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列管式换热器的设计(化工原理课程设计)

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目录§一.任务书 (2)1.1.化工原理课程设计的重要性1.2.课程设计的基本内容和程序1.3.列管式换热器设计内容1.4.设计任务和操作条件1.5.主要设备结构图1.6.设计进度1.7.设计成绩评分体系§二.概述与设计要求 (4)2.1.换热器概述2.2.固定管板式换热器2.3.设计要求§三.设计条件与主要物理参数 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量与平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)与流速确定3.5.计算总传热系数3.6.计算传热面积§四. 工艺设计计算 (9)4.1.管径和管内流速4.2.管程数和传热管数4.3.平均传热温差校正与壳程数4.4.换热管选型汇总4.5.换热管4.6.壳体内径4.7.折流板4.8.接管4.9.壁厚的确定、封头4.10.管板§五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.壁温核算5.3.流动阻力核算§六.设计结果汇总 (18)§七. 设计评述 (19)§八.工艺流程图 (19)§.九.符号说明 (21)§.十.参考资料 (22)§一.化工原理课程设计任务书1.1.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与化工原理课程以后，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选修课程的知识，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。

1.2.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：1、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。

2、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。

3、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。

4、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、物流量、主要测量点。

5、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。

6、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设计所涉与物料的物性参数；③在设计中所涉与工艺设计计算的数学模型与计算方法；④设备设计的规X与实际参考图等。

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、学生班级与XX、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设计条件与主要物性参数表⑹工艺设计计算⑺辅助设备的计算与选型⑻设计结果汇总表⑼设计评述⑽工艺流程图与设备工艺条件图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与的主要内容。

1.3.列管式换热器设计内容1.3.1、确定设计方案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与壳程数；（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1.3.5、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1.4.设计任务和操作条件某厂用井水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。

欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。

若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kPa，试选择合适型号的列管式换热器。

定性温度下有机液的物性参数列于附表中。

附表项目密度，kg/m3 比热，KJ/(k g·℃)粘度，P a·s热导率，kJ/(m·℃)植物油950 2.261 0.7420.1721.5.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。

1.6.设计进度1. 设计动员，下达设计任务书；搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天；2.设计计算（包括电算，编写说明书草稿）2-3天；3.绘图2天；5.整理，抄写说明书 1天；6.设计小结与答辩 1天。

1.7.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）、与格（60-69分）、不与格（＜60分）。

§二.概述与设计要求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2.2.固定管板式因设计需要，下面简单介绍一下固定管板式换热器。

固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。

但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。

当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。

有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。

这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa ）的场合。

1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴 图2.2.1.固定管板式换热器的示意图2.3.设计要求完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。

（2）安全可靠换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以与疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。

（3）有利于安装操作与维修直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。

设备与部件应便于运输与拆卸，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。

（4）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。

在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。

§.三.设计条件与主要物理参数3.1.初选换热器的类型两流体的温度变化情况如下：（1）植物油：入口温度140℃，出口温度40℃；（2）冷却介质：井水，入口温度20℃，出口温度40℃； 该换热器用循环冷却井水进行冷却，由于=+-+=-22040240140m m t T 60℃>50℃,所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，故从安全、方便、经济考虑可以采用带有补偿圈的管板式换热器。

3.2.确定物性参数定性温度：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。

壳程流体（植物油）的定性温度为：T= (140+40)/2=90℃管程流体（水）的定性温度为：t=（40+20）/2=30℃在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(冷却水和植物油)的物性参数，见下表3-1：3.3.计算热流量与平均温差 3.3.1.热流量以热介质植物油为计算标准算它所需要被提走的热量:Q=m s1c p1(T 1-T 2)=6000x2.261x(140-40)=1356.6kJ/h=376.83kw3.3.2.平均传热温差计算两流体的平均传热温差 暂时按单壳程、多管程计算。

