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列管换热器实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2011．10一、实验目的：本实验装置是以水蒸气-空气为传热介质，采用列管换热器对流换热，用于教学实验中，通过对列管换热器对流传热系数、总传热系数K 的测定，加深了解间壁传热的基本概念和基本理论，了解各种影响因素对传热效率的影响。
二、换热器实验简介：1、列管换热器传热系数的测定：管壳式换热器又称列管式换热器。
是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
这种换热器结构较简单，操作可靠，可采用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的换热器类型。
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
总传热系数K 通过实验可测定 Om iS t Q K ⨯∆=（1）式中：K —列管换热器总传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ； S O —管外换热面积，m 2； m t ∆—平均温度差，℃。
m t ∆由下式确定： 逆m m t t ψ∆=∆ （2）12211221lnt T t T t T t T t m -----=∆）（）（逆 （3） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T 1，T 2 —热流体的入口、出口温度，℃；t w 逆 —逆流时平均温度差，℃；ψ—温差校正系数，由于实验用列管换热器采用单管程单壳程所以ψ=1。
管内换热面积： Lo d n S o o π= （4）式中：d O —内管管外径，m ；L O —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12t t Cp W Q m m i -= （5）其中质量流量由下式求得：3600mm m V W ρ=（6） 式中： m V —冷流体在管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。
摘要：列管式换热器属于间壁式换热器，冷热流体通过换热管壁进行热量的交换。
参照任务书的任务量,需设计年冷却15000吨乙醇的列管式换热器，设计时先确定流体流程，壳程走乙醇，其进、出口温度都为80℃，相变放出潜热，井水走管程冷却乙醇，进口温度为32℃，出口温度为40℃。
再进行热量衡算、传热系数校核，初选冷凝器的型号，然后通过进行设备强度校核等一系列的计算和选型，最终确定的设计方案为固定管板式换热器，所选用型号为BEM400-2.5-30-9/25-2 Ⅰ，换热器壳径为400mm，总换热面积为27.79m2,管程为2，管子总根数为60，管长6000 mm,管束为正三角排列，两端封头选取标准椭圆封头。
关键词：列管式换热器，乙醇，水，温度，固定管板式。
Abstract:The tube type heat exchanger is a dividing wall type heat exchanger, fluids with different temperatures exchange heat by means of tube wall’s heat transfer.According to the assignment, A tube type heat exchanger which has a process capacity of .⨯41510t/a is needed. The ethanol flow in the shell,the temperature in the entrance and exits is 80℃.The water which cool the ethanol flow in tubes, the inlet and outlet temperatures are 32℃and 40℃.Then by taking series calculating to confirm the module of the heat exchanger . After the design of intensity designing and a series calculating and choosing , the last result of our design is the fasten-board heat exchanger. The style of the heat exchangeis9BEM400 2.530 225Ⅰ----, and the diameter of the receiver is400mm ,The area of the heat exchange is 27.79 m2, The heat-exchanger in cludes two tube passes,one shell passes and 60 tubes.And the length of tubes is 6000mm . Tubes are ranked of the shape of triangle ，the envelops are oval-shaped.