课程设计——管壳式换热器设计

管壳式换热器设计课程设计XXX课程设计：管壳式换热器设计学院：机械与XXX专业：热能与动力工程专业班级：11-02班指导老师：小组成员：目录第一章：设计任务书第二章：管壳式换热器简介第三章：设计方法及设计步骤第四章：工艺计算4.1 物性参数的确定4.2 核算换热器传热面积4.2.1 传热量及平均温差4.2.2 估算传热面积第五章：管壳式换热器结构计算管壳式换热器是常用的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。

本次课程设计旨在设计一台管壳式换热器，以满足特定工艺条件下的换热需求。

在设计之前，需要了解管壳式换热器的基本结构和工作原理。

管壳式换热器由外壳、管束、管板、管箱、管夹等部分组成。

热量通过内置于管束中的流体在管内传递，再通过管壳间的流体传递到外壳中，从而实现热交换。

设计过程中，需要确定流体的物性参数，包括密度、比热、导热系数等。

同时，还需要核算换热器传热面积，以满足特定的传热需求。

传热量和平均温差是计算传热面积的重要参数，而估算传热面积则需要考虑流体的流动状态、管束的排布方式等因素。

最终，我们将根据设计要求进行管壳式换热器的结构计算，确定外壳、管束等部分的尺寸和数量，以满足特定工艺条件下的换热需求。

第一章设计任务书本项目旨在设计一台管壳式换热器，用于将煤油由140℃冷却至40℃。

处理能力为10t/h，压强降不得超过100kPa。

具体操作条件为：煤油的入口温度为140℃，出口温度为40℃，冷却水的入口温度为26℃，出口温度为40℃。

2.第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是石油化工行业中应用最广泛的换热器。

尽管各种板式换热器的竞争力不断上升，但管壳式换热器仍然占据着换热器市场的主导地位。

目前，各国为提高这类换热器性能进行的研究主要集中在强化传热、提高对苛刻工艺条件的适应性以及开发适用于各类腐蚀介质的材料。

此外，结构改进也是向着高温、高压、大型化方向发展的必然趋势。

5.1 换热管计算及排布方式在设计管壳式换热器时，需要计算并确定换热管的数量、直径和排布方式。

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。

西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间：2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。

柴油流量位28700kg/h；循环水初温为22℃，经换热后升温到46℃。

换热器的热损失可忽略。

管、壳程阻力压降不大于100kPa。

试设计能完成上述任务的列管式换换热器。

二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据；2、目录；3、设计方案的确定；4、工艺计算及主体设备设计；5、辅助设备的计算及选型；（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、设计结果概要或设计结果汇总表；7、参考资料、参考文献；目录一．设计任务及设计条件 (3)二．设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三．确定物性数据 (3)四．估算传热面积 (3)五．工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六．换热器核算 (7)（一）.热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)（二）传热管壁温及壳体壁温计算 (9)（三）阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七．换热器主要计算结果汇表 (11)八．主要符号说明 (11)九．换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十．参考文献 (15)一．设计任务及设计条件：用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃，冷却水为清净河水，进口温度22℃，选定冷却水出口温度46℃，设计一台列管换热器完成冷却任务。

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。

一、设计题目：设计一台换热器二、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35℃。

3、允许压强降：不大于1×105Pa。

4、每年按330天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、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。

第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。

由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。

1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，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。

