一．设计内容
（1）设计计算列管式换热器的热负荷，传热面积，换热管，壳体，管板，隔板及等。
（2）绘制列管式换热器的装配图。
（3）编写课程设计说明书
确定设计方案
1.选择换热器类型
两流体温度变化情况：热流体(混合物料）进口温度170.25℃，出口温度85℃；冷流体（冷水）进口温度35℃，出口温度43℃，该换热器用循环冷却水冷却，因两流体的温度之差较大，（>50℃）因此初步确定选用浮头式换热器。
2.流程的安排
为使混合物料通过壳壁面向空气散热，提高冷却效果，应使冷却水走管程，混合物料走壳程。
确定物性数据
定性温度：对于水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故管程冷水的定性温度为
T=(T1+T2)/2=(35+43）/2=39(℃)
混合物料的定性温度T=(T1+T2)/2=(85.00+170.35）/2=127.68(℃)壳程混合物料在127.68℃下的有关物性数据如下
密度ρo=847.25㎏/m3
定压比热容c po=2.13K J/(㎏·℃)
热导率 k o=0.108W/(m·℃）
黏度μo=0.301×10-3Pa·s
估算换热面积
1.热流量依据公式Q=Wh*Cph(T1-T2)计算可得：
Wh=23.3943*(92.14*0.0457+106.17*0.0256+0.380+0.157+0.256)+1 04.14*0.106)=2390㎏/h
Q=2390/3600*2.13*1000*(170.35-85.00)=1.207*10^5W
2.平均传热温差先按纯逆流计算，依据下式得：
△t m’=
△t1-△t2
ln(△t1/△t2)
=(127.35-50)/ln(127.35/50)=82.73℃
3.计算R与P
R=（T1-T2）/(t2-t1)=(170.35-85)/(43-35)=10.67
P=(t2-t1)/(T1-t1)=(43-35)/(170.35-35)=0.059
查表￠△t=0.83
△t m=￠△t△t m’=0.83×82.73=68.67（℃）
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
4.传热面积设K=450W/(m2·K) 则估算的传热面积为
A P=Q/(K△t m)=1.207*10^5/(450*68.67）=3.906(m2)
5.冷却水用量依据下式得
Wc=Q/Cpc(t2-t1）=1.207*10^5/(4174*(43-35))=3.61(kg/s)
工艺结构尺寸
1.管径和管内流速选用Φ25×
2.5的碳钢管，管内流速取
u i=1m/s。
2. 管程数和传热管数 通过下式可依据传热管内径和流速确定单程传热管数
n s =
q v
π
4
d i 2u =3.61/992.3/(Π*0.25*0.02^2*1)=11.48≈12(根) 按单程管计算，所需的传热管长度为
L=A P
πd o n s
=3.906/(Π*0.025*12)=4.14(m) 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=3m,则该换热器的管程数为
N P =L
l
=4.14/3≈2(管程) 传热管总根数 N T =12×2=24根)
3.传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内按正三角
形排列，隔板两侧采用矩形排列。
取管心距t =1.25d o =,则t =1.25×25=31.25≈32(mm) 隔板中心到离其最近一排管中心距离按下式计算
s=t
2
+6=22(mm) 各层相邻管的管心距为44mm
每层各有传热管12根.
