管壳式换热器课程设计任务书
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管壳式换热器课程设计任务书
河南理工大学管壳式换热器课程设计姓名：李钦博学号：311204000210学院：机械与动力机械学院专业：热能与动力工程班级：热动1201指导老师：王华河南理工大学机械与动力工程学院能源与动力工程系2016.3管壳式换热器课程设计任务书一、设计题目：设计一台煤油冷却的换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度40℃。
3、允许压强降：不大于100kPa。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：14t/h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。
目录一．设计概述 (3)1.1热量传递的概念与意 (3)1.2换热器的概念及意义 (5)1.3管壳式换热器的简介 (5)二.试算并初选换热器规格 (6)2.1. 流体流动途径的确定 (6)2.2. 物性参数及其选型 (6)2.3. 计算热负荷及冷却水流量 (7)2.4. 计算两流体的平均温度差 (7)2.5. 初选换热器的规格 (8)三.工艺计算 (9)3.1. 核算总传热系数 (9)3.2. 核算压强降 (11)3.3经验公式 (12)四.设计评述 (13)参考文献 (13)一.设计概述1.1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，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
管壳式换热器的课程设计
注意事项
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
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℃。
管壳式换热器设计 课程设计
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 (29)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。
管壳换热器课程设计
管壳换热器课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握管壳换热器的基本原理、结构类型、设计计算方法和应用范围。
技能目标要求学生能够运用所学知识进行管壳换热器的选型、设计和分析。
情感态度价值观目标培养学生对热能工程领域的兴趣，提高学生解决实际工程问题的责任感和使命感。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求，明确课程目标，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，选择和教学内容，确保内容的科学性和系统性。
制定详细的教学大纲，明确教学内容的安排和进度。
1.管壳换热器的基本原理：包括热传递过程、传热速率、对数平均温度差等。
2.管壳换热器的结构类型：光管换热器、壳管换热器、板式换热器等。
3.管壳换热器的设计计算方法：包括换热面积计算、壳程压力降计算、管程压力降计算等。
4.管壳换热器的应用范围：石油、化工、电力、制冷等领域的实际应用案例。
三、教学方法选择合适的教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
通过教学方法应多样化，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：系统地传授管壳换热器的基本原理、设计方法和应用案例。
2.讨论法：学生针对实际工程问题进行讨论，培养学生的思辨能力和团队协作精神。
3.案例分析法：分析石油、化工、电力、制冷等领域的实际应用案例，加深学生对管壳换热器的理解。
4.实验法：安排实验课程，让学生动手操作，培养学生的实践能力和实验技能。
四、教学资源选择和准备适当的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
教学资源应该能够支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
1.教材：选用权威、实用的教材，如《管壳换热器设计与应用》。
2.参考书：推荐学生阅读相关领域的经典著作和最新研究成果。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式呈现教学内容。
4.实验设备：配置相应的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
管壳式换热器课程设计
目录前言 (2)第一部分，甲苯冷凝器的设计一、设计任务 (4)二、设计要求 (4)三、工艺结构尺寸 (6)（1）管径和管内流速 (6)（2）管程数和传热管数 (6)（3）平均传热温差校正及壳程数 (6)（4）传热管的排列和分程数法 (7)（5）壳体内径 (7)四、换热器主要传热参数核算 (8)（1）计算管程对流传热系数 (8)（2）计算壳程对流传热系数 (8)（3）确定污垢热阻 (9)（4）总传热系数 (9)第二部分，甲苯冷却器的设计一、试算并初选换热器规格 (11)（1）流体流动途径的确定 (11)（2）确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式 (11)二、计算总传热系数 (11)（1）计算热负荷 (11)（2）冷却水用量 (12)（3）计算平均传热温度差 (12)（4）总传热系数K (12)（5）估算换热面积 (12)三、工艺结构尺寸 (12)（1）管径和管内流速 (12)（2）管程数和传热管数 (12)（3）平均传热温差校正及壳程数 (13)（4）传热管的排列和分程方法 (14)（5）壳体内径 (14)四、换热器主要传热参数核算 (15)(1)壳程对流传热系数 (15)(2)管程对流传热系数 (16)(3)基于管内表面积的总传热系数 (16)(4)计算面积裕度 (17)化工原理课程设计任务书一、设计任务题目＃＃．＃万吨/年甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷)换热系统工艺设计。
二、任务给定条件1.热流条件：流量为10500kg/h的甲苯蒸汽从120℃，0.14 MPa(绝压)冷凝到120℃，0.14 MPa(绝压) 甲苯液，再冷却到30℃；120℃甲苯汽相热焓140 Kcal/Kg，液相焓53 Kcal/Kg，30℃甲苯液相焓13 Kcal/Kg ；定性温度80℃时甲苯密度810Kg/m3 , 比热0.446(Kcal/Kg. ℃) 绝对粘度0.32(cp) ，比热0.104 (Kcal/(m.h. ℃)) 。
管壳式换热器设计说明书
