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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。
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流，通过管壁的传导传热作用，使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件：包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积：根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料：根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式：根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式，一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸：根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸，包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数：根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降：根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算：包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷：根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择：根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料，包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差：根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降：根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降，并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护：考虑到换热器的清洗和维护，要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述，列管式换热器的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时，还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
化工原理课程设计列管式换热器(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--XXX学院本科课程设计题目：列管式换热器的设计专业： XXXXXXXX学院： XXXXXXXXXX学院班级： XXXXXXX姓名： XXXX学号： XXXXXXXXXX指导教师： XXXXXX浮头式换热器设计说明说书1概述课程设计学习目的及其重要性设计是一项创造劳动，是设计者对许多构思加以综合，应用基础知识和专业知识去实现设计目标的一个过程。
化工原理课程设计是化工类相关专业的本科生运用化工原理及有关先修课程的基本知识去完成某一设计任务的一次较为全面的化工设计训练，可以增强我们独立学习，独立思考，独立分析的能力。
在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程实践是培养学生解决实际工程问题能力的有益实践。
通过课程设计，我们应该注重以下几个能力的训练和培养：1.初步掌握化工单元操作设计的基本方法和程序。
2.查阅资料，选用公式和搜集数据的能力。
3.树立既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。
4.提高运用工程语言表达设计思想的能力。
5.提高正确的进行工程计算和利用Auto CAD画图的能力。
6.提高用简洁明了的文字，清晰的图表来表达自己设计思想和撰写设计报告的能力。
列管式换热器设计的重要性及其步骤重要性：换热设备是化工工业应用典型的工艺设备，主要用于实现热量传递，使热量由高温流体传给低温物体。
一般来说，换热设备在化工厂装置中所占的比例在建设费用方面高达10%~40%。
因此从能源节省以及工厂投资的角度来讲，合理地选择和使用换热设备，可节省投资，降低能耗，具有重要意义。
列管式换热器的设计列管式换热器的应用已有很悠久的历史。
现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。
为此本章对这两类换热器的工艺设计进行介绍。
列管式换热器的设计资料较完善，已有系列化标准。