目录1前言 (3)2设计条件 (3)3设计方案的确定 (3)3.1设计原则 (3)3.2结构初选 (4)4列管式换热器的设计计算 (10)4.1列管式换热器型号的初选 (10)4.2核算总传热系数： (13)5列管式换热器的初步计算及选型 (15)5.1试算并初选换热器规格 (15)5.2设计校核 (19)6设备尺寸的确定及强度校核 (22)6.1计算圆筒厚度 (22)6.2封头设计 (23)6.3拉杆定距管尺寸 (24)6.4管板 (25)6.5容器法兰 (26)6.6接管与接管补强 (27)6.7管箱的计算 (33)6.8折流挡板 (33)6.9焊接方式 (34)6.10支座 (34)6.11辅助设备 (38)7设计结果概要 (39)8课程设计心得 (40)9参考文献 (42)1前言艰辛知人生，实践长才干。
列管换热器一、概述列管换热器是一种高效换热器。
它主要由传热板、定距柱、连接管、头盖及衬垫等部件组成。
两块厚约2.5～6mm的金属板卷成一对同心圆的螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘。
中心处用隔板将两边流体隔开，甲、乙两流体在金属板两边的流道内逆流流动而实现了热交换。
本公司目前生产全逆流式结构的列管换热器。
二、列管换热器的工作特点和应用列管换热器的性能类似于板式换热器。
但也有其独特之处，其主要优点为：1、传热效率高。
列管换热器内介质螺旋型流动的离心力能增强湍流。
据实验，当Re=1400～1800时就能形成湍流，且因流阻较管壳式小而使流速可以提高，结果使传热系数K可提高至2.5倍。
此外，全逆流列管换热器的传热平均温差最大，这有助于提高传热效率。
2、结构紧凑，不用管材。
由于板型传热面的面积大，单位体积传热面可达44-100m2/m3，约为管壳式换热器的2～3倍，加之传热系数和平均温差都大，这就必然导致结构的紧凑和轻巧。
3、不易污塞。
由于单流道、高流速、污垢不易沉积，一旦有所沉积使流道截面减小随即导致流速增高，从而加强了对污塞物的冲刷作用。
这种“自洁”作用，管壳式换热器是没有的。
据统计显示，列管污塞的速率只及管壳式的十分之一。
4、能有效利用低温热源，精密控制温度。
由开双螺旋流道能较完全地形成逆流传热且流道较长，有助于降低换热器设计所允许的（两种介质之间）有利于连续均匀地换热或升降温度。
这就为利用一些低温热源（如地下热源）或精密控制介质温度提供了有利条件，从经验数据知道，板式和列管换热器的介质温差是最低的。
5、流阻较小。
试验表明，与同样条件的管壳式换热器相比，列管换热器的流阻较小。
列管换热器相对于列管式换热器，也有其自身的不足之处。
在设计、制造和安装使用过程中需要注意掌握的有以下几个方面：承压能力受限。
这一点在安装使用当中，要求用户按铭牌上的设计参数使用，不可超压和超温工作；以保证其安全使用。
容量受限。
由于单流道流通能力较小。
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。
化工原理课程设计列管式换热器化工原理课程设计是化学工程学科的重要环节，其设计的目的是让学生在理论基础知识的基础上，能够熟练掌握工业化学反应装置和过程的设计方法，并能灵活运用各种装置和工艺条件来实现设备的最优化。
其中列管式换热器是常用于化工生产过程中的一种重要装置，本文将对其进行详细介绍。
一、列管式换热器的结构与原理列管式换热器是通过管壳型构造，由许多纵向的管子构成，管子两侧通过流体工质进行换热。
其主要结构包括壳体、管板、管束、进出口法兰等部分。
换热原理是将热量从高温的流体传给低温的流体，实现两种流体之间的热量交换。
二、列管式换热器的特点和应用列管式换热器具有结构简单、换热效率高、应用范围广、容易清洗维修等特点。
其在化工生产中广泛应用于热回收、冷却、加热等方面，如在石油、化工、冶金、食品、制药、造纸等行业的反应过程中都有重要的应用。
三、列管式换热器的设计方法在设计列管式换热器时，主要需考虑的参数有流体介质、流量、温度、压力等等，其中最核心的是确定热量传递系数与压降。
常用的设计方法有总热传系数法、等效径法、NTU法等。
其中总热传系数法是最常用的方法，其计算的公式为：1/U = 1/hi + Δx/k + Δy/ho其中U为总热传系数，hi、ho分别为热传分界面内的内、外热传系数，k为扩散系数（介质传热系数），Δx、Δy为介质的平均厚度与壁层厚度。
在设计时应根据具体情况选用合适的计算方法。
四、列管式换热器的操作和维护在使用列管式换热器时，应注意清洗维护工作。
由于该装置的结构特殊，应定期进行化学清洗，以避免沉积物和腐蚀物堵塞换热器内壁。
同时还应注意防止介质的过于浓缩，以免产生结晶、沉积、腐蚀等情况。
综上所述，列管式换热器是化工生产中不可缺少的一种装置，其结构特殊、应用范围广泛、换热效率高，并且容易维护操作，是值得研究和推广的一种装置。
