多壳程列管式换热器的设计方案

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。

X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目： 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -----------------------------班级： -------------学号： ----------- 姓名： ---- 日期： ---------------指导教师： ----------设计成绩：日期：换热器设计任务书目录1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1.设计方案简介1.1列管式换热器的类型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。

固定管板式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；在相同的壳体直径内，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。

其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内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，可在壳体内沿轴向自由伸缩，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；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。

化工原理课程设计---列管式换热器的设计列管式换热器是一种常用的换热器类型，其结构简单、传热效率高、维修方便等优点使其在工业生产中得到广泛应用。

该换热器由多个平行排列的管子组成，热流体和冷流体分别流过管内外，通过管壁传递热量，实现热量交换。

根据不同的流体流动方式，列管式换热器又可分为纵向流式和横向流式两种形式。

其中，横向流式换热器传热效率更高，但结构较为复杂，维修难度较大，因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择。

浮头式换热器的特点是管板和壳体之间没有固定连接，只有一个浮头，管束和浮头相连。

浮头可以在壳体内自由移动，以适应管子和壳体的热膨胀。

这种结构适用于温差较大或壳程压力较高的情况。

但是，由于管束和浮头的连接是松散的，因此需要注意防止泄漏。

U型管式换热器：U型管式换热器的管子呈U形，两端分别焊接在管板上，形成一个U型管束。

壳体内的流体从一端进入，从另一端流出，管内的流体也是如此。

这种结构适用于流体腐蚀性较强的情况，因为管子可以很容易地更换。

多管程换热器：多管程换热器是将管束分成多个组，每组管子单独连接到管板上，形成多个管程。

这种结构可以提高传热效率，但也会增加流体阻力。

因此，需要根据具体情况来选择多管程的数量。

总之，列管式换热器是一种广泛应用于化工及酒精生产的换热器。

不同的结构适用于不同的工艺条件，需要根据具体情况来选择合适的换热器。

在使用过程中，需要注意保养和维护，及时清洗和更换损坏的部件，以保证换热器的正常运行。

换热器的一块管板与外壳用法兰连接，另一块管板不与外壳连接，这种结构称为浮头式换热器。

浮头式换热器的优点是管束可以拉出以便清洗，管束的膨胀不受壳体约束，因此在两种介质温差大的情况下，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。

但其缺点是结构复杂，造价高。

填料式换热器的管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也较低。

但壳程内介质有外漏的可能，因此不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。

根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。

各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。

具体项目如下：设计要求：1.某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为30℃，出口温度自定。

2.物料（苯）的处理量为1000 吨/日。

3.要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。

1、换热器类型的选择。

列管式换热器2、管程、壳程流体的安排。

水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大3.干净的物流宜走壳程。

而易产生堵、结垢的物流宜走管程。

3、热负荷及冷却剂的消耗量。

=30℃，冷却冷却介质的选用及其物性。

按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1水出口温度设计为t=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：2=0.727Χ10-3Pa.s密度ρ=994kg/m3粘度μ2导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：进口温度：80.1℃出口温度：40℃密度ρ=880kg/m3粘度μ=1.15Χ10-3Pa.s2导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s4、传热面积的计算。

平均温度差（ ） 确定R 和P 值查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为△tm=△t ’m ×0.9=27.2×0.9=24.5由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K （估计）为400W/（m2·℃）估算所需要的传热面积：S 0=估计 =75m25、换热器结构尺寸的确定，包括：（1）传热管的直径、管长及管子根数；由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm ×2mm管内流体流速暂定为0.7m/s所需要的管子数目：，取n 为123 管长： =12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m ，选用三管程管子的排列方式及管子与管板的连接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。

列管式换热器设计方案和选用设计方案和选用列管式换热器导论：设计方案：1.确定换热器的工作条件：在进行列管式换热器的设计时，首先需要确定换热器的工作条件，包括工作介质的流量、温度、压力等参数。