目前我国列管式换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式(即列管式)换热器”(GB151)标准执行。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以热力设计最为重要。
不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投人使用的换热器在检验它是否满足使用要求对，均需进行这方面的工作。
热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备——例如泵的选择做准备。
当然，热力设计和流动设计两者是密切关联的，特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数。
结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸，等等。
在某些情况下还需对换热器的主要零部件——特别是受压部件做应力计算，并校核其强度。
对于在高温高压下工作的换热器，更不能忽视这方面的工作。
这是保证安全生产的前提。
在做强度计算时，应尽量采用国产的标准材料和部件，根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算，此处从略)。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：①根据换热任务和有关要求确定设计方案；②初步确定换热器的结构和尺寸；③核算换热器的传热面积和流体阻力；④确定换热器的工艺结构。
1.1设计方案的确定1.1.1换热器类型的选择（1）固定管板式换热器这类换热器如图2-1(a)所示。
列管式换热器的设计（化⼯原理课程设计）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.概述及设计要求 (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.设计条件及主要物理参数 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定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.平均传热温差校正及壳程数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及化⼯原理课程以后，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。
列管式换热器设计总结
列管式换热器是一种常用于工业领域的换热设备，主要用于液体与气体或液体之间的热交换。
在列管式换热器的设计过程中，需要考虑以下几个方面：
1. 热负荷计算：根据换热器需要处理的流体量及其温度、压力等参数，确定热负荷，以此为基础进行换热器的设计。
2. 材料选择：根据液体和气体之间的化学反应和腐蚀性，选择合适的材料，如碳钢、不锈钢、铜等。
3. 管束布置与设计：根据热负荷算出的传热面积和传热系数，确定管束数量和直径，以及管间距和管子的排列方式等。
4. 精确的流体流动分析：通过CFD 等流体力学分析工具，对流体在管道中的流动进行模拟和分析，为换热器的设计提供精确的数据。
5. 热损失计算及防护设计：考虑到换热器的使用环境和工艺要求，对热损失进行计算，并设计合适的绝热措施，以确保整个换热系统的高效运行。
6. 设计方案优化和成本控制：在换热器设计过程中，需要不断对设计方案进行优化，以达到最佳性能和最小成本的目标。
综上所述，列管式换热器的设计需要考虑多个方面，并进行精细的计算和分析，以保证其高效、稳定和可靠的运行。
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。
列管式换热器设计列管式换热器设计⼀、概述1.概述与设计⽅案简介1.1换热器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。
在⼯程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并⽆本质上的差别。
换热器是化学⼯业、⽯油⼯业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、冷却器等使⽤，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地位。
由于⽣产中的换热⽬的不同，换热器的类型很多，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
特别是随着化⼯⼯艺的不断发展，新型换热器不断出现。
在换热器设计中，⾸先应根据⼯艺要求选择适⽤的类型然后计算换热所需传热⾯积，并确定换热器的结构尺⼨。
虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和⾦属耗量等⽅⾯不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐⽤、适应性强、制造材料⼴泛等独特的优点，因⽽在换热设备中仍占有重要的地位。
特别是在⾼温、⾼压和⼤型换热设备中仍占绝对优势。
