2

4

1

1

1

2

1

T

T

A

C

Q-

=

-

ε

,显

然，冬天T2较小，Q1-2就较大，总的热损失增大，人就感觉较冷。

5.冷水与热水通过间壁换热器换热,现冷水的流量增大,但保持其它进口条件不变,则传热平

均推动力Δtm及传热速率Q的变化为_____。 (A)Δtm增大、Q增大;(B)Δtm变化趋势不定、Q增大; (C)Δtm增大、Q不变;(D)Δtm下降、Q下降。[q m2↑, t1, T1、q m1不变，Δt m及Ｑ变化？]

分析：Q=q

m1c

p1

(T

1

-T

2

)=q

m2

c

p2

(t

1

-t

2

)=KAΔtm

C

R =[( q m1c

p

)

1

]/( q m2c

p

)

2

↓,NTU=(KA)/( q m1c

p

)

1

↑

ε↑，ε=(T

1-T

2

)/(T

1

-t

1

),T

2

↓→Q↑

Q↑,K↑→Δt

m

不定。

1.冷热流体进行对流传热,冷流体一侧的对流传热系数α1为100W/m

2.k,热流体一侧的对流

传热系数α

2

等于1000W/m2.k,总传热系数K接近哪一侧的对流传热系数α值,要提高K,应提高哪一侧的α值?___________。

（A）接近α

1，提高α

2

； B.接近α

2

，提高α

1

；

C. 接近α

1，提高α

1

； D.接近α

2

，提高α

2

。

2.换热器中冷热流体一般为逆流流动,这主要是为了__________。

（A）提高传热系数; B.减少冷却剂用量；

C. 提高对数平均温度差；

D.减小流动阻力。

3.在蒸汽-空气间壁换热过程中，为了强化传热，下列方案中最有效的是____________。

A. 提高空气流速

B. 在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。

C. 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度

D.提高蒸汽流速

4.在设计列管式换热器中，设置折流挡板，用以提高____流体的

传热膜系数，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸

汽应在____流动。

Ａ.管程 B. 壳程Ｃ.管程或壳程均可

5.已知钢质圆管（外半径为r1）外两层不等厚（b1

的温度分布曲线如图示，则Ａ层导热系数______Ｂ层导热系

数。

Ａ.大于Ｂ. 小于Ｃ. 等于

6.在换热器设计的过程中欲增大一卧式冷凝器的传热面积,从有

利于传热的角度出发宜采取的措施________。

Ａ.增大管径Ｂ.在垂直列上增加管数；

Ｃ.增加管长或增加水平方向的管子数

7.当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法中哪一个是错误的

____________。

（A）逆流时，△tm一定大于并流、错流或折流时的△tm;

（B）采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量；

（C）采用逆流操作可以减少所需的传热面积；

（D）温差修正系数ψ的大小反映了流体流向接近逆流的程度。

板式换热器选型计算书

目录 1、目录 1 2、选型公式 2 3、选型实例一（水－水） 3 4、选型实例二（汽－水） 4 5、选型实例三（油－水） 5 6、选型实例四（麦芽汁－水） 6 7、附表一（空调采暖，水－水）7 8、附表二（空调采暖，汽－水）8 9、附表三（卫生热水，水－水）9 10、附表四（卫生热水，汽－水）10 11、附表五（散热片采暖，水－水）11 12、附表六（散热片采暖，汽－水）12

板式换热器选型计算 1、选型公式 a 、热负荷计算公式：Q=cm Δt 其中：Q=热负荷（kcal/h ）、c —介质比热（Kcal/ Kg.℃）、m —介质质量流量（Kg/h ）、Δt —介质进出口温差（℃）（注：m 、Δt 、c 为同侧参数） ※水的比热为1.0 Kcal/ Kg.℃ b 、换热面积计算公式：A=Q/K.Δt m 其中：A —换热面积（m 2）、K —传热系数（Kcal/ m 2.℃） Δt m —对数平均温差 注：Ｋ值按经验取值（流速越大，Ｋ值越大。水侧板间流速一般在0.2～0.8m/s 时可按上表取值，汽侧 板间流速一般在15m/s 以时可按上表取值） Δt max - Δt min T1 Δt max Δt min Δt max 为（T1-T2’）和（T1’-T2）之较大值 Δt min 为（T1-T2’）和（T1’-T2）之较小值 T T1’ c 、板间流速计算公式： T2 其中V —板间流速（m/s ）、q----体积流量（注意单位转换，m 3/h – m 3/s ）、 A S —单通道截面积（具体见下表）、n —流道数 2、板式换热器整机技术参数表： 计压力1.0Mpa 、垫片材质EPDM 、总换热面积为9 m 2 板式换热器。 注：以上选型计算方法适用于本公司生产的板式换热器。 选型实例一（卫生热水用：水-水） Ln Δt m =