所以传热是最常见的重要单元操作之一。

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。

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。

归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。

②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。

1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。

在换热器中至少要有两种不同的流体，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。

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。

《化工原理》课程设计管壳式换热器设计学生姓名孙国良学生学号*******学科专业制药工程院部名称工学院设计时间2016.05.15至2016.06.14二零一六年六月目录引言 (3)一、传热原理及用途 (3)二、换热器的分类与特点 (3)三、结构设计的重要性 (3)四、设计的普遍标准与要求 (4)设计任务 (4)设计步骤与基本原则 (5)一、设计步骤 (5)二、列管式换热器种类选取 (5)三、管程与壳程的选取 (5)三、流体流速的选择 (5)四、管程结构的选择 (6)五、管程和管壳数的确定 (7)六、折流挡板 (7)七、其他主要部件 (7)设计方案的确定 (8)一、设计方案的确定 (8)1.选择换热器类型 (8)2.选定流体流动空间及流速 (8)流程草图及说明 (8)设计计算 (8)一、物性数据的确定 (8)二、计算逆流的平均温度差 (9)三、初选总传热系数K (9)标准化的管壳式换热器设计方案 (10)一、换热器初步选型 (10)二、换热器核算 (10) (14)非标准化管壳式换热器的设计方案一、工艺结构尺寸 (14)二、换热器核算 (16)其他零部件的设计 (20)一、壁厚的确定 (20)二、封头的确定 (21)换热器装配图 (21)设计评述 (21)一、设计总结 (21)二、设计感想 (21)参考资料 (22)致谢 (22)引言一、传热原理及用途换热器是一种在两种或两种以上不同温度的流体间实现物料之间热量传递的设备，其功能是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

在换热器中要实现热交换至少要有两种不同温度的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。

根据具体的换热要求，换热器中有时也会有两种以上流体参与换热，但其基本原理与两种流体是一致的。

自然界存在三种基本传热方式，即热传导、对流传热、及热辐射。

目录化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格1. 流体流动途径的确定2. 物性参数及其选型3. 计算热负荷及冷却水流量4. 计算两流体的平均温度差5. 初选换热器的规格 工艺计算1. 核算总传热系数2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书一．设计任务用初温为20℃的冷却水，将流量为（4000+200×学号）kg/h的95%（体积分率）的乙醇水溶液从70℃冷却到35℃；设计压力为1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于30kPa，试选用适当的管壳式换热器。

二． 设计要求每个设计者必须提交设计说明书和装配图(A2或A3)。

1．设计说明书必须包括下述内容：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、符号说明、参考文献以及设计自评等。

2．设计计算书的主要内容应包括的步骤:1) 计算热负荷、收集物性常数。

根据设计任务求出热流体放热速率或冷流体吸热速率，考虑了热损失后即可确定换热器应达到的传热能力Q；按定性温度确定已知条件中未给出的物性常数。

2) 根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪个走壳程）；计算平均温差。

3) 初步估计一个总传热速率常数K估，计算传热面积A估。

4) 根据A估初选标准换热器；5) 换热面积的核算。

分别按关联式求出管内、外传热膜系数，估计污垢热阻，求出总传热速率常数K核，得出所需传热面积A需，将A需与A 进行比较，若A实际比A需大15%-25%，则设计成功；否则重新计算。

实际6) 管程和壳程压力降的核算。

7) 接管尺寸的计算。

3．符号说明的格式： 分为英文字母、希腊字母，要按字母排序，要写出中文名称和单位；4．参考文献的格式：按GB7714-87的要求。

一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、乙醇水溶液：入口温度70℃，出口温度35℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度20℃。

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。

化工原理课程设计换热器设计集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）化工原理课程设计设计任务：换热器班级：13级化学工程与工艺（3）班姓名：魏苗苗学号：1320103090目录化工原理课程设计任务书 (2)设计概述 (3)试算并初选换热器规格 (6)1. 流体流动途径的确定 (6)2. 物性参数及其选型 (6)3. 计算热负荷及冷却水流量 (7)4. 计算两流体的平均温度差 (7)5. 初选换热器的规格 (7)工艺计算 (10)1. 核算总传热系数 (10)2. 核算压强降 (13)设计结果一览表 (16)经验公式 (16)设备及工艺流程图 (17)设计评述 (17)参考文献······························ (18)化工原理课程设计任务书一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度32.5℃。

3、允许压强降：不大于50kPa。

4、每年按300天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：109000吨/年苯五、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。

六、附表：1.设计概述1.1热量传递的概念与意义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。

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。

一、前言热互换器是进行热互换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,特别在石油、化工生产中应用更为广泛。

换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据记录,这类换热器占总用量的99 %。

间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。

近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热互换器具有结构简朴、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的重要类型换热器,特别在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。