1.2列管式换热器的选择列管式换热器的应⽤已有很悠久的历史，在化⼯⽣产中主要作为加热（冷却）器，冷凝器、蒸发器和再沸器使⽤。
现在，它被当作⼀种传统的标准换热设备在很多⼯业部门中⼤量使⽤，尤其在⽯油、化⼯、能源设备等部门所使⽤的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种。
按结构分为单管程、双管程和多管程，传热⾯积1～500m2。
列管式换热器按结构特点，主要分为以下四种：①固定管板式换热器；②浮头式换热器；③U形管式换热器；④填料函式换热器。
列管换热器主要特点：1．耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于⽆机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，⼏乎直到100℃都对其⽆破坏作⽤，对⼏乎所有溶剂在室温下均不溶解，⼀般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使⽤。
列管式换热器列管式换热器是一种常见的换热设备，通常用于多种工业领域，如化工、石油、电力、制药等。
它的工作原理是通过将一个或多个管道（称为管子）插入一个外壳中，并使热交换流体通过管子和壳体之间流动，以实现热量的传递。
设计举例：化工厂中的列管式换热器。
工艺要求：1.热源介质为低温烟气（300℃，2000Nm³/h）。
2.冷却介质为水（20℃，1000L/h）。
3.需要达到的换热效果：烟气温度降低到200℃以下。
设计步骤：1.确定换热面积：根据热负荷计算，烟气的热负荷（Q）为：Q = mcΔT其中，m为烟气质量流量，c为烟气比热容，ΔT为烟气温度差。
在本例中，m为2000Nm³/h，c取1000J/(kg·℃)，ΔT为300℃。
另外，换热器的换热系数（U）可以根据实际情况选择一个合适的数值。
假设U为1000W/(m²·℃)。
根据换热方程，换热面积（A）可由以下公式计算：Q = UAΔTlm其中，ΔTlm为对数平均温差，可根据进出口温度计算得到。
综上所述，可以计算得到所需的换热面积。
2.确定管子数量和布局：根据换热面积和设计要求，可以确定所需管子的数量和布局。
通常情况下，管子的数量选择为偶数，并且可以采用等间距布置。
3.材料选择：根据介质的性质和工艺要求，选择合适的材料用于制作管子和壳体。
常用的材料有不锈钢、镍合金、铜等。
4.热力设计：根据所需传热量、管子数量和进出口温度等参数，计算出每根管子的传热量。
同时，根据流体的流动参数，确定管子的直径和管道内流速。
一般情况下，可以保持流速在1-3m/s之间。
5.结构设计：根据换热器的实际需求和工艺要求，设计并确定壳体内部的分隔板、支撑杆等结构。
这些结构可以增强换热效果和传热效率，并帮助流体均匀分布。
6.安全设计：在列管式换热器的设计中，需要考虑各种安全因素，如压力、温度和泄漏等。
可以通过安全阀、温度控制器和泄漏检测器等装置来保障设备的安全运行。
列管式换热器-课程设计一、概述列管式换热器是一种将多个平行管道嵌入到圆柱形壳体中、同时将流体分别流过内、外两侧实现热量传递的设备。
本次课程设计将要探讨的是该设备的设计过程。
二、设计过程1. 确定设计参数设计前需要先确定所需的设计参数，如换热器的设计热负荷、流量、压力等，这些参数将决定换热器的尺寸和布局，为后续设计提供基础。
2. 换热器类型选择根据设计参数、使用场景、材料成本等因素选择适合的换热器类型，如单相流、双相流、冷凝器、蒸发器等。
3. 确定材料和尺寸选择适合的材料和尺寸以满足设计参数，同时考虑生产和运输的成本和实际情况。
4. 确定管束参数确定管束长度、管束密度、管道直径和布局等参数，保证管束的压力和流速符合设计要求，并达到最佳热传导效果。
5. 热传导计算进行热传导计算，以确定管束长度和直径，根据流动状态和温度场计算出换热系数、平均温差和热效率等参数。
6. 设计壳体结构设计壳体的结构和尺寸，确定支撑方式和绝热方式，同时考虑安全和易于维护的因素。
7. 流体力学分析进行流体力学分析，确定流体在管道中的流动状态，以保证衬里的材料和厚度设计得足够坚固，以避免漏泄和磨损。
8. 设计精度分析进行精度分析和优化，以确定设备的运行效率和稳定性，并满足设计和生产的要求。
9. 制造和安装根据设计图纸制造和安装换热器，并进行预试运行和调试，最终达到设计要求。
三、总结以上是列管式换热器的设计过程，该过程需要深入掌握流体力学、热传导学、结构力学等知识，同时也需要掌握计算机辅助设计软件的使用，以提高效率和质量。
设计合理的列管式换热器能够提高生产效率，降低能耗，并为工业生产的可持续发展提供支持。
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。
列管式换热器选型设计计算首先，需要确定换热器的热负荷，即需要传热的热量。
一般可以根据物料的流量、进出口温度差和物料的比热容来计算。
例如，物料流量为1000 kg/h，进口温度为80°C，出口温度为60°C，比热容为3.8kJ/(kg·°C)，则热负荷为：接下来，需要选择适当的传热面积。
传热面积与传热效果成正比。
可以根据传热系数和传热面积的关系来计算，公式如下：Q=U×A×ΔTm其中，U为换热系数，A为传热面积，ΔTm为物料的平均温差。
由于换热系数与流体特性、流体配管、管壁传热等因素有关，需要通过经验或参考书籍来确定一个合适的换热系数。