浮头式换热器设计

浮头式换热器1；浮头式换热器设计概述 2；浮头式换热器国外研究现状和发展趋势3；设计研究技术路线和目标 4；研究容和拟解决的关键问题 5；计划安排和预期成果 6；参考文献

成人高等教育 毕业设计（论文） 题目_________________________________ _________________________________ 学生_________________________________ 联系 指导教师_________________________________ 评阅人_________________________________ 教学站点_________________________________ 专业_________________________________ 完成日期_________________________________

成人高等教育毕业设计（论文）任务书 年月日

浮头式换热器的设计

摘要 本次设计的题目为浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗。在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，采用了2-4型，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数.压强校核.壳程压降.管程压降的计算。设计的后半部分则是关于结构和强度的设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备各零部件（如壳体. 折流板. 管箱固定管板.分程隔板.拉杆.进出口管.浮头箱.浮头.支座.法兰.补强圈）的设计， [关键词]换热器；浮头；管壳 工况： 一种浮头式换热器，它由壳体、换热管束、管板、浮头、外接管、法兰螺栓连接件、膨胀件等组成，其特点是壳体与换热管束之间可连接一个膨胀节，以消除热膨胀差，浮头直接与外接管相接，以减小流阻。膨胀节与法兰连接件全部在壳体外，安装和检修方便，该种浮头换热器结构简单、紧凑，流阻小，热效率高，便于检修，适用于换热介质之间温差大的工况，尤为适用石油、化工等高温高压的换热装置中。 目录

列管式换热器的设计计算

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

列管式换热器设计方案计算过程参考

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。

蒸汽换热器的选型计算

一换热器结构形式的选择 螺旋板式操作温度在300～400℃以下，整个换热器焊为一体，密封性良好螺旋板换热器直径在1.5m之内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm，两板间距5～25mm，可用普通钢板和不锈钢制造，目前广泛用于化工、轻工、食品等行业。其具有以下特点： (1)总传热系数高由于流体在螺旋形通道内受到惯性离心力的作用和定距柱的干扰，低雷诺数(Re=1400～1800)下即可达到湍流，允许流速大(液体为2m/s，气体为20m/s)，故传热系数大。 (2)不易结垢和堵塞由于流速较高且在螺旋形通道中流过，有自行冲刷作用，故流体中的悬浮物不易沉积下来。 (3)能利用低温热源由于流道长而且两流体可达到完全逆流，因而传热温差大，能充分利用温度较低的热源。 (4)结构紧凑由于板薄2～4mm，单位体积的传热面积可达到150～500m2/m3。 相对于螺旋板式换热器，板式换热器处理量小，受密封垫片材料性能的限制，其操作温度一般不能高于200℃，而且需要经常进行清洗,不适于用在蒸汽冷凝的场合。 综上原因，选择螺旋板式换热器作为蒸汽冷凝设备。 二大流量换热器选型参数 1 一次侧介质质量流量 按最大质量流量14t/h进行计算 2 饱和蒸汽压力 换热器饱和蒸汽入口处的最高压力在2.0MPa左右 3 饱和蒸汽温度 饱和蒸汽最高温度按照 214℃进行计算 3 温度t℃ 0 2 4 6 8 压力密度压力密度压力密度压力密度压力密度

