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热水冷却器的设计

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化工原理课程设计热水冷却器的设计姓名：***学号：**********班级：化学工程与工艺112班一、设计题目： (4)二、设计目的： (4)三、设计任务及操作条件： (4)四、设计内容： (5)五、课程设计说明书的内容 (5)四、参考书目： (5)前言 (6)一、设计方案简介： (6)1.1换热器的选择： (6)一、方案简介 (7)二、方案设计 (8)1．确定设计方案 (8)2、确定物性数据 (9)3．初选换热器规格 (9)(2)冷却水用量 (9)5.工艺结构尺寸 (10)5.1管径和管内流速及管长 (10)5.2管程数和传热管数 (10)5.3平均传热温差校正及壳程数 (11)5.4传热管排列和分程方法 (11)5.5壳体内径 (11)5.6折流板 (12)5.7接管 (12)6换热器核算 (13)6.1热量核算 (13)6.2换热器内流体的压力降 (15)三、设计结果一览 (17)任务书一、设计题目：热水冷却器的设计二、设计目的：通过对热水冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构 特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

三、设计任务及操作条件 ：1.处理量5105.2⨯吨/年热水2.设备型式列管换热器3.操作条件 ：（1）热水：入口温度 80 ℃，出口温度 60 ℃（2）冷却介质：循环水，入口温度 25 ℃，出口温度 35 ℃（3）允许压降：≦105Pa（4）水在定性温度70℃下的物性数据：3/7.995m Kg h =ρ S Pa h ⋅⨯=-410061.4μ)/(187.4C Kg KJ C ph ⋅=)/(6676.0C m W h ︒⋅=λ（5）水在定性温度70℃下的物性数据：)/(6176.0)/(147.410007.8/7.99543C m W C Kg KJ C SPa m Kg c pc c c ︒⋅=︒⋅=⋅⨯==-λμρ（4）每年按300天计，每天24小时连续运行。

4.建厂地址：大连地区四、设计内容 ：（1）设计计算列管换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、隔板及接管等。

）（2）绘制列管式换热器的装配图。

（3）编写课程设计说明书。

五、课程设计说明书的内容设计说明书中应包括所有论述、原始数据、计算、表格等，编排顺序如下：（1）标题页；（2）设计任务书；（3）目录；（2）设计方案 1.选择换热器的类型 2.管程安排（5）确定物性数据（6）主要工艺参数计算（热负荷，平均温差、总换热系数、换热面积等）；（7）压降计算；（8）设计结果概要或设计一览表（9）附图（工艺流程简图、主体设备工艺条件图）（10）参考文献四、参考书目：1.陈敏恒等，化工原理. 上下册. 北京：化学工业出版社，2002.2.贾绍义，柴诚敬等，《化工原理课程设计》，天津大学出版社，1994.3.匡国柱，史启才等《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，2002.前言换热器是化学，石油化学及石油炼制工业以及其它一些行业中广泛使用的热量交换设备。

它不仅可以单独作为加热器，冷凝器使用而且是一些化工单元操作的重要附属设备。

因此在化工生产中占有重要的地位。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

主要的换热器有：1．固定管板式换热器：2．浮头式换热器：3．U型管式换热器：4. 填料函式换热器：这次的化工原理课程设计，热水冷却器的设计。

通过对热水冷却的列管式换热器设计，了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

通过这次课程设计，养成科学探索精神，细心钻研，自己动手设计，理论联系实际，并进一步熟练相关的软件，Microsoft office，ChemBioOffice，Origin85，AutoCAD2008等。

一、设计方案简介：1.1换热器的选择：列管式换热器是目前化工上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，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，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。

为了克服温差应力必须有温差补偿装置，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。

但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。

一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。

2．浮头式换热器：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，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。

其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，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．U型管式换热器：U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。