这些参数将对换热器的尺寸和换热效率等性能产生影响。

2.选择合适的管束类型：列管式换热器一般由多个管子组成的管束和螺纹固定在两个壳体上的结构组成，因此需要选择合适的管束类型。

常用的管束类型有单管、单排管束、多排管束、隔室管束等。

选择合适的管束类型可以提高换热效率，并满足不同的换热要求。

3.确定换热面积和管束长度：换热器的性能主要取决于换热面积和管束长度。

根据工作条件和换热要求，确定合适的换热面积和管束长度。

一般来说，换热面积越大，换热效果越好，但是也会增加成本和体积。

4.确定流体流动方式和传热方式：列管式换热器的流体流动方式包括顺流、逆流和交叉流等，传热方式包括对流传热和辐射传热等。

根据换热要求和经济性，选择合适的流动方式和传热方式。

5.确定壳程流动分配方式：壳程流动分配方式包括平行流动和逆流动等。

在设计中，需要根据换热要求和经济性选择合适的流动分配方式。

选用：1.根据工艺要求选择合适的材料：列管式换热器的材料对于其耐用性和可靠性有着重要影响。

根据介质的性质和工艺要求，选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜等。

2.确定换热器的维护和清洗方式：列管式换热器由于结构复杂，清洗和维护较为困难。

因此，在选用时需要考虑清洗和维护的方便性，选择易于清洗和维护的设计。

3.考虑能量利用率和经济性：在选用列管式换热器时，还需要考虑能量利用率和经济性。

换热器的能量利用率越高，所需热交换面积就越小，经济性就越好。

因此，选择高效能量利用的换热器是非常重要的。

4.参考其他用户的反馈和评价：在选用列管式换热器时，可以参考其他用户对于不同品牌和型号的反馈和评价。

这些反馈和评价可以提供有关换热器性能和可靠性的宝贵信息。

总结：列管式换热器的设计方案和选用需要考虑多个因素，包括工作条件、管束类型、换热面积、管束长度、流体流动方式、传热方式、壳程流动分配方式、材料选择、维护和清洗方式以及能量利用率和经济性等。

摘要在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。

在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。

随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样,不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。

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，并确定换热器的结构尺寸、材料。

列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程列管式换热器。

关键词:温度传热面积结构尺寸材料１．前言１.１列管式换热器设计的意义换热器是建筑采热取暖生产中必不可少的设备,近几年由于新技术的发展，各种类型的换热器越来越受工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，广泛应用于化工、医药、食品饮料、酒精生产、制冷、民用等工艺；因此,无论是从工业的发展还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。

1.2列管式换热器的工作原理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。

为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。

挡板可提高壳程流体速度,迫使流体ﻫ按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。

换热管在管板上按等边三角形或正方形排列。

等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易ﻫ结垢的流体。

ﻫ流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。

按换热方式可分为单壳程单管程换热器、双管程、多管程、多壳程换热器。

列管式换热器的设计一、概述在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。

在一般化工的建设中，换热器约占总投资的11％。

在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的2 0%。

若按工艺设备重量统计，换热器在石油、化工装置中约占40%左右。

随着化工、石化、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。

今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。

换热器的类型很多．特点各异，分类方法也不尽相同。

苦按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。

技其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式利翅片管式等。

若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。

列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整．目前在许多国家中都已有系列化标准产品。

虽然在换热效率、紧凑件、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性较大，成本较低等优点，因而仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备,也是各类换热器的主要类型。

二、列管式换热器的结构、固定及各种性能参数 1．列管式换热器的结构列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板(又称花板)、封头(又称端盖)等部件组成，图1—1为它的基本构型，此式为卧式换热器，除此之外还有立式的。

在圆筒形的完体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。

封头用螺钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，可将封头盖拆除。

图1—1 列管式换热器的基本结构冷、热流体在列管式换热器内进行换热时，一种流体在管束与壳体间的环隙内流动，其行程称为壳程；另一种流体在换热管内流动，其行程称为管程。

管内流体每通过一次管束称为一个管程。

如需要换热器较大传热面积时，则应排列较多的换热管束。

X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目: 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -—----———-——---—————-—-—---—-班级：—--——-——-—-—-学号: —--——-----—姓名： -—--日期：——-—-—-———-——--指导教师: —---—-----设计成绩: 日期：换热器设计任务书1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1。

设计方案简介1.1列管式换热器的类型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。

固定管板式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;在相同的壳体直径内，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。

其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大,壳程易短路；内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，可在壳体内沿轴向自由伸缩，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；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。