4.壳体内径 采用多管程结构，壳体内径按下式计算。取管板利用
率η=0.7，则壳体内径为
D=1.05t N T /η =1.05×32×(24/0.7)^0.5=196.7(mm) 按卷制壳体的进级挡，可取D=200mm 。
5.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体的
25%，则切去的圆缺高度为
h=0.25×200=50(mm)，故可取h=50mm 。
取折流板间距B=0.5D,则
B=0.5×200=100(mm)，可取B 为100mm 。
折流板数N B
N B =传热管长折流板间距
-1=2000/100-1=19(块） 6.其它附件 本换热器传热管外径为25mm,其拉杆直径为16mm ，共
有4根拉杆。
换热器核算
1.热流量核算
（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算，见下式
h o =0.36λ1d 1 R e o 0.55p r 1/3(ηηw
)
0.14
当量直径，依式得
d e =4( 3 2 t 2-π4 d o 2)πd o =4( 3 2 0.0322-π4
×0.0252)3.14×0.025 =0.020（m ）
壳程流通截面积，根据下式计算得：
S O =BD(1-d o t )=0.1×0.2×（1-0.025
0.032 ）=4.375×10-3（m 2）
壳程流体流速及其雷诺数分别为
u o =2390/(3600*847.25)/(4.375*10^-3)=0.179(m/s)
R eo =0.02*0.179*847.25/(0.301*10^-3)=10077(>500)
普朗特数
Pr=2.13*10^3*0.301*10^-3/0.108=5.94
h 0=0.36*0.108/0.02*10077^0.55*5.94^(1/3)*(0.301/0.67)^0.1
4=500.96[W/(m 2·K)］
(2)管内表面传热系数
h i =0.023λi d i
R e 0.8p r 0.4
管程流体流通截面积
S i =0.25*Π×0.022×24/2=3.77×10^-3m 2
管程流体流速
u i =3.61/992.3/(3.77*10^-3)=0.965(m/s) Re=0.02*0.965*992.3/(0.67*10^-3)=28584
普特常数
Pr=4.174*10^3*0.67*10^-3/0.633=4.42
h i =0.023×0.633/0.02×28584^0.8*4.42^0.4=4844［W/(m 2·K)］ （3）污垢热阻和管壁热阻
管外侧污垢热阻 R 0=1.7197×10-4 m 2·K /W 管内侧污垢热阻 R i =3.4394×10-4 m 2·K /W
管壁热阻 碳钢在该条件下的热导率为50 .58W/(m 2·K)。所以
R W =0.0025/50.58=4.50*10^-5 (m 2·K /W)
(4)传热系数Kc 依式有
Kc=1/(1
h 0
+R 0+
Rw d 0
d m
+
R i d 0
d i
+
d 0
h i d i
)=1/(1/500.96+1.7197×10-4+0.000045×
25
22.5
+3.4394×10-4
×2520 +1/4844×25
20
)=344.1［W/(m 2·K)］
(5) 传热面积裕度 根据下式可得计算传热面积Ac 为
Ac=1.207*10^5/(344.1*68.67)=5.11（m 2）
该换热器的实际传热面积A
A=πd 0LN T =Π×0.025×2×24=3.77（m 2）
该换热器的面积裕度按下式计算为
H=A-Ac Ac
×100%=(5.11-3.77)/3.77*100%=35.54% 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
换热器内流体的流动阻力
（1）管程流体阻力 依据下式可得
△p t =(△p i +△p r )NsNpFt Ns=1 Np=2 Ft=1.4
△p i =λi l d i ×ρu 2
2
由Re=28584，传热管相对粗糙度0.1/20=0.005，查图得λi =0.031，流速u=0.965m/s, ρ=992.3kg/m 3,所以
△p i =0.031×2/0.02×992.3*0.965^2/2=1432.28（Pa ） △p r =ξρu 2
2 =3×992.3*0.965^2/2=1386.08（Pa ）
△p t =(1432.28+1386.08)×2×1.4=7891Pa<15000Pa
管流体阻力在允许范围之内。
（2）壳程阻力 按式计算
△p s =(△p 0 +△p i )NsFs Ns=1, Fs=1.15
流体流经管束的阻力 △p 0=Ff 0N TC (N B +1)ρu 02
2
F=0.5 f 0=5.0×10077^(-0.228)=0.6112 N TC =1.1 N T 0.5=1.1×240.5=5.39 N B =19, u 0=0.179m/s
△p 0=0.5×0.6112×5.39×(19+1)×847.25*0.179^2/2=447.16（Pa ） 流体流过折流板缺口的阻力
△p i =N B （3.5-2B D ）ρu 022
,B=0.1m ，D=0.2m
△p i =19×（3.5-2*0.1/0.2）×847.25*0.179^2/2=644.74（Pa ） 总阻力
△p s =(447.16+644.74)*1.15*1=1256Pa<15000Pa 壳程流体的阻力也比较适宜。
换热器主要结构尺寸和计算结果表
参考文献
[1] 陈裕清.化工原理[M].上海:上海交通大学出版社,2008
[2] 李志勇,喻健良,刘志军.过程机械[M].北京:化学工业出版
社,2008.1.
[3] 冷士良,宋志轩.化工单元操作设备[M].北京:化学工业出版
社,2007.7.
[4] 匡照忠.化工机器与设备[M].北京:化学工业出版社,2006.4.
[5] 喻健良.化工设备机械基础[M].大连:大连理工大学出
版,2009.7.
[6] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京:化学工业出版,2002.12.