管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。

其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。

优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。

4.填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。

但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。

热流体进口温度80℃，出口温度60℃；冷流体进口温度25℃，出口温度35℃。

本任务给定列管式换热器。

一、方案简介本设计任务是利用循环水给热水降温。

利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。

下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。

换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。

不同的换热器适用于不同的场合。

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。

所以首选列管式换热器作为设计基础。

二、方案设计需将热水液体从80℃冷却到60℃。

处理能力为2.5×105吨/年。

冷却介质采用循环水，入口温度25℃，出口温度35℃。

要求换热器的管程和壳程的压降不大于105Pa。

试设计能完成上述任务的列管式换热器。

（每年按300天，每天24小时连续运行）1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度80℃，出口温度60℃冷流体。

冷流体进口温度25℃，出口温度35℃。

从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。

（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结水垢，应使循环水走管程，热水走壳程。

选用φ25×2.0 的不锈钢管2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程热水的定性温度为：℃＝＋＝7026080T管程循环水的定性温度为： ℃＝＋＝0325325t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

水在定性温度70℃下的有关物性数据如下：密度 ρh =997.8 kg/m 3定压比热容 c ph =4.187kJ/(kg ·℃)导热系数 λh =0.6676 W/(m ·℃)粘度 μh =4.061×10-4 Pa ·s水在定性温度30℃下的物性数据：密度 ρc =995.7kg/m 3定压比热容 c pc =4.147 kJ/(kg ·℃)导热系数 λc =0.6176 W/(m ·℃)粘度 μc =8.007×10-4 Pa ·s3．初选换热器规格按照壳层热水计算热负荷（1）热流量W h =2.5×105×1000÷300÷24≈34722.222kg/hQ h =W h c ph Δt h =34722.222×4.187×(80-60)=2907638.703 kJ/h=807.7 kW(1 kW=1000W ×3600s=3600kJ)(2)冷却水用量h g Q W O /k 268.701142535147.432907638.70t c i pi i =-⨯=∆=）（ (3)平均传热面积(4)计算传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K 值。

假设K=950℃）（⋅m /W 则估算的传热面积为Ao=230.2179.399507.807677m t K Qo m =⨯=∆ 实际面积为估算面积的 1.2（1.15-1.25）倍，则实际传热面积为：Ao ''=1.2×Ao=1.15×21.30=24.58 m 25.工艺结构尺寸5.1管径和管内流速及管长选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=1.2m/s ，选用管长为3m5.2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数根实1043025.014.358.24l d o s =⨯⨯==πA N 按单程管计算其流速为s m W /607.0410402.014.3)7.9953600/(268.701144n d 7.9953600/u 2s 2i i =⨯⨯⨯=⨯=π）（ 按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。

则该换热器管程数为2607.02.1u u i p ≈==N (管程) 传热管总根数 N=104(根)5.3平均传热温差校正及壳程数2102025356080==--=R182.0551025802535==--=P 按单壳程，两管程结构，温差校正系数应查有关图表。