4 一次侧（高温侧）、二次侧（低温侧）的进出口温度 热侧入口温度 T1=214℃ 热侧出口温度 T2=50℃ 冷侧进口温度 t1=40℃ 冷侧出口温度 t2=60℃ 三 总传热量(单位:kW)计算 有相变传热过程计算公式为： )t -(t .)T -(T .r .122S c c h h h c q c q q Q =+= 其中r .h q 是饱和蒸汽凝结所放出的热量； )T -(T .2S h h c q 是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；)t -(t .12c c c q 是冷却水吸收的热量。 式中：Q ------换热量，KW h q ------饱和蒸汽的质量流量，Kg/s ，此处取14t/h 即3.89 Kg/s r ----------蒸汽的汽化潜热，KJ/Kg ，2.0MPa 、214℃条件下饱和蒸汽的气化潜热 值为890.0KJ/Kg S T ----------饱和蒸汽入口侧压力下水的饱和温度，在2.0MPa 时，水的饱和温度为 214℃

课程设计报告,列管式换热器设计

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，

浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)

目录 设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1 一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2 二、结构设计-------------------------------------------------------------5 1、管径及管长的选择---------------------------------------------------5 2、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------5 3、筒体内径确定-------------------------------------------------------5 4、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------6 5、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------7 6、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------7 7、外头盖结构设计-----------------------------------------------------8 8、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------8 9、管箱结构设计-------------------------------------------------------8 10、管箱结构设计------------------------------------------------------8 11、垫片选择----------------------------------------------------------9 12、折流板------------------------------------------------------------------------------------------9 13、支座选取----------------------------------------------------------10 14、拉杆的选择--------------------------------------------------------13 15、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------13 16、防冲板------------------------------------------------------------13 17、设备总长的确定----------------------------------------------------13 18、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------14 19、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14 三、强度计算--------------------------------------------------------------14 1、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------14 2、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------15 3、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------16 4、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------16 5、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------16 6、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------17 7、固定管板计算-------------------------------------------------------18 8、无折边球封头计算 --------------------------------------------------19 9、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20 四、设计汇总-----------------------------------------------------21 五、设计体会--------------------------------------------------------------21 参考文献--------------------------------------------------------------22

课程设计—列管式换热器

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)

列管式换热器设计

列管式换热器设计 第一节推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图。 2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。 5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。 7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。 8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。 9、核算Ｋ。 10、校核平均温度差D。 11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。

3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。 8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制换热器装配图 五、提出技术要求 六、编写设计说明书 第二节列管式换热器的工艺设计 一、换热终温的确定 换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。 为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据： 1、热端温差（大温差）不小于20℃。 2、冷端温差（小温差）不小于5℃。 3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。 二、平均温差的计算 设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。

板式换热器选型与计算方法

板式换热器选型与计算方法 板式换热器的选型与计算方法 板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）

在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 对数平均温差(LMTD) 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 逆流时： 并流时：

列管式换热器的设计

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）

换热器选型详解讲解

换热器选型详解 各种类型的换热器作为工艺过程必不可少的设备，如何根据不同的工艺生产流程和生产规模，设计出投资省、能耗低、传热效率高、维修方便的换热器是一项非常重要的工作。 换热器分类 按工艺功能分类 冷却器、加热器、再沸器、冷凝器、蒸发器、过热器、废热锅炉等。按传热方式和结构分类 间壁传递热量式和直接接触传递热量式，其中间壁传热式又分为管壳式、板式、管式、液膜式等其他形式的换热器。 从工艺功能选择换热器 冷却器 间壁式冷却器 ☆当传热量大时，可以选择传热面积和传热系数较大的板式换热器比较经济，但是板式换热器的使用温度一般不大于150℃，压降较大。 ☆对于压降和温度压力较高的情况，选用管壳式换热器较为合理。 ☆板翅式换热器由于翅片的作用，适用于气体物料的冷却，其使用温度一般也小于150℃。