[7] 潘继红.管壳式换热器的的分析与计算[M].北京:科技出版
社,1996.
设计结果评价
换热设备是实现物料之间热量传递的节能设备，也是回收余热、废热，特别是低位热能的有效装置。换热器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（heat exchanger）。在化工生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。本文主要研究的是固定管板式换热器，它是换热设备的一类。通过对换热器的发展、分类、材料和运用等相关理论进行阐述，进而对换热器进行热工设计，结构设计以及强度设计。固定管板式换热器的设计，让我对换热器的设计流程和作用有了更深刻了解。无论换热设备的设计计算或是校核计算，一般均应考虑下。
（1）首先必须满足工艺要求。
（2）换热设备中换热介质参数（流速、允许压降、温度等）的合理选取。在换热设备中，介质流速高，传热系数大，在热负荷一定的情况下，可使传热面积减小，设备结构紧凑，不仅节省投资，而且有利于减缓或抑制污垢的形成，但同时，介质流速高，压降增大，而且介质对传热面积的冲蚀加剧，并容易产生流体诱导振动破坏等。因此介质速度的选取应考虑压降的合理性，尽可能在允许压降范围内，提高流速，以加大传热系数。
（3）合理安排流程，以便获得较大的传热系数，并使热、冷流体的流向尽可能接近逆流。
（4）换热设备结构参数的合理选择主要包括结构形式、尺寸和材质等方面。
（5）设计计算时，应注意定性尺寸的计算。在弩塞尔特数、雷诺数等的定义式中均有定性尺寸，通常是选取对流体运动或传热发生主导影响的尺寸作为定性尺寸。
（6）在达到所需工艺要求的前提下，应使设备费、操作费和维护费之和最低。
（7）考虑采用各种强化传热措施。
由传热基本方程Ｑ＝ＫＡ△t可见，增大总传热系数、传热面积和有效平均温差均可提高传热效率，强化传热。增大传热面积，不是单纯的增大换热设备的尺寸，而要增大单位体积内的传热面积，是设备紧凑、结构合理，如采用小直径管子，翅片管等。
根据以上结论，通过分析固定管板式换热器各部分性能影响，合
理选择设计固定管板式换热器的结构参数，以获得具有较高抗拉强度、耐腐蚀性、耐介质性等综合性能良好的换热器设备，从而使其能更好的应用到石化、化工行业中。
1．设计任务书 1.1设计题目 列管式换热器(原油预热器)的设计 1.2操作条件 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取 1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过 5 3.0 Pa。 10 1、查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤； 2、根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算； 3、根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计； 4、以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图； 5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
目录 1.设计任务书 (3) 2.概述 (5) 3.设计标准 (7) 4.方案设计和拟订 (8) 5.设计计算 (12) 6.参考文献 (22) 7.附录 (23) 8.设计小结 (29) 9．CAD图 (32)
1.概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种： 1）固定管板式 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。
浮头式换热器设计说明书 设计者：徐凯 指导教师：张玲张亚男秦敏 系别：机械工程系 专业：热能与动力工程 日期：2009.11 宁夏理工学院
前言 换热器是非常重要的换热设备。在国民生产的各个领域得到了广泛的应用。本设计说明书主要介绍浮头式换热器的原理和设计思路及整个设计过程。 在浮头式换热器中，浮头式换热器的两端的管板，一端不与壳体相连，该端亦称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 浮头式换热器主要有如下特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场就能清楚地看出来。这种换热器的壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂造价高，一般比固定管板高20%左右，在运行中浮头处发生泄漏不易检查处理。浮头式换热器适应于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工作条件下。 本书内容系统、完整，理论与实际并重。书中对浮头式换热器设计中所需的各学科知识均有简要的介绍和解释。同时该书对换热器在编写时注重介绍的方法简明扼要，条理清楚，深入浅出，紧密结合工程实际。 期间得秦敏、张春兰、张亚男、张玲等老师的悉心指导。在此表示真挚的感谢！由于编者水平有限，其中难免不妥之处，恳请各位读者批评指正。 编者：徐凯 2009-11-26
目录 第一章绪论 第二章设计任务和设计条件 (1) 第三章确定设计方案 (3) 3.1 换热器类型的确定 (3) 3.2 管程及壳程的流体安排 (3) 第四章确定物性数据 (4) 4.1定性温度的确定 (4) 4.2列表 (6) 第五章传热面积的估算 (7) 第六章工艺结构尺寸的确定 (9) 6.1 管径和管内流速的确定 (9) 6.2 管程数和传热管数的确定 (9) 6.3 平均传热温差的校正 (10) 6.4 传热管排列和分程方法确定 (10) 6.5 壳体内径的确定 (11) 6.6 折流板的确定 (11) 6.7 其它附件的确定 (12) 第七章所设计换热器的校核算 (13) 7.1 传热热流量的核算 (13) 7.2 壁温的校核计算 (15) 7.3 换热器内流体的流动阻力的核算 (17) 参考文献 (19) 换热器原理课程设计心得体会 (21)