在化工原理的课程设计中，学生能够通过对列管式换热器的深入理解和设计方案的完善，培养出创新思维和实际操作能力，为将来化工行业的发展奠定坚实的基础。
列管换热器使用说明书苏州市枫港钛材设备制造有限公司2010-8列管式冷却器使用说明列管式冷却器是冶金、化工、机械、能源、交通、轻工、食品等工业部门普遍采用的热交换装置.它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发、废热回收等不同工况.由于其结构坚固，使用弹性大，适应性强，近些年来又对结构、工艺和材料等方面作了大量改进，使它的技术性能更趋于合理与先进.因此，在门类众多的热交换器中，管式换热器仍居于重要位置.二、结构与工作原理列管式冷却器由外部壳体、内部冷却体两大部份组成.由于具体结构方式的不同，从外部连接形式分为管螺纹式和法兰式；从安装形式分为卧式和立式；从浮动形式分为浮动盘式和浮动头式；从冷却管结构分为螺管式和翅片管式；从折流的结构分为弓形折流板、矩形折流板、双堰形折流板和圆形折流板等多种结构形式，均按具体条件选用.外部壳体包括：筒体、分水盖和回水盖.其上设有进、出油管和进、出水管，并附设排油、排水、排气螺塞、锌棒安装孔连温度计接口等.冷却体由冷却管、定孔盘、动孔盘、折流板等组成.冷却管两端与定、动孔盘连接；定孔盘和外体法兰连接，动孔盘可在外体内自由伸缩，以消除温度对冷却管由于热胀冷缩而产生的影响.折流板起强化传热及支承冷却管的作用.列管式冷却器的热介质是由筒体上的接管进口，顺序经各折流通道，曲折地流至接管出口.而冷却介质则采用双管程流动，即冷却介质由进水口经分水盖进入一半冷却管之后，再从回水盖流入另一半冷却管进入另一侧分水盖及出水管.冷介质在双管程流过程中，吸收热介质放出的余热由出水口排出，使工作介质保持额定的工作温度.三、使用与操作1、冷却器的基础必须足以使设备不发生下沉，在定孔盘头盖端应留足够的空间以便能从壳体内抽出管束，设备就位时应按吊装规范进行，待水平找正后拧紧地脚螺丝，连接冷热介质的进出管.2、冷却器启动前应放尽腔内的空气，以提高传热效率，其步骤：（1）、松开热、冷介质端的放气螺塞，关闭介质排出阀；（2）、缓慢打开热、冷介质的进水阀，使热、冷介质从放气孔溢出为止，然后拧紧放气螺塞，关闭进水阀.3、当水温升高5～10℃后，打开冷却介质的进水阀（注意：切忌快速打开进水阀，因冷却水大量流过冷却器时，会使换热器表面长期形成一层导热性很差的“过冷层”），再打开热介质的出入阀，使之处于流动状态，然后注意调整冷却介质的流量，使热介质保持在最佳使用温度.4、如果冷却水一侧发生电化腐蚀，可在指定位置安装锌棒.5、较脏的介质通过冷却器之前，应设有过滤装置.6、被冷却介质的压力应大于冷却介质的压力.四、保养与维修1、长期工作后，冷却管表面会积垢而增大热阻和流阻，使换热性能逐渐降低，以至不能保证冷却要求.显然，保养的重点应放在污垢清理，这里介绍几种清理方法：（1）、机械法a、采用电动清管工具.即由电动机带动一根柔性轴作旋转运动，轴端套有尼龙刷或钢丝刷进行旋转洗刷，并通过一个不漏水的罩把水注到轴的周围，以便及时洗刷出松的污垢.b、用一根圆管子，一端焊上与管子内径相仿的钢丝刷一边旋转一边推进，污垢可存积于管子内腔，不会产生污垢越积越厚使推进更困难，这种办法较常使用，但劳动强度大.（2）、采用高压泵（压力10～20Mpa）喷出高压水进行冲洗，效果较好，主要用于管间清洗.（3）、采用海绵球对换热管内进行自动清洗.根据不同的垢层采用不同硬度的海绵球，对于特殊的硬垢，可采用有一“带”状的金刚砂海绵球.其作用是利用较松软并富有弹性海绵球进入换热管内，海绵球受压缩与管子内壁均有接触，球与管壁产生相对运动，不断摩擦管壁，将沉积物除去.（4）、化学清理法：a、油侧清洗可用三氯乙烯溶液进行逆向循环清洗，溶液压力不大于额定工作压力.清洗时间视污垢情况而定，然后再将清水引入器内清洗，直至流出的水清洁为止.b、采用浸泡四氯化碳.将溶液灌入冷却器，历时15～20分钟后观看溶液颜色，若混蚀不堪，则更换新液重新浸泡，直至流出溶液与洁净颜色相仿为止，然后反复用清水冲洗，这种清洗应有良好的通风环境，以免中毒.此办法适应于油清洗.2、冷却器的故障多半由冷却管引起的.由于腐蚀、汽蚀、磨损而使管壁减薄和穿孔，也由于热胀冷缩，流体运动时产生的振动而造成的连接处及其它机械性损坏.冷却管破损后两种介质将互相渗合，应及时进行维修，其办法有：（1）、找出破损的冷却管，用管堵把两端堵死.管堵的锥度为3～5度之间，管堵材料硬度应低于或等于管子硬度，堵死的管子总数不得超过总数的10％.（2）、取出破损管，更换新管重新胀接.（3）、管端与管板连接处渗漏，应重新胀接.如果腐蚀严重，应更换管束.3、冬季停用的冷却器应放尽腔内介质，以防冻裂设备.4、冷却器拆卸及重新装配按下列步骤进行：（1）、关闭进出油、水阀门，放出滞留的介质，然后把冷却器从系统中拆卸下来.（2）、卸开回水盖及分水盖，检查密封圈、冷却管破损及积垢等情况.如果只进行管堵或更换冷却管可随即进行，如果需要拔出冷却管束必须从固定管板方向移出（大型的冷却器可采用竖直（固定管板朝下），然后用起吊设备吊起壳体即可露出管束.（3）、装配时按拆卸的逆过程进行，密封圈一般都应更换新的.（4）、安装后应分别进行先油侧后水侧的气密性试验，试验压力应大于实际工作压力的1.2 倍.五、故障与排除换热性能下降1、故障及产生原因（1）冷却水量不足；（2）腔内积气；（3）换热管壁积垢增大流阻和热阻；（4）机油浮化或冷却水有油水混合物；（5）回水盖与分水盖法兰连接处泄漏；（6）动、定孔盘与换热管连接处腐蚀而失去密封.2、排除方法（1）故障及产生原因①开大进水阀；②清理被阻塞的管路、阀门、滤网或换热管；（2）拧下螺塞排气；（3）选用适当方法，清洗换热管内外表面污垢；（4）①更换换热管；②用管塞堵死破损管（数量不大于10﹪）；（5）①拧紧两端盖上的螺丝；②更换密封垫；（6）更换管束. 附件：图纸。