☆空冷器适用于高温高压的工艺条件，其热物流出口温度要求比设计温度高15~20℃。 直接接触式冷却器 ☆适用于需要急速降低工艺物料的温度、伴随有吸收或除尘的工艺物料的冷却、大量热水的冷却和大量水蒸气的冷凝冷却等工况。 加热器 高温情况:当温度要求高达500℃以上时可选用蓄热式或直接火电加热等方式。 中温情况:对于150~300℃工况一般采用有机载热体作为加热介质。分为液相和气相两种。 低温情况:当温度小于150℃时首先考虑选用管壳式换热器，只有工艺物料的特性或者工艺条件特殊时，才考虑其他形式，例如热敏性物料加热多采用降膜式或波纹板式换热器。 再沸器 图1 四种再沸器类型

多采用管壳式换热器，分为强制循环式、热虹吸式和釜式再沸器三种。其设计温差一般选用20~50℃，单程蒸发率一般为10%~30%。

浮头式换热器强度计算书

软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999 DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名： PROJECT 设备位号： ITEM 设备名称：后锥形擦拭冷器 EQUIPMENT 图 号： 215321-00 DWG NO。 设计单位：ls有限公司 DESIGNER 设 计 Designed by 日期Date 校 核 Checked by 日期Date 审 核 Verified by 日期Date 批 准 Approved by 日期 Date 填函式换热器设备计算计算单位 ls有限公司 壳程设计压力 1.04 MPa 管程设计压力 0.80 MPa 壳程设计温度 150.00 ℃ 管程设计温度 90.00 ℃ 筒体公称直径 553.00mm 筒 填函式换热器筒体最小壁厚 8.00mm 体 筒体名义厚度 8.00mm 校核 合格 筒体法兰厚度 40.00 校核 合格 前端管箱筒体名义厚度 mm 前 校核 端 前端管箱封头名义厚度 mm 管 校核 箱 前端管箱法兰厚度 mm 校核 后端管箱筒体名义厚度 mm 后 校核 端 后端管箱封头名义厚度 mm 管 校核 箱 后端管箱法兰厚度 mm 校核 管 管板厚度 30.00 mm 板 校核 合格

填函式换热器管板计算 计算单位 ls有限公司 设 计 条 件 壳程设计压力 P s 1.04 MPa 管程设计压力 P t 0.80 MPa 壳程设计温度 t s 150.00 °C 管程设计温度 t t 90.00 °C 换热器公称直径 D i 553.00 mm 壳程腐蚀裕量 C s 1.00 mm 管程腐蚀裕量 C t 1.00 mm 换热管使用场合 一般场合 换热管与管板连接方式 ( 胀接或焊接)胀接,开槽 初始数据 材料(名称及类型) Q345R 板材 输入管板名义厚度 δn 30.00 mm 管 管板强度削弱系数μ 0.40 管板刚度削弱系数 η 0.40 隔板槽面积A d 7036.00 mm 2 换热管与管板胀接长度或焊脚高度 l 28.00 mm 设计温度下管板材料弹性模量 E p 194000.00 MPa 板 设计温度下管板材料许用应力 []σr t 183.00 MPa 许用拉脱力 []q 4.00 mm 壳程侧结构槽深 h 1 0.00 mm 管程侧隔板槽深 h 2 2.00 mm 材料名称 S30408 换热管外径 d 12.00 mm 换 换热管壁厚 δt 0.80 mm 换热管根数 n 200 根 热 换热管中心距 S 25.00 mm 换热管长 L t 1686.00 mm 管 换热管受压失稳当量长度 l cr 813.00 mm 设计温度下换热管材料弹性模量E t 186000.00 MPa 设计温度下换热管材料屈服点σs t 156.00 MPa 设计温度下换热管材料许用应力 []σt t 116.00 MPa 垫片外径 D o 590.00 mm 垫 垫片内径 D i 550.00 mm 垫片厚度 δg mm 片 垫片接触面宽度 ω mm 垫片压紧力作用中心园直径D G 574.00 mm 垫片材料 软垫片 压紧面形式 1a或1b