——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
摘要 本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。 关键字：换热器，工艺计算，强度校核
Abstract This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements. Keywords:heat exchanger; Process calculation；strength check
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
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
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，
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，
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)
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。
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。
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
（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
武汉工程大学2014年3月
设计任务书 一．设计条件 二．设计任务与内容 1．工艺设计计算 ①确定设计方案 选择换热器类型，确定物料流程，确定物性参数 ②估算传热面积 确定换热量、平均温差、传热面积、冷却水流量 ③工艺结构参数确定 根据工艺计算，合理确定介质流向与换热管的结构尺寸，如管壳程数、壳体及进出口接管直径，换热管规格尺寸与数量，折流板排列形式与间距，管板直径及管子排列方式等。
④换热流量核算 ⑤换热器内流动的流体阻力核算 2．结构设计 ①筒体、管箱、法兰、浮头盖、管板、开口补强、支座等主要受压部件与元件的选材，结构选型与设计，强度计算与校核； ②编制法兰计算程序，并按指定要求进行探讨性计算； ③管束的振动计算及防震设计部分 3．绘制全部施工图，包括装配图、部件图、零件图等总计约1号图幅6张。 4．编制管箱、法兰、管束、管板、浮头盖、外头盖等主要零部件的加工制造工艺及其装配程序，并制订管、壳程的试压方案及程序。 5．主要受压元件的材料选择及其可焊性评价与焊接材料选择说明。 6．编写设计说明书。 三．设计说明书的基本内容与要求 设计说明书的作用是对自己所作的设计作出书面计算与论证，其基本内容依次为：题目、目录、前言、设计条件及所依据的主要设计标准、设计计算、加工工艺及试验等的说明，以及专题论证、电算程序与结果、造价概算和主要参考资料等。 前言中应概述设计作品在工艺装配中的功用、操作、维护要求和结构特点，主要设计内容简介，设计中的结构改进或创新，设计所遵循的标准规范等。 设计条件是指自己具体设计设备的操作条件，如介质性质、操作温度和压力等。 计算与论证为说明书的主体，包括除前言和设计条件外的全部上述内容。设计说明书要求格式规范统一，条理清楚，图文并茂，文理通顺，书写整洁。 参考资料书写格式为： 序号作者书刊名称出版社年月
目录 一设计任务书 (2) 二设计计算 (2) 2.1确定设计方案 (2) 2.11 选择换热器类型 (2) 2.12 管程安排 (2) 2.2 确定物性数据 (2) 2.3 估计传热面积 (3) 2.31 热流量（忽略热损失） (3) 2.32 冷却水的用量 (3) 2.33 平均传热温差 (3) 2.34 初算传热面积 (3) 2.4 工艺结构尺寸 (4) 2.41 管径和管内流速 (4) 2.42 管程数和传热管数 (4) 2.44 传热管排列和分程方法 (5) 2.45 壳体直径 (5) 2.46 折流板 (5) 2.47 接管 (5) 2.5 换热器核算 (6) 2.51 传热面积校核 (6) 2.52 换热器内压降的核算 (8) 三设计结果汇总表及图 (9)
一 设计任务书 某生产过程中，需将6000kg/h 的原油从175℃冷却至130℃，压力为0.4MPa ；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.3MPa ，循环水进口温度25℃，出口温度为55℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 二 设计计算 2.1确定设计方案 2.11 选择换热器类型 两流体的温度变化情况: 原油进口温度175℃，出口温度130℃； 循环冷却水进口温度25℃，出口温度55℃。 考虑到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。 2.12 管程安排 由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加速污垢增长速度，使换热器的热流量下降，故总体考虑，应使循环冷却水走管程，原油走壳程。 2.2 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 壳程原油的定性温度为： 5.1522 ) 130175(=+= T ℃ 管程循环冷却水的定性温度为：
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。