如何拟定最佳的换热器,是换热器优化的问题。

本说明书对指定有机物进行冷却选择合适的换热器, 并且合理安排操作管路以及选择合适的离心泵作出具体的计算说明。

二、设计任务班级: 姓名: 学号: 任课老师:（1）选择一个合适的换热器, 冷却78ºC 的某液态有机物至60ºC, 此有机物的流量为82kg/s ；（2）合理安排操作管路； （3）选择一台合适的离心泵； 有机物69ºC 的物理性质:C.W/m 6.10;C kJ/kg 2.22C ;s mPa 6.0;kg/m 997p 3︒⋅=︒⋅=⋅==λμρ冷却水: 进口温度t1=20ºC ；操作条件: 换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa 。

三、目录一前言 (1)二设计任务 (2)四计算明细表 (4)1 管壳式换热器规格 (4)2 离心泵的型号规格 (4)3 计算数据结果记录 (5)五计算过程 (6)1 选择合适的换热器 (6)1.1 热力学数据的获取 (6)1.2 计算热负荷Q和2m q (6)1.3 计算温差和估计传热系数 (6)1.4 估算换热面积 (7)1.5 计算管程压降和给热系数 (7)1.6 计算壳程压降和给热系数 (8)1.7 计算传热系数 (9)1.8 校核传热面积 (9)2 安排管路和选择合适的离心泵 (9)2.1 管径初选 (9)2.2 压头计算 (10)六附录 (12)七符号说明 (13)八设计说明 (15)九参考文献 (15)四、计算结果明细表（1）管壳式换热器的规格（2）离心泵的型号规格（3）计算数据结果记录五、计算过程一 选择合适的换热器 1 热力学数据的获取冷却剂: 河水, 从Δtm>10℃及防止水中盐类析出为原则, 选选择出口温度: t2=40ºC循环水的定性温度: 入口温度为 , 出口温度为循环水的定性温度为()C 302/4020 =+=m t 两流体的温差C 50C 393069 <=-=-m m t T 两流体在定性温度下的物性数据如下2 计算热负荷Q 和2m q 由热量衡算kW 72.3276)6078(22.282)(Q 2111=-⨯⨯=-=T T c q p ms kg t t c q p m /25.39)2040(174.472.3276)(Q 1222=-⨯=-=3 计算温差m t ∆和估计传热系数估K 并流时,C t t t t t m ︒=-=∆∆∆-∆=∆7.352058ln 2058ln 2121 逆流时,C t t t t t m ︒=-=∆∆∆-∆=∆.0394038ln 4038ln 2121逆 根据管程走循环水, 壳程走有机物, 总传热系数K 现暂取:C W/m 5702︒⋅=K4 估算换热面积23m m 4.147139570102.73276t K Q A =⨯⨯⨯=∆=逆估ψ5 计算管程压降t ℘∆及给热系数i α 根据标准换热器提供的参数管程流动面积210507.0m A =管内冷却水流速14500108012.07.99578.0015.0Re /78.00507.07.99525.39/25.39)2040(174.472.3276)(3221221222≈⨯⨯⨯===⨯===-⨯=-=-μρρi i m i p m du s m A q u skg t t c Q q管程给热系数i α()Cm W c i d i d i pi i ii ︒⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==-24.0338.04.08.04.08.0/39696171.0108012.010174.414500015.06171.0023.0Re 023.0Pr Re 023.0λμλλα取钢的管壁粗糙度为0.1mm, 则036.01450068151.01.0Re 681.023.023.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=i d e λ管程压降MPaPa u N f d l i p t t 1.07.12539278.07.99525.13015.05.4036.02322<=⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=℘∆ρλ 6 计算壳程压降s ℘∆及给热系数0α 挡板间距B 取0.9m,325.86.10106.0102.22Pr 106.1106.099755.00173.0Re 0173.0019.014.3019.0785.0025.023*******.099715.08215.0025.0019.017.09.01334300220202210202=⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯='==⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==⨯='='=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-='--λμμρππρCp deu m d d l de sm A q u ml d BD A m 有有有壳程中有机物被冷却,()Cm W de W ︒⋅=⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2315.5014.03155.00/13155.90325.816000731.006.106.30Pr Re 36.0μμλα取折流挡板间距m B 9.0= 管束中心线管数27=TC N 壳程流动面积()()43000210202105.1106.099748.0019.0Re 48.017.09978217.0019.0277.09.0⨯≈⨯⨯⨯===⨯===⨯-⨯=-=-μρρu d s m A q u m d N D B A m TC 有因,500Re >()56.0105.15Re 5228.04228.00=⨯⨯==--f管子排列为三角形, F=0.5, fs=1.15 挡板数: 壳程压降()()MPaPa u f D B N N N Ff sB B TC s 1.032.5483248.099715.17.09.025.34142756.05.0225.312200<=⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯++⨯⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=℘∆ρ7 计算传热系数计K 污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻 W /C 176000.0O 2⋅=m R 外 管内侧污垢热阻W /C 21000.0O 2⋅=m R 内 取钢管壁厚 , 热导率C)(/W 6934.4510200021.0000176.013151396911111O 23⋅=⨯++++=++++=-m R R K iαλδα外内计8 校核传热面积2324.1211396931072.3276m t K Q A m =⨯⨯⨯=∆=逆计计ψ所选换热器:24.124.1218.150==计A A 所以 选择的换热器符合规定。