列管式换热器设计

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，

列管式换热器选型设计计算

第一部分列管式换热器选型设计计算 一．列管式换热器设计过程中的常见问题 换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修清洗方便等为考察原则。当这些原则相互矛盾时，应在首先满足基本要求的情况下再考虑一般原则。 1．流体流动空间的选择原则 （1）不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。 （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，可节省壳体金属消耗量。 （4）饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。（5）有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 （6）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。 （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，可以提高对流传热系数。 （8）对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。 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。2．流体流速的选择 根据管内湍流时对流传热系数αi∝u0.8，流速增大，则αi增大，同时污垢热阻R si 减小，利于传热，从而可减少传热面积，节约设备费用；但同时又使压降增大，加大了动力消耗，提高了操作费用。可见应全面分析权衡比较适宜的流速。 （1）所选流速要尽量使流体湍流，有利传热。 （2）所选流速应使管长或程数恰当。管子过长，不便于清洗管内污垢；而管子过短，管程数增加，使结构复杂化，传热温差减少，均会降低传热效果。 （3）粘度大的流体，流速应小些，可按滞流处理。 （4）高密度流体（液体），阻力消耗与传热速率相比一般较小，可适当提高流速。 在我们教材及换热器设计手册中均给了出一些经验数据，以供参考。 3．管子规格及排列情况 （1）管径选择：国内换热器系列标准件中管子规格为Φ25×2.5mm、Φ19×2mm，在再沸器中可采用Φ38×3mm。 （2）管长：以清洗方便和合理使用管材为原则，系列标准件中采用1.5m，2m，3 m和6m四种。 （3）管子排列方法 管子在管板上的排列方法有三种：正三角形，正方形直列和正方形错列（见化工原理下册，天大版，P256，图4-25）。 正三角形排列使用最普遍，在同一管板面积上可以排列较多传热管，管外流体搅动较大，对流传热系数较高，但相应阻力也较大，管间不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但传热系数较小；正方形错列介于上述两者之间，对流传热系数高于正方形直列。 （4）管中心距t 管子与管板采用胀管法连接t=(1.3-1.5)d o，管子与管板采用焊管法连接t=1.25d o，相邻两管外壁间距不应小于6mm。 4．折流挡板 前面已述常用的有圆缺形和盘环形挡板（见化工原理下册，天大版，P257，图4-27），而又以缺口面积为壳体内截面积25%的圆缺形折板用的最广泛。 折流挡板间距h：h=0.2~1D（壳内径），系列标准件中采用的板间距为：固定管板式有150、300、600mm三种，浮头式有150、200、300、480和600mm五种。 5．流体流动阻力

浮头式换热器设计

大学 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称浮头式换热器的设计 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2012 年06 月08 日

目录 1、设计方案................................................................................ 错误！未定义书签。 2、衡算........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.1确定设计方案 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.1.1换热器的类型.............................................................. 错误！未定义书签。 2.1.2 管程安排..................................................................... 错误！未定义书签。 2.2确定物性数据 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.3估算传热面积 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.1 热负荷......................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2 热流体用量................................................................. 错误！未定义书签。 2.3.3 平均传热温差......................................................... 错误！未定义书签。 2.3.4 初算传热面积............................................................. 错误！未定义书签。 2.4换热器工艺结构尺寸设计 ............................................... 错误！未定义书签。 2.4.1 管径和管内流速......................................................... 错误！未定义书签。 2.4.2管程数和传热管数..................................................... 错误！未定义书签。 2.4.3 平均传热温差校正..................................................... 错误！未定义书签。 2.4.4 传热管排列................................................................. 错误！未定义书签。 2.4.5 壳体直径..................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.6 折流板......................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.7接管............................................................................. 错误！未定义书签。 3、换热器核算............................................................................ 错误！未定义书签。 3.1传热面积校核.................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1管程传热膜系数.......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2 壳程传热膜系数......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3 总传热系数................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.4 传热面积校核............................................................. 错误！未定义书签。 3.2换热器内压降的核算...................................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 管程阻力..................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 壳程阻力..................................................................... 错误！未定义书签。 4、设备选型................................................................................ 错误！未定义书签。 4.1管子排列方式的选择 ....................................................... 错误！未定义书签。 4.2折流板的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。 4.3除污垢措施的选择 ........................................................... 错误！未定义书签。 4.4材料的选择 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5、附录及图表............................................................................ 错误！未定义书签。 6、设计总结................................................................................ 错误！未定义书签。 7、参考文献................................................................................ 错误！未定义书签。