常见的换热系数范围为1000-4000W/(m2·°C)。
通过计算可以得到传热面积：A=Q/(U×ΔTm)然后，需要确定流体流速和压降。
流速的选择要考虑到换热效果和能耗的平衡。
一般情况下，流速应该在合适的范围内，避免过高或过低造成换热效果不佳或能耗过大。
压降则需要根据流体的压力和流速来计算。
一般通过经验公式或流体力学方法来计算。
最后，选择合适的材料和管子数量。
材料要能够满足工艺要求，耐腐蚀、耐高温等。
常见的材料有不锈钢、碳钢、铜等。
管子数量的选择要保证传热面积充分利用，同时要考虑到设备的尺寸和造价等因素。
总结起来，列管式换热器选型设计主要包括确定热负荷、选择传热面积、确定流体流速和压降、选择材料和管子数量等。
这些步骤需要考虑换热器的传热性能、流体特性、工艺要求和经济性等因素，通过计算和经验可以确定最合适的选型设计方案。
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，管子可以自由膨胀。
其缺点式管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。
对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其它特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力和温度，换热器管程与壳程的温度差，换热器的热负荷，检修清洗的要求等因素决定采用哪一类型的列管式换热器。
1.3换热器内流体通入空间的选择哪一种流体流经换热器的壳程，哪一种流体流经管程，下列各点可供参考（以固定管板式为例）。
（1）不清洁和易结垢的流体易走管内，因为管内清洗比较方便。
（2）腐蚀性的流体易走管内，以免管子和壳体同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
（3）压强高的流体易走管内，以免壳体受压，可节省金属消耗量。
（4）饱和蒸汽易走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，它对清洗无要求。
（5）有毒流体易走管内，使泄露机会较少。
（6）被冷却的流体易走管间，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，易走管间，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流速和流量的不断改变。
在低Re 值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者易走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。
1.4流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流换热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使传热系数增大，动力消耗就增多。
所以适宜的流速要通过经济衡算才能确定。
此外，在选择流速时，还要考虑结构上的要求。
例如，选择高的流速，使管子数目减少，对一定的换热面积，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；单程变成多程使平均温度降下来。
这些也是选择流速时应考虑的问题。
表1-1至表1-3列出了常用的流速范围，可供设计参考。
所选的流速，应尽可能避免在滞流下流动。
表1-1常用的流速范围Table 1-1 The scope of common use in current velocity流体种类一般流体易结垢液体气体管程流速 m/s 0.5～3 ＞＞1 5～30壳程流速m/s 0.2～1.5 ＞＞0.5 3～15表1-2安全允许速度Table 1-2 The speed of the safe admission of the liquid液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允许速度/m/s ＜1 ＜2～1.5 ＜10表1-3不同粘度液体的常用流速Table 1-3 The different of the liquidin common use current velocity 液体粘度/mPa.s ＞1500 1500～500 500～100 100～35 35～1 ＜1最大流速/m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.41.5确定设计方案的原则1.5.1满足工艺和操作的要求。
设计出的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并在确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化时采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，检修应方便。
1.5.2满足经济上的要求。
在确定某些操作指标和选定设备型式以及仪表配置时，要有经济核算的观点，既能满足工艺和操作要求，又使施工建简便，材料来源容易，造价低廉。