逆流时，我们有植物油：140℃→40℃ 井水： 40℃←20℃ 从而，69.4920100ln 20100'=-=∆m t而此时，我们有：00.52010020404014017.01202020140204012212112==--=--===--=--=t t T T R T T t t P式中：21,T T ——热流体（植物油）的进出口温度，单位℃； 21t t ，——冷流体（井水）的进出口温度，单位℃；R 2+1R-1ln1-PR1-P ln2-P(1+R-2-P(1+R+R 2+1R 2+1))ψ=87.0)1551(16.02)1551(16.02ln 516.0116.01ln 1515222=+++⨯-+-+⨯-⨯---+=ψ>0.8符合要求则平均传热推动力：△t m='m t ∆×ψ=0.87x49.69=43.23℃3.3.3.冷却水用量由以上的计算结果以与已知条件，很容易算得：Qc=)(12t t C Qpc -=1356600/[4.174x(40-20)]=16250.60㎏/h3.4.管程安排(流动空间的选择)与流速确定已知两流体允许压强降均不大于35kPa ；两流体分别为植物油和水。

与植物油相比，水的对流传热系数一般较大。

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，考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程，而使植物油走壳程。

由上表，初步选用Φ25×2.5的碳钢管，则管内径i 管内流速取u i =1.2m/s,从管内体积流量为：i V =n(π/4)×0.02²×1×3600=16250.60/995.7=16.32m ³/h 解得n=15参照列管换热器中K 值的大致X 围，根据两流体的具体情况，初步选定总传热系数K=330W/m 2•℃传热面积：A=L d n ︒π=376.83×10³/(330×43.23)=26.41㎡ 可以求得单程管长L=26.41/(15×3.14×0.025)=22.38m若选用6m 长的管，需要4管程，则一台换热器的总管数为4×15=60根.查化学工业第三3.4.1.对表中的数据进行核算：①每程的管数n 1 =n/Np=76÷4=19,管程流通面积s i =(π/4)×0.02²×19＝0.005966㎡与表中的数据0.0060㎡很相符。

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列管式换热器课程设计任务书

列管式换热器课程设计任务书

化工原理课程设计任务书一系部名称：应用化学与环境工程系专业：应用化工技术年级：级一、设计题目列管式换热器设计二、设计任务与操作条件在生产过程中需将3000kg/h旳某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水旳压力为0.4MPa，循环水旳入口温度为35℃，出口温度为45℃。

设计一列管式换热器满足上述生产需要。

三、具体规定本设计规定完毕如下设计及计算：1、换热器工艺设计及计算：涉及物料衡算、能量衡算、工艺参数选定及其计算；2、换热器构造设计：涉及换热设备旳重要构造设计及其尺寸旳拟定等；3、绘制换热器装配图：涉及设备旳各类尺寸、技术特性表等，用1号图纸绘制；4、编写设计阐明书：作为整个设计工作旳书面总结，阐明书应简洁、整洁、文字精确。

内容应涉及：封面、目录、设计任务书、概述或引言、设计方案旳阐明和论证、设计计算与阐明、对设计中有关问题旳分析讨论、设计成果汇总（重要设备尺寸、各物料量和状态、能耗、重要操作参数以及附属设备旳规格、型号等）、参照文献目录、总结及感想等。

四、重要技术路线提示1、查阅文献资料，理解换热设备旳有关知识，熟悉换热器设计旳措施和环节；2、根据设计任务书给定旳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旳成果，进行换热器构造设计；4、以换热器工艺设计及计算为基本，结合换热器构造设计旳成果，绘制换热器装配图；5、编写设计阐明书对整个设计工作旳进行书面总结，设计阐明书应当用简洁旳文字和清晰旳图表体现设计思想、计算过程和设计成果。

五、进度安排1、收集资料、阅读教材，拟定设计方案0.3周2、换热器工艺设计及计算0.5周3、换热器构造设计0.4周4、绘制换热器装配图0.4周5、编写设计阐明书0.4周六、完毕后应上交旳材料1、设计阐明书1份2、换热器装配图1张七、推荐参照资料1、《化工原理》上册天津大学出版社2、《化工原理》化学工业出版社3、《化工设备机械基本》高等教育出版社4、《换热器设计》上海科技出版社5、《压力容器手册》劳动人事出版社6、《钢制石油化工压力容器手册》化学工业出版社7、《化工管路手册》化学工业出版社指引教师签名日期年月日教研室主任签名日期年月日系主任审核日期年月日化工原理课程设计任务书二系部名称：应用化学与环境工程系专业：应用化工技术年级：级一、设计题目列管式换热器设计二、设计任务与操作条件在生产过程中需将5000kg/h旳某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水旳压力为0.4MPa，循环水旳入口温度为35℃，出口温度为45℃。