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循环水冷却器设计

循环水冷却器设计

循环水冷却器设计循环水冷却器是一种常用的热交换设备，用于将过热的水或其他液体冷却至一定温度，以保持设备的正常运行温度。

它由水箱、循环泵、换热器和其他配管及控制装置组成。

设计循环水冷却器需要考虑多个因素，包括制冷负荷、温度要求、冷却介质、材料选择、循环水流量、泵的选择及系统布局等。

下面将详细介绍循环水冷却器的设计要点。

首先，设计循环水冷却器需要明确制冷负荷。

制冷负荷是指待冷却液体需要散热的总能量。

根据制冷负荷计算冷却器的面积和换热器的尺寸，以确保足够的散热面积满足散热需求。

其次，确定冷却介质和温度要求。

不同的工艺过程所需的冷却介质和温度要求不同，因此在设计循环水冷却器时需要明确这些参数。

冷却介质可以是水、油、气体等，每种介质都有不同的物性参数，包括热容量、导热系数等，这些参数将直接影响到冷却器的设计和工作效果。

温度要求是指待冷却液体的出口温度，必须确保循环水冷却器能够将待冷却液体冷却至所需的温度。

其三，选择合适的换热器材料。

换热器是循环水冷却器的核心部件，直接参与散热过程。

因此，换热器材料的选择非常重要。

一般来说，常用的换热器材料有不锈钢、钛合金、铜等。

根据冷却介质的特性和工艺要求，选择合适的材料以提供优秀的导热性能和耐腐蚀能力。

其四，确定循环水流量和泵的选择。

循环水流量是冷却器设计过程中的另一个重要参数。

通常根据制冷负荷和冷却介质的流速来确定合适的流量范围。

泵的选择应根据循环水流量和散热系统的阻力来进行，确保循环水能够稳定地流动并提供足够的冷却效果。

最后，设计循环水冷却器的系统布局。

系统布局是指循环水冷却器的部件安装和管道连接方式。

在设计过程中，应考虑到设备的布局及周围环境，确保各部件的正常运行和维护。

另外，还需要合理规划冷却器的进出口位置，以便更好地实现冷却效果。

综上所述，设计循环水冷却器需要从制冷负荷、温度要求、冷却介质、材料选择、循环水流量、泵的选择及系统布局等多个方面进行综合考虑。

正确合理地设计循环水冷却器将能够提供稳定有效的散热效果，确保设备运行在正常温度范围内。

热水冷却器课程设计

热水冷却器课程设计

南京工业大学《材料工程原理B》课程设计设计题目：热水冷却器的设计专业：班级：高材学号：姓名：日期：指导教师：设计成绩：日期：设计任务书（一）设计题目热水冷却器的设计（二）设计任务及操作条件1.处理能力40.5 t/a热水102.设备型式锯齿形板式换热器3.操作条件（1）热水：入口温度80℃，出口温度60℃（2）冷却介质：循环水，入口温度32℃，出口温度 40℃（3）允许压强降：不大于5×105Pa（4）每年按330天计，每天24小时连续运行4.建厂地址天津地区（三）设计要求选择适宜的锯齿形式板式换热器并进行核算。

目录1 概述1.1 板式换热器的基本结构 (4)1.2板式换热器的优缺点 (6)1.3板式换热器与管式换热器的比较 (7)1.4板式换热器的实际应用 (8)2 设计方案简介2.1板式换热器的选型 (9)2.2板式换热器的优化设计方向 (10)2.3 工艺流程简图 (13)3 热水冷却器的设计工艺计算3.1符号说明 (14)3.2定性温度下的物性数据 (14)3.3计算热负荷 . (15)3.4计算平均温度差 (15)3.5初估换热面积及初选板型 (15)3.6核算总传热系数K (16)3.7估算传热面积 (18)3.8计算压力降 (18)4 辅助设备的选择与计算4.1泵的选择 (19)5 设计结果概要 (21)附录工艺流程图 (23)主体设备图 (24)参考资料 (25)设计小结 (26)1 概述板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。

各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。

板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。

1.1 板式换热器的基本结构1.1.1整体结构1.1.2 组装型式板式换热器的流程是根据实际操作的需要设计和选用的，而流程的选用和设计是根据板式换热器的传热方程和流体阻力进行计算的。

图为三种典型的组装型式。

串联流程并联流程混合流程板式换热器组装型式的表示方法为： 22112211b n b n a m a m ++ 式中：1m ，2m ，1n ，2n 表示程数；1a ，2a ，1b ，2b 表示每程流道数；原则上规定分子上为热流体流程，分母上为冷流体流程。