如过有废热可以利用，要尽量节省热能，充分利用，或者采取适当的措施达到降低成本的目的。
1.5.3保证安全。
在工艺流程和操作中若有爆炸，燃烧、中毒、烫伤等危险性，就要考虑必要的安全措施。
又如设备的材料强度的验算，除按规定应有一定的安全系数外，还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。
以上所提的都是为了保证安全生产所需要的。
第二章列管式换热器热力计算2.1稳态传热（1）稳态传热的基本方程式为：Q=KA△tmQ热负荷，W；K总传热系数，W/m2•℃；A换热器总传热面积，m2；△t进行换热的两流体之间的平均温度，℃。
m2.1.1热负荷当忽略换热器对周围环境的散热损失时，根据能量平衡，热流体所放出的热量应等于冷流体所吸收的热量，即Q=W h(H h1-H h2)=W c(H c2-H c1) (2)式中Q 换热器的热负荷，kJ/h或W；W 流体的质量流量，kg/h；H 单位质量流体的焓，kJ/kg；下标c,h分别表示冷流体和热流体，下标1和2表示换热器的进出口。
若换热器中两流体无相变化，且流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时，即Q=W h C ph(T1-T2)=W c C pc(t2-t1)（3）式中C p流体的平均比热容，kJ/（kg•℃）；t 冷流体的温度，℃；T热流体的温度，℃。
若换热器中有热流体的相变化，即Q=W hγ=W c C pc(t2-t1)（4）式中W h饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率，kg/h；γ饱和蒸气的冷凝热，kJ/kg。
2.1.2总传热系数（1）总传热系数的计算式两流体通过管壁的传热包括以下过程[4]。
a.热流体在流动过程中把热量传给管壁的对流热。
b.通过管壁的热传导。
c.管壁与流动中的冷流体之间的对流传热。
d.换热器在实际操作中，传热表面上常有污垢积存，对传热产生附加热阻，使总传热系数降低。
在估算K值时一般不能忽略污垢热阻。
由于污垢层的厚度及导热系数难以准确地估计，因此通常选用污垢热阻的经验值，作为计算K值的依据，若管壁内、外侧表面的污垢热阻分别用R si及R so表示。
1/K=1/αo+d o/αi d i+R so+R si d o/d i+bd o/λd m (5)其中αo管外流体传热膜系数，w/m2·℃；αi管内流体传热膜系数，w/m2·℃；R si、R so管壁内、外侧表面的污垢热阻，m2·℃/ w；d i、d o、d m管内径、外径和内、外径的平均直径，m；b 管子壁厚，mm；λ管壁材料的导热系数，w/m2·℃；2.1.3平均温度变温传热时，若两流体的相互流向不同，则对温度差的影响也不同，通常逆流传热效果好，以逆流为列，推导出计算平均温度的通式。
Δt mˊ=(Δt1+Δt2)/2 (6)Δt1=T1-t2Δt2= T2-t1式中T1, T2热流体的进出口温度,℃；t1, t2冷流体的进出口温度, ℃；Δt m=ΦΔtΔt mˊ (7) Δt mˊ按逆流计算时的平均温度差, ℃；ΦΔt 温度差校正系数,无量纲；温度差校正系数ΦΔt与冷热流体的温度变化与关,是P和R两因素的函数,即ΦΔt=f(P,R)式中P= (t2-t1)/ (T1- t1)=冷流体温升/两流体的最初温度差R= (T2 -T1)/ (t2-t1)=热流体的温降/冷流体的温升温度校正系数ΦΔt值可根据P和R两因素从相应的图中查得温度差校正系数图是基于以下假设作出的。
壳程任一截面上流体温度均匀一致。
（1）管方各程传热面积相等。
（2）总传热系数K和流体比热容Cp为常数。
（3）流体无相变化。
（4）换热器的热损失可以忽略不计。
2.2对流传热膜系数无相变对流传热的传热膜系数2.2.1管内传热膜系数对低黏度流体，Re＞10000，0.7<Pr＜120, L/d＞60时αi=0.023λi/d i Re i0.8 Pr i n(8) 加热n取0.4；冷却n取0.32.2.2管外传热膜系数αo=0.36(λ/d m) Re i0.55 Pr i1/3(µ/µw)0.14(9) Re=2×103～1×106有相变对流传热的传热膜系数[5]蒸汽在水平管外冷凝a o=1.163×0.945（λf3ρf2g/μf G g/）1/3（10）2.3流体压强降的计算2.3.1管程流动阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。
对于多程换热器，其总阻力∑ΔP i等于直管阻力、ΔP2阻力及进、出口阻力之和。
一般进、出口阻力可忽略不计，故管程阻力的计算式为∑ΔP i=(ΔP1+ΔP2)F t N p（11）式中ΔP1、ΔP2分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，Pa；F t结垢校正因数，无量纲，对Φ25×2.5mm的管子，取1.4，对Φ19×2mm的管子，取1.5；N p管程数；ΔP1=λ(L/d)×(ρu2/2) （12）ΔP2=3ρu2/2 （13）2.3.2壳程流动阻力现已提出的壳程流动阻力的计算公式虽然较多，但是由于流体的流动状况比较复杂，因此使计算得到的结果相差很多。