1．设计题目及设计参数 (1)1.1设计题目：满液式蒸发器 (1)1.2设计参数： (1)2设计计算 (1)2.1热力计算 (1)2.1.1制冷剂的流量 (1)2.1.2冷媒水流量 (1)2.2传热计算 (2)2.2.1选管 (2)2.2.2污垢热阻确定 (2)2.2.3管内换热系数的计算 (2)2.2.4管外换热系数的计算 (3)2.2.5传热系数K计算 (3)2.2.6传热面积和管长确定 (4)2.3流动阻力计算 (4)3．结构计算 (5)3.1换热管布置设计 (5)3.2壳体设计计算 (5)3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5)3.4零部件结构尺寸设计 (6)3.4.1管板尺寸设计 (6)3.4.2端盖 (6)3.4.3分程隔板 (7)3.4.4支座 (7)3.4.5支撑板与拉杆 (7)3.4.6垫片的选取 (7)3.4.7螺栓 (8)3.4.8连接管 (9)4．换热器总体结构讨论分析 (10)5．设计心得体会 (10)6．参考文献 (10)1．设计题目及设计参数1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数：蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22；蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃，冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1t "=7℃。
2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ，P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kgm04427.0v 31=，kgmv 3400078.0=图2-1 R22的lgP-h 图制冷剂流量skg skg h h Q q m 667.0250405105410=-=-=2.1.2冷媒水流量水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3,c p =4.192KJ/(Kg ·K)smsmt Q P 333'210vs 10011.5)710(192.471.999105)t (c q -⨯=-⨯⨯=-=‘ρ2.2传热计算 2.2.1选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【3】p71换热管用低翅片管序号3，规格φ16×1.5，如图所示：mm 25.1s f = mm 86.15d t = mm 5.1h = mm 11d i = mm 86.12d b =，每米管长管外表面积mm15.0a 2of =，螺纹管增强系数35.1=ϕ，铜管导热系数)·m (39802C W=λ图2-2 外螺纹管结构图 2.2.2污垢热阻确定冷媒水平均温度C t o s 5.9=,制冷剂C t o 20=,水的流速取s m s m u 15.1>=，根据资料【1】p198表9-1，管内污垢系数W C o2i m 000045.0=γ 管外污垢系数W C o2o m 00009.0=γ2.2.3管内换热系数的计算冷媒水的定性温度C t o s 5.9=,查物性表得：371.999mkg=ρ，7275.9=r p ，s m10330.126-⨯=υ ，)m (10285.572K W ⋅⨯=-λ,暂取水的流速smu 7.1=，管程设计为2程，每流程管子数317.11114.350114d q 422vs=⨯⨯⨯==uZ iπ，当Z=31时，冷媒水的实际流速为smsmzd q u ivs702.1311114.310011.544232=⨯⨯⨯⨯==π，1407710330.11011702.1Re 63=⨯⨯⨯==--υiud根据资料【2】6-15，828.947275.914077023.0r e 023.0u 3.08.03.08.0=⨯⨯==P R N ，)·m (4938)·(101110285.57828.94d ·o2o232iC WC m WNu a i =⨯⨯⨯==--λ2.2.4管外换热系数的计算平均传热对数温差：C C t t t t t Oo m 213.7510ln 510'"ln'"=-=∆∆∆-∆=∆管外换热系数45.0082.0002.3P θα=,其中20000-=-=w w t t t θ2.2.5传热系数0K 计算传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为0θ；第二部分是热量经过管外污垢层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。
管壳式换热器设计-课程设计
一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1．管壳式换热器的结构设计包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。
2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和支座水压试验应力校核4. 支座结构设计及强度校核包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。
6. 编写设计说明书一份7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。
三、设计条件气体工作压力管程：半水煤气0.75MPa壳程：变换气 0.68 MPa壳、管壁温差55℃，tt ＞ts壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。
由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。
四、基本要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制；3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。
5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
五、设计安排六、说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。
3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。
（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计（1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。
换热器课程设计任务书指导书_新
山东建筑大学课程设计说明书题目：管壳式油冷却器设计课程：热交换器理论与设计院（部）：热能工程学院专业：热能与动力工程(热电方向）班级：学生姓名：学号：指导教师：杨丽钱焕群完成日期：山东建筑大学课程设计任务书院系热能工程学院专业热能与动力工程（热电方向）班级姓名课程设计题目：管壳式油冷却器设计课程设计时间：从2014 年1 月6 日到2014 年1月17 日一、课程的目的换热器课程设计是《热交换器理论与设计》课程的主要教学环节之一。