管壳式换热器设计-课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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 (2)第三章设计方法及设计步骤 (4)第四章工艺计算 (5)物性参数的确定 (5)核算换热器传热面积 (5)传热量及平均温差 (6)估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (9)换热管计算及排布方式 (9)壳体内径的估算 (12)进出口连接管直径的计算 (13)折流板 (13)第六章换热系数的计算 (18)管程换热系数 (18)壳程换热系数 (19)第七章需用传热面积 (21)第八章流动阻力计算 (23)管程阻力计算 (24)壳程阻力计算 (25)总结 (27)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。

郑州大学课程设计说明书题目：纵向流管壳式换热器设计指导教师：吴金星职称：教授学生姓名：学号：专业：能源与动力工程院（系）：化工与能源学院完成时间：2015年9 月21 日1.换热器传热工艺计算1.1 参数的初步选择换热器管程介质：流量 2.4t/h；工作压力：常压；进水温度：23 ℃；出水温度：55 ℃；壳程介质：流量 4t/h；工作压力：常压；进水温度：90 ℃；出水温度：75 ℃。

1.2 传热系数计算kg/s77速和对流换热系数 管子数为n1=S1/0.00017663=39.97，这里我们取管子数为40。

管程选择2回程，管子排布按照正三角形式排布； 流速为v=m i /0.00017663/20/992.6=0.153m/s ；Re=3398，在过渡流区间内；由于2300<Re<10000，，对流传热系数可按充分湍流的公式计算，然后把计算结果乘以校正系数Φ，即可得到过渡流下的对流传热膜系数，对流换热系数)/(8.1148015.042.41.3398633.0023.0Pr Re 023.024.08.04.08.0,k m W d h i⋅=⨯⨯⨯==λΦ=1-600000/Re 1.8=0.736h2=Φ*,h =845.3)/(2k m W ⋅。

)/(8.11482,k m W h ⋅=h2=845.3)/(2k m W ⋅ 9.校核换热系数 )/(8.455111211220k m w h R d d b d d R d d h K m o i o i o ⋅=++⋅+⋅+⋅=λ,K0/k=455.8/453>1，所以换热系数的选择是合理的。

)/(8.45520k m w K ⋅=10.管程压力降核算管程压力降计算：);2(5.1);2(3;Re 3146.0);2(;)(222225.0i 22i 2v p v p v d L p N p N N F p p p n r L s n s p t r L ρρλρλ=∆=∆==∆⋅∆+⋅⋅∆+∆=∆由计算得：;041.0;34.17;86.63;67.34;91.3122==∆=∆=∆=∆i n l r pa p pa p pa p pa p λ2.换热器结构设计2.1 壳体根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为20℃；设计压力为0.6Mpa 。