* 化工原课程设计 *换热器工艺初步设计学生姓名：学号：专业：环境工程班级：成绩：指导教师：设计时间：2012年12月20日至2013 年1月6日环境与生命科学系列管式换热器设计任务书一、设计任务及操作条件（1）处理能力：正戊烷23760kg/h；（2）设备型式：立式列管式换热器；（3）操作条件：①混合气体:入口温度51.7℃；②冷却介质:循环水,流量为70000kg/h入口温度32℃,出口温度35.67℃；③允许压强降：不大于5000000Pa；④每年按300天计算,每天24小时连续运行。
二、设计项目1．设计方案简介：设计工艺流程图；2．换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积；3．换热器的主要结构尺寸设计；4．主要辅助设备选型；5．绘制换热器总装配图。
三、设计时间2012年12 月20 日～2013 年1 月6日四、设计内容1．目录；2．设计题目及原始数据(任务书)；3．论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；4．换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等)；5．设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；6．主体设备设计计算及说明；7．参考文献。
目录1.简述 (4)2.方案设计和拟定 (5)3．换热器类型的选择 (6)3.1流动空间及流速的测定 (6)3.2确定物性数据 (7)3.3计算总传热系数 (7)3.3.1 热流量 (7)3.3.2平均传热温差 (7)3.3.3平均传热温差校正 (7)3.4估算传热面积 (8)3.5换热器结构尺寸的 (8)3.5.1 管径和管内流速 (8)3.5.2 管程数和传热管数 (8)3.5.3 传热管排列和分程方法 (9)3.5.4 壳体内径 (10)3.5.5 折流板 (11)3.5.6 接管 (11)3.5.6.1壳程进口接管: (11)3.5.6.2壳程出口接管: (11)3.5.6.3管程接管 (12)3.6换热器核算 (12)3.6.1 热量核算 (12)3.6.1.1 壳程对流传热系数 (12)3.6.1.2 管程对流传热系数 (12)3.6.1.3污垢系数 (13)3.6.1.4 传热系数K (13)A (13)3.6.1.5换热器的实际传热面积p3.6.2核算管壁温度w t (14)3.6.3 换热器内流体的流动阻力 (14)3.6.3.1计算压强降 (14)4. 换热器主要结构尺寸和计算结果 (16)附录 (17)参考文献 (18)列管式换热器设计书1.简述根据列管式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮头式、U形管式填料函式、滑动管板式、双管板式、薄管板式等类型。
目录一、设计任务 (2)二、概述与设计方案简介 (3)2.1 概述 (3)2.2设计方案简介 (3)2.2.1 换热器类型的选择 (3)2.2.2流径的选择 (5)2.2.3流速的选择 (5)2.2.4材质的选择 (6)2.2.5管程结构 (6)2.2.6 换热器流体相对流动形式 (6)三、工艺及设备设计计算 (7)3.1确定设计方案 (7)3.2确定物性数据 (7)3.3计算总传热系数 (7)3.4计算换热面积 (8)3.5工艺尺寸计算 (8)3.6换热器核算 (10)3.6.1传热面积校核 (10)3.6.2．换热器压降的核算 (11)四、辅助设备的计算及选型 (12)4.1拉杆规格 (12)4.2接管 (12)五、换热器结果总汇表 (13)六、设计评述 (13)七、参考资料 (14)八、主要符号说明 (14)九、致 (15)一、设计任务二、概述与设计方案简介2.1 概述在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。
换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。
换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。
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。
直接接触式换热器又称混合式换热器。