通过课程设计可以使学生加强了解换热器工艺设计内容、程序和基本原则，掌握换热器设计的基本方法和步骤，提高运算和制图能力。
同时，可以使学生进一步巩固所学的理论知识，并运用这些知识来解决工程实际问题。
二、设计技术参数和要求11号润滑油处理量：20Kg/s11号润滑油入口温度： 90℃11号润滑油出口温度： 45℃冷却水流量： 50Kg/s冷却水入口温度： 26℃冷却水工作压力： P = 0.1 MPa （表压）允许最大压力降：油侧 <0.08 MPa，水侧 <0.06 MPa三、设计内容和步骤根据给定条件，提出设计方案，编写设计说明书，绘制装配图和管板、折流板的零件图。
设计内容和步骤包括：1. 换热器型式、台数及流动方式的选择；2. 换热器流体流动空间的选择；3. 流体流速的选择；4. 管子和壳体材料的选择；5. 热计算。
包括确定流体的出口温度、定性温度，换热器的热负荷及平均温差计算。
6. 结构设计。
包括确定换热管直径和长度，确定壳体直径，确定折流板、拉杆等部件的尺寸及数量；选用分程隔板、纵向隔板、挡管、导流筒、防冲板等部件及其结构尺寸确定；要求长径比在4—10之间。
管壳式换热器属于压力容器，壳体应该进行强度计算，但是由于缺乏压力容器的学习，本次课程设计不要求进行强度计算。
7. 传热计算及阻力计算。
包括对传热系数和壁温的核算以及流通通道的阻力计算.要求实际传热面积比所需传热面积大10%—20%。
管壳式换热器设计-课程设计
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 (1)第二章管壳式换热器简介 (1)第三章设计方法及设计步骤 (2)第四章工艺计算 (3)4.1 物性参数的确定 (3)4.2核算换热器传热面积 (4)4.2.1传热量及平均温差 (6)4.2.2估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (9)5.1换热管计算及排布方式 (9)5.2壳体内径的估算 (12)5.3进出口连接管直径的计算 (12)5.4折流板 (13)第六章换热系数的计算 (17)6.1管程换热系数 (17)6.2 壳程换热系数 (17)第七章需用传热面积 (19)第八章流动阻力计算 (20)8.1 管程阻力计算 (21)8.2 壳程阻力计算 (22)总结 (24)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。
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河南理工大学管壳式换热器课程设计姓名：李钦博学号：311204000210学院：机械与动力机械学院专业：热能与动力工程班级：热动1201指导老师：王华河南理工大学机械与动力工程学院能源与动力工程系2016.3管壳式换热器课程设计任务书一、设计题目：设计一台煤油冷却的换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度40℃。
3、允许压强降：不大于100kPa。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：14t/h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。
目录一．设计概述 (3)1.1热量传递的概念与意 (3)1.2换热器的概念及意义 (5)1.3管壳式换热器的简介 (5)二.试算并初选换热器规格 (6)2.1. 流体流动途径的确定 (6)2.2. 物性参数及其选型 (6)2.3. 计算热负荷及冷却水流量 (7)2.4. 计算两流体的平均温度差 (7)2.5. 初选换热器的规格 (8)三.工艺计算 (9)3.1. 核算总传热系数 (9)3.2. 核算压强降 (11)3.3经验公式 (12)四.设计评述 (13)参考文献 (13)一.设计概述1.1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，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。
热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。
3.传热的基本方式根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式：（1）热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。
热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。
（2）热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。
热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流；二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。
此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面（或反之）的过程，通常称为对流传热。
（3）热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。
热辐射的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量的转移。
1.2换热器的概念及意义在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。
这种设备统称为换热器。
在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。
换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。
它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。
换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。
任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。
【表】换热器设计要求1.3、管壳式换热器的简介管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器。
它包括:固定管板式换热器、U 型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。
管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。