管壳式换热器课程设计管壳式换热器课程设计⼀、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是⽬前应⽤最为⼴泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠⾼、适应性⼴、易于制造、处理能⼒⼤、⽣产成本低、选⽤的材料范围⼴、换热⾯的清洗⽐较⽅便、⾼温和⾼压下亦能应⽤。

但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热⾯积所需⾦属的消耗量等⽅⾯均不如⼀些新型⾼效率紧凑式换热器。

管壳式换热器结构组成：管⼦、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所⽰。

根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。

⼆、换热器的设计2.1设计参数参数名称壳程管程设计压⼒（MPa） 2.6 1.7操作压⼒（MPa） 2.2 1.0/0.9（进⼝/出⼝）设计温度（℃） 250 75操作温度（℃） 220/175(进⼝、出⼝) 25/45(进⼝/出⼝)流量（Kg/h） 40000 选定物料（-）⽯脑油冷却⽔程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进⾏换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进⾏结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、⽀座等。

3.设计装配图和重要的零件图。

2.3热⼯设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热⾯积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采⽤对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将⼤于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的⽔流量：==31372.8这⾥初估K=340W/(),由稳态传热基本⽅程得传热⾯积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。

从⽽查《换热器设计⼿册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管⼦根数中⼼排管管程流通换热⾯积换热管长换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三⾓形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热⾯积计算实际换热⾯积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热⾯积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oαiαiorr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却⽔流⼊，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却⽔要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三⾓形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最⼤截⾯积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W 管内冷却⽔污垢热阻：/W插⼊法得到=因此得到故2.2.4总换热⾯积由稳态传热基本⽅程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压⼒降管程压⼒降有三部分组成，可按照如下公式进⾏计算—流体流过直管因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;—流体流经管箱进出⼝的压⼒降，Pa;—结构矫正因素，⽆因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压⼒降在允许范围内1.3.2壳程压⼒降采⽤埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压⼒降，Pa;--流体通过折流板缺⼝的压⼒降，Pa;—壳程压⼒降的结垢修正系数，⽆因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管⼦排列⽅法对压⼒降的修正系数，对三⾓形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中⼼线的管⼦数，对三⾓形排列;--按壳程流通截⾯积计算的流速，。

东莞理工学院《化工原理》课程设计说明书题目：列管式换热器的设计学院：班级：学号：姓名：指导教师：时间：目录一．化工原理课程设计任务书 (4)1.1 设计题目：列管式换热器的设计 (4)1.2 前言 (4)1.3 合成氨工业概述 (5)1.3.1 合成氨工业重要性 (5)1.3.2 合成氨的原料及原则流程 (5)1.4 世界合成氨生产技术及进展 (6)1.4.1 国外合成氨技术现状及发展 (6)1.4.2 我国合成氨技术的基本状况 (6)1.5 概述 (7)1.5.1 换热器概述 (7)1.5.2 固定管板式 (8)1.5.3 列管换热器主要部件 (8)1.5.4 设计背景及设计要求 (10)二.热量设计 (11)2.1 设计条件： (11)2.2 初选换热器的类型 (11)2.3 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 (12)2.4 初算换热器的传热面积SO (12)三.机械结构设计 (14)3.1 管径和管内流速 (14)3.2 管程数和传热管数 (14)3.3 换热器筒体尺寸与接管尺寸确定 (16)3.4换热器封头选择 (17)3.4.1 封头选型及尺寸确定 (17)3.4.2 封头厚度选取 (18)3.5 管板的确定 (19)3.5.1 管板尺寸 (19)3.5.2 管板与壳体的连接 (19)3.5.3 管板厚度 (20)3.6换热器支座及法兰选定 (20)3.7 换热器核算 (21)3.7.1管、壳程压强降计及校验 (21)3.7.2 总传热系数计算及校验 (23)四.设计结果表汇 (25)五.参考文献 (26)附：化工原理课程设计之心得体会 (26)一．化工原理课程设计任务书1.1 设计题目：列管式换热器的设计系（院）、专业、年级：学生姓名：学号：指导老师姓名：任务起止日期：1.2 前言换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造在换热器的材料具有抗强腐蚀性能。