换热器设计步骤

摘要

换热器的应用贯彻化工生产过程的始终，换热器换热效果的好坏直接影响化工生产的质量和生产效益。

所以换热器是非常重要的化工生产设备,在化工领域中，它扮演着主力军的身份，它是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，在化工设备中占大约50%以上的比重。

既然换热器在化工生产中扮演如此重要的角色，那么如何设计出换热效果好，设备健全合理，三废排放量更低，能源利用率更高，经济效益高的换热器是我们从事化工行业工作人员刻不容缓的职责。

为了完成年产2.8万吨酒精的生产任务，设计换热器的总体思路：在正常的生产过程中，利用塔底的釜残液作为加热介质在塔底冷却器中进行第一次预热，然后用少量的水蒸汽便可在预热器中使原料液达到预期的温度进入精馏塔中。塔顶酒精蒸汽经过全凝器，利用循环冷却水作为冷却介质使酒精蒸汽转为液体。最后，在塔顶冷却器中再次用冷却水使其降到25。C输送到储装罐中。

关键词：冷却器；再沸器；全凝器；对流传热系数；压降；列管式换热器；离心泵。

目 录

第一章 换热器的设计 ..............................................

1.1概述 .............................................................

1.1.1流程方案的确定 ..............................................

1.1.2 加热介质、冷却介质的选择 ...................................

1.1.3 换热器类型的选择 ...........................................

1.1.4 流体流动空间的选择 .........................................

江西科技师范学院药学院

课程设计说明书

专 业： 制药工程

班 级：

姓 名：

学 号：

指导教师： 程丹

设计时间：2011年9月1日——9月14日

要 求 与 说 明

一、学生采用本报告完成课程设计总结。

二、要求文字用钢笔或圆珠笔填写，工整、清晰。所附设备安装图用铅笔或计算机绘图画出。

三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。

1 一、 设计任务书

设计题目：列管式换热器的设计

设计条件：某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从 140℃进一步冷却至60 ℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏·h-1，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为℃，出口温度为 ℃，要求设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

已知该混和气体在80～100℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：

密度 31/90mkg

定压比热容 1pc=3.297 kJ/(kg·℃)

热导率 1=0.0279 W/(m·℃)

粘度 Pas51105.1

生产过程流程图

二、 设计方案简介

2 1、设计流程

从整个换热器设计，我们可以把整个设计过程分为物性数据的确定、传热面积的估算、工艺尺寸的设计、换热器参数的核算、图纸的绘制这五个基本步骤。

2、选择换热器类型

两流体温度变化情况：热流体混合气体入口温度140℃，出口温度60℃；冷流体入口温度29℃，出口温度39℃。221ttt，t冷=（29+39）/2=34℃，t热=（140+60）/2=100℃，t热- t冷=100-34=66℃，温差较大，大于50℃，混合气体压力为6.9Mpa，冷却水压力为0.4 Mpa，压力偏高，故可以选用浮头式换热器，采用逆流。

列管式换热器的设计与计算

设计步骤如下：

第一步：确定换热器的需求

首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。这些参数将在后续的计算中使用。

第二步：选择合适的换热器型号

根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。

第三步：计算表面积

根据流体的热传导计算表面积。换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。根据这个公式，可以计算出所需的表面积。

第四步：确定管子数量和尺寸

根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。

第五步：确定管板和管夹的尺寸

根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。

第六步：确定换热器的材质和厚度 根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。

第七步：校核换热器的强度

对换热器的强度进行校核。根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。

第八步：制定施工方案和图纸

根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。

上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。

首先，需要计算流体的传热系数。传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。

其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。

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。只有综合考虑了这些因素，才能设计出一个高效、可靠的列管式换热器。