管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。
另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。
管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。
1）工作原理：管壳式换热器和螺旋板式换热器、板式换热器一样属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。
2）主要技术特性：一般管壳式换热器与其它类型的换热器比较有以下主要技术特性： 1、耐高温高压，坚固可靠耐用；2、制造应用历史悠久，制造工艺及操作维检技术成熟；3、选材广泛，适用范围大。
二 试算并初选换热器规格2.1.流体流动途径的确定本换热器处理的是两流体均不发生相变的传热过程，且均不易结垢，根据两流体的情况，故选择煤油走换热器的管程，循环水走壳程。
2.2.确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式冷却介质为循环水，取入口温度为：30℃，出口温度为：（25＋5～10）℃ 煤油的定性温度c T o m 90240140=+=水的定性温度：c t o m 3523040=+=两流体的温差：c t T om m 553590=-=+由于两流体温差不大于60℃，故选用固定管板式列管换热器.查《换热器设计手册》——机械工业出版社 P265图4－21表4－33 可有：=煤油u 0.381cp =0.604mPa ·s ＝水μ0.825cp =0.825mPa ·s P238图4－15表4－16 可有： =煤油cp 2.33KJ/(㎏·oC) ＝水Cp 4.176KJ/(㎏·o C)P274图4－28(2)液体导热系数 可有： =煤油λ0.128W/(m·oC)水λ=0.613W/(m·oC)查《换热器设计手册》 机械工业出版社两流体在定性温度下的物性数据如下:2.3．计算热负荷和冷却水流量h kg t t Cp Q W c /4.15)2530(10176.43600322000(3)12=-⨯⨯=-=()W T T C W Q ph h 538211022.33600/)4080(10828.1243001014.1⨯=-⨯⨯⨯⨯⨯=-=2.4．计算两流体的平均温度差暂按单壳程、多管程进行计算，逆流时平均温度差为： ()()()C t tt t t m ο07.29)2540(3080ln 25403080ln 1212=-----=∆∆∆-∆=∆，而 091.0258025301212=--=--=T T t t P8253040801221=--=--=t t T T R由《换热器原理》查图4－19可得:82.0=Φ∆t 所以C t t m t m ο9.2707.2996.0=⨯=∆Φ=∆∆，又因为0.96>8.0，故可选用双壳程的列管换热器。
2.5．试算和初选换热器的规格根据低温流体为水，高温流体为有机物有K 值的范围：430～850W/(2m ·oC ）, 假设()2400/K W m C=⋅o又因为煤油走管程且初选mm .219⨯Φ，L= 4.5m 的列管，所以设 s m u i /9.0=由 i i in d u V 24π= 可求得：单管程的管子根数： 221153694283002436000.015 3.140.94i ii V n u d π⨯===⨯⨯⨯⨯⨯根5200 3.221028.8540027.9m Q S m K t ⨯==∆⨯82.3439025.014.36.10600=⨯⨯==i i n d S L π管程数： 6682.34===L L N i p 所以 428108p i n N n =⨯=⨯=根 将这些管子进行排列有图如下：据此初选固定管板式换热器规格尺寸为：实际传热面积289.225.4015..014.3108m L d n S =⨯⨯⨯==πο 若采用此传热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为：•=⨯⨯=∆=K 25/(4335.3289.221022.3m W t S Q m ℃）三 工艺计算3.1. 核算总传热系数1）计算管程对流传热系数i α22204770.044150.010844m d n A i i =⨯⨯⨯=⨯⨯=ππ s m A V u i s i 925.0325.99636002430000477.0114000000=⨯⨯⨯⨯==（与假设相一致 合适）()湍流43106225.110852.0325.996925.0015.0Re ⨯=⨯⨯⨯==-μρi i i u d 8.5613.010852.010176.4Pr 33=⨯⨯⨯==-λμp i C图 壳程摩擦系数f 0与Re 0的关系所以()()Cm W d i ii ο⋅=⨯⨯⨯⨯==24.08.043.08.0/44328.5)106225.1(015.0613.0023.0(Pr Re 023.0煤油被加热）λα 2）计算壳程对流传热系数0α换热器中心附近管排中流体流通截面积为： 2000244.0032.0019.014.015.01m t d hD A =⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 式中 --h 折流挡板间距，取300mm ；--t 管中心距，对mm 5.225⨯Φ，mm t 32=。
因为 h kg W C /4.15=所以s m A V u s /22.00244.06.86324300360011400000000=⨯⨯⨯⨯==由正三角形排列得：m d d t d e 05.0019.014.3)019.0414.3032.023(4)423(4220202=⨯⨯-⨯⨯=-=ππ 因为 0Re 在3102⨯～6101⨯范围内，故可用下式计算0α()()μλαΦ⨯=31055.000Pr Re 36.0ed 6.4151.010381.010828.1Pr 330=⨯⨯⨯==-λμp C壳程中水被加热，取 05.1=Φμ，所以 48405.1)6.4()24154(05.0151.036.03155.00=⨯⨯⨯=α()C m W ο⋅2/ 3）确定污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取为：（井水）有机液体），W C m R W C m R so si /00017.0(/0002.022οο⋅=⋅=4）总传热系因为煤油为有机物，管子材料选用不锈钢，取其导热系数为/5.16W w =λ.下载可编辑.(m·oC)，总传热系数0K 为：()Cm W d d d d R R K ii i siso ο⋅=⨯+⨯⨯+⨯+=+++=--2440000/360154432191519100.2107.14841111αα由前面计算可知，选用该型号换热器时，要求过程的总传热系数为()C m W ο⋅2/443，在传热任务所规定的流动条件下，计算出的0K 为()C m W ο⋅2/526，其安全系数为：100360360443⨯-％=2.20％故所选择的换热器是合适的。