在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。
该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。
常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。
此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。
当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。
此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。
其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。
根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。
其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。
列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材围广泛，适应性强及处理能力大等。
这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体。
因此，这种换热器也称为管壳式换热器。
常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。
2.2设计方案简介2.2.1 换热器类型的选择根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
1.固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。
固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
2. U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。
U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最程管间距大，壳程易短路；程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右。
3.浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体抽搐，便与管管间的清洗。
其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
4.填料函式换热器填料函式换热器的结构如图1-4所示。
其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。
管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。
填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体抽出，管管间均能进行清洗，维修方便。
其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
按照设计任务书的要求，冷流体流体果汁入口温度36℃，出口温度72℃，热流体是水，入口温度95℃，出口70℃，壳壁与管壁温差较大，基于这些要求，应选择填料函式换热器，填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体抽出，管管间均能进行清洗，维修方便。
2.2.2流径的选择在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
参考标准：（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管清洗方便；（2）腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，且清洗、检修方便；（3）压强高的流体宜走管程，以免壳体同时受压；（4）有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少；（5）被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；（7）流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数（Re＞100）下即可达到湍流，但也可在管采用多管程；（6）需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管，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。
综合以上标准，本次设计为果汁走壳程，水走管程。
2.2.3流速的选择由于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。
故拟取流速为0.5m/s。
2.2.4材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。
同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。
根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。
2.2.5管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。
(a) 正方形直列（b）正方形错列(c) 三角形直列（d）三角形错列（e）同心圆排列正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。
对于多管程换热器，常采用组合排列方式。
每程都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。
管板与管子的连接可胀接或焊接。
2.2.6 换热器流体相对流动形式换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。
顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。
逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。
在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。
前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
本次设计采用逆流的流动方式。
三、工艺及设备设计计算3.1确定设计方案3.1.1．换热器类型：填料函式换热器3.1.2．流体流动形式两流体的温度变化情况：热流体进口温度：95℃，出口温度：70℃；冷流体进口温度：36℃，出口温度：72℃。
为了增大平均温差，节省操作费用，本次设计采用逆流的流动方式。
3.1.3．管程安排考虑到水较易结垢，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，所以使水走管程，果汁走壳程；由于果汁有弱酸性，又因不锈钢管较碳钢管有较好的抗酸腐蚀性，故选用mm 225⨯Φ的不锈钢管。
3.2确定物性数据定型温度：对于一般液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。
故壳程果汁的定性温度为 ℃5427236T =+=管程流体的定性温度为 t=℃.58227095=+ 果汁在50℃下有关物性数据如下：30/1030m kg =ρ ；C kg J C p ︒⋅=/31830C m W ︒⋅=/8.500λ；S P 10.8130⋅⨯=-a μ水在80℃下有关物性数据：3/.8971m kg =ρ ；C kg J C p ︒⋅=/4195C m W ︒⋅=/674.0λ；S P 100.3553⋅⨯=-a μ3.3计算总传热系数3.3.1．热流量Kw h KJ kg h kg 49.95/103.44C 36)-(72C 3.183KJ//3000T C W Q 5P00T =⨯=︒⨯︒⋅⨯=∆=3.3.2平均传热温差 ∵221<∆∆t t ∴℃5.2822334221=+=∆+∆=∆t t t m 3.3.3水用量h kg W /328070)-(954.195103.44T C Q 5P T =⨯⨯=∆=3.3.4总传热系数K ①管程传热系数2874310355.08.9715.0021.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu >4000(湍流区) 对流传热系数： ②壳程传热膜系数：假设14000=α 查[2]附图9得：管外污垢热阻C 00344.00R 20︒⋅=m 管污垢热阻C 00172.00R 2︒⋅=m i不锈钢热导率C /142︒⋅=m w λ C /5571400100172.00229.001425.0002.0021.0025.0000344.0021.00345425.00111300000︒⋅=+++⨯⨯+⨯+⨯=++++=m w R d bd d d R d d K m i i i i αλα3.4计算换热面积2m T 02.65.2855795490T K Q S'm =⨯=∆=考虑15%的面积裕度：263.6'15.1S m S == 3.5工艺尺寸计算3.5.1．管径和流速：取mm 225⨯Φ的不锈钢管 流速u=0.5m/s3.5.2.管程数和传热管数：依据传热管径和流速确定单程传热管数642.55.0021.0785.0)8.9713600/(3280422≈=⨯⨯⨯==u d q n i vs π（根） 按单管程计算，所需的传热管长度为：传热管长：m n d s 7.146025.014.393.6S L 0=⨯⨯==π 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