冷却器设计方案

冷却器设计方案

冷却器设计方案在现代工业生产中，冷却器是一种重要的设备，用于将高温的物体或介质冷却至所需的温度范围内。

本文将讨论冷却器的设计方案，包括冷却原理、设计要素和优化方法。

一、冷却原理冷却器的工作原理基于热传导和对流传热。

当高温物体或介质与冷却器接触时，传热会通过物体与冷却介质之间的热传导，以及冷却介质与周围环境的对流传热来实现。

二、设计要素1. 散热面积：合理确定冷却器的散热面积是设计的重要一环。

散热面积越大，冷却效果越好。

因此，在设计中应尽量增大散热面积，可以通过增加冷却器的长度、宽度或增加散热片的数量来实现。

2. 冷却介质选择：不同的冷却介质对于冷却效果有着重要的影响。

一般情况下，水具有良好的导热性和对流性能，是较常用的冷却介质。

但在特殊情况下，也可以选择其他介质，如油、空气等，根据具体要求进行选择。

3. 冷却速度：冷却速度是指冷却器在单位时间内冷却物体或介质的能力。

为了提高冷却速度，可以采用增设风机、增加水流速度等方法，增强对流传热效果。

4. 材料选择：冷却器所使用的材料直接影响到其散热效果和使用寿命。

一般而言，具有良好导热性的金属材料，如铜、铝等，可以更好地传导热量，提高散热效果。

三、优化方法1. 流动分析：通过数值模拟或实验方法，进行流动分析，优化冷却器的结构和设计。

在不同工况下，根据流体的流动情况和热传导特性，进行优化，以提高冷却效果。

2. 散热片设计：合理设计散热片的形状、间距和数量，以增大散热面积，提高传热效率。

同时，对散热片进行表面处理，增强其导热性能。

3. 热交换器应用：冷却器可以与热交换器相结合，通过增加热交换面积，提高冷却效果。

在选择热交换器时，应考虑其传热系数、压降和占用空间等因素。

4. 温度控制：根据冷却的要求，设计合适的温度控制系统，能够精确控制冷却介质的温度，提高冷却器的工作效率。

结论冷却器设计方案的选择和优化对于工业生产中的热管理至关重要。

通过合理确定散热面积、冷却介质选择、冷却速度和材料选择，可以提高冷却器的效果和寿命。

化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)

化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)

化工原理课程设计-列管式换热器（热水冷却器）化工原理课程设计任务书课题名称列管式换热器(热水冷却器)课题性质工程设计类班级应用化学(一)班学生姓名 XXXXXX学号 20090810030117指导教师 XXXXXX目录目录 ------------------------------------------------------ 2 任务书---------------------------------------------------- 4一(设计题目 ------------------------------------------ 4二(设计的目的 ---------------------------------------- 4三(设计任务及操作条件 -------------------------------- 4四(设计内容 ------------------------------------------ 5 符号说明 -------------------------------------------------- 5 确定设计方案---------------------------------------------- 61.选择换热器类的 -------------------------------------- 62.流程的安排 ------------------------------------------ 6 确定物性数据---------------------------------------------- 6估算换热面积 ------------------------------------------ 81. 热流量 ----------------------------------------- 8 工艺结构尺寸---------------------------------------------- 91. 管径和管内流速 ------------------------------------ 92. 管程数和传热管数 ---------------------------------- 93.平均传热温差校正及壳程数 ---------------------------- 94.传热管排列和分程方法 ------------------------------- 105.壳体内径 ------------------------------------------- 106.折流板---------------------------------------------- 117.其它附件 ------------------------------------------- 118.接管------------------------------------------------ 11 换热器核算----------------------------------------------- 121.热流量核算 ----------------------------------------- 12(1)壳程表面传热系数 ----------------------------- 12(2)关内表面传热系数 ------------------------------- 13(3)污垢热阻和管壁热阻 --------------------------- 13(4)传热系数Kc ------------------------------------- 14(5) 传热面积裕度 -------------------------------- 142.壁温核算 ------------------------------------------- 15换热器内流体的流动阻力 ------------------------------- 16(1)管程流体阻力 --------------------------------- 16(2)壳程阻力 ------------------------------------- 17 换热器主要结构尺寸和计算结果表 -------------------------- 18 参考文献 ------------------------------------------------- 19 设计结果评价--------------------------------------------- 20 总结 ----------------------------------------------------- 22任务书一(设计题目热水冷却器的设计二(设计的目的通过对热水冷却器的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择合适的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。