化工原理课程设计 列管式换热器

化工原理课程设计 列管式换热器

化工原理课程设计列管式换热器设计要求：设计一个列管式换热器，实现两种不同温度的流体之间的热量传递。

设计要求如下：1. 列管式换热器采用直管式结构，热传导介质为水和油；2. 设计流量分别为水流量 Q1 = 500 L/h，油流量 Q2 = 300 L/h；3. 设计温度分别为水的进口温度 T1i = 80℃，油的进口温度T2i = 120℃；4. 确定水的出口温度 T1o 和油的出口温度 T2o；5. 选择合适的换热器材料，确保换热效果良好；6. 根据设计参数计算所需的换热面积 A 和换热效率η。

设计方案：1. 确定管径和管长：首先根据水和油的流量和温度差，计算所需的换热面积。

然后确定换热器的尺寸，其中包括管径和管长。

2. 选择换热器材料：根据换热介质的性质和工作条件，选择合适的换热器材料，例如不锈钢。

3. 计算出口温度：根据热平衡原理，计算水和油的出口温度。

假设换热器满足热平衡条件，即水的热量损失等于油的热量增加。

4. 计算换热面积：根据换热器的尺寸和热传导方程，计算所需的换热面积。

5. 计算换热效率：根据热平衡原理和换热器的热传导性能，计算换热效率。

实施步骤：1. 根据设计流量和温度差，计算所需的换热面积。

假设水和油的传热系数均为常数，可以使用换热传导方程进行计算。

2. 根据所需的换热面积和理论计算值，选择合适的换热器尺寸。

3. 根据所选换热器材料，计算换热器的尺寸和管径。

假设管壁温度近似等于流体温度。

4. 根据热平衡原理，计算出口温度。

假设热平衡条件满足，即水的热量损失等于油的热量增加。

5. 根据所选材料和尺寸，计算换热效率。

假设换热器的热传导系数为常数，使用换热效率计算公式进行计算。

总结：本课程设计主要针对列管式换热器的设计，通过选择合适的换热器材料和计算换热器的尺寸，实现了水和油之间的热量传递。

根据设计要求，通过计算出口温度和换热效率，验证了设计方案的合理性。

设计过程需要考虑多方面的因素，如流体性质、流量和温度差等。

化工原理课程设计——列管式换热器的设计

化工原理课程设计——列管式换热器的设计

XX大学XX学院化工原理课程设计班级姓名学号指导教师 ____二零一X年X月X日化工原理课程设计任务书皖西学院生物与制药工程学院课程设计说明书题目：水冷却煤油列管式换热器的设计课程：化工原理系（部）：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：课程设计说明书目录第一章设计资料一、设计简介 (5)二、设计任务、参数和质量标准 (7)第二章工艺设计与说明一、工艺流程图 (8)二、工艺说明 (8)第三章物料衡算、能量衡算与设备选型一、物料衡算 (9)二、能量衡算 (11)三、主要设备选型 (13)第四章结论与分析结论与分析 (15)第五章设计总结设计总结 (17)参考文献 (17)第一章设计资料一、设计简介换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产应用更为广泛。

在化工厂中换热器可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。

进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。

根据操作条件设计出符合条件的换热器，设计方案的确定包括换热器形式的选择，加热剂或冷却剂的选择，流体流入换热器的空间以及流体速度的选择。

本课程设计是根据任务给出的操作目的及条件、任务，合理设计适当的换热器类型，以满足生产要求。

1、固定板式换热器（代号G）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），管程数，公称压力(×9.81×104 Pa)，公称换热面积（m2），如G800I-6-100型换热器，G表示固定板式列管换热器，壳体公称直径为800mm，管程数为1，公称压力为6×9.81×104 Pa，换热面积为100m22、浮头式列管换热器（代号F）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），传热面积（m2），承受压力（×9.81×104 Pa），管程数，如F A600-13-16-2型换热器，F代表浮头是列管换热器，B表示换热器为管径错误!未找到引用源。

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。