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化工原理课程设计换热器 西南科技大学

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化工原理课程设计——列管式换热器-1-一、设计题目、设计条件及任务1.1设计题目：用水冷却25%甘油的列管式换热器的设计1.2设计条件(1)甘油处理量：34255kg/h、进口温度：100℃、出口温度：40℃、压强降：＜101.3kPa (2)冷却水进口温度：25℃、出口温度：35℃，压强降：＜101.3kPa1.3设计任务：(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板数目、形式等。

(2)绘制列管式换热器的装配图。

(3)编写课程设计说明书。

一、设计方案简介2.1选择换热器的类型：题目要求规定为列管式换热器2.2管程安排：从两物流的操作压力看，应使甘油走管程，循环冷却水走壳程。

但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；又因为被冷却的流体走壳程，便于散热。

所以从总体上综合考虑，应使冷却循环水走管程，甘油走壳程。

2.3流向的选择：当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。

逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。

显然，在一般情况下，逆流操作总是优于并流。

故选择逆流为流向。

三、流体物性的确定3.1流体定性温度的确定对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

壳程25%甘油的定性温度为：C 702401002T 21︒=+=+=T T 管程冷却水的定性温度为：C 30225352t 21︒=+=+=t t 3.2定性温度下流体的物性查[1]知，在C 70︒下，甘油的比热容a p1c =2.66()K kJ ⋅kg ，水的比热容b p 1c =4.167)K kJ ⋅kg ；在C 30︒下，水的比热容2p c =4.174()K kJ ⋅kg 。

即在C 70︒下，25%甘油的比热容75.0167.425.066.275.025.0111⨯+⨯=⨯+⨯=b a p p p c c c =3.790()K kJ ⋅kg四、计算总传热系数4.1热流量 Q=1q m 1p c ()21T T -=34255⨯3.790⨯()40100-=7789587h kg / 4.2平均传热温差m 't ∆=2121t tIn t t ∆∆∆-∆=2540)2540()35100(----In =34.10C ︒R=1221T t t T --=253540100--=6； P=1112t t --T t =251002535--=0.133查图表1（由[2]得）得，温差修正系数为：ψ=0.88图表 1 壳侧单程、管侧2程的换热器温差修正系数m t ∆=ψm 't ∆=0.88⨯34.10=30.01C ︒ 冷却水量2q m =()122t t c Q p -=()2535174.47789587-⨯=186621.6h kg /4.3初选换热器规格：设总传热系数为0K =()C m W ︒⋅2则所需的传热面积为0A =m t K ∆0Q = 01.305122163774⨯=140.822m则总传热面积为A=143.182m 即总传热系数为'K =m t ∆A Q =01.3018.1432163774⨯=503.57()C m W ︒⋅2 4.4折流板采用圆缺型折流板，去圆缺形之流板圆缺高度为壳体内径的25%， 则切去的圆缺高度为H=0.25×700=175mm假定折流挡板间距是壳体内径的0.2倍，则折流挡板间距'B =700⨯0.2=140mm ，则可取 B=140mm折流板板数=B N ≈⨯=-20010313BL 41 五、 核算总传热系数5.1管程传热系数ia查[1]得,定性温度t=30℃水的物性：ρ=995.73m kg μ=0.8007s mPa ⋅()K 6171.0⋅=m W λ水的质量流速：2m q =186621.6h kg /管内径d i =（d-2δ）=(0.025-2×0.002)=0.021m每程管侧的流道面积：222053.02304021.044m N N d P T i i A =⨯⨯==ππ管内冷却水的质量流速：123.06.1866212==i i A q G m =3521162.26)2kg m h ⋅ 水的体积流速：v q =ρ2m q =7.9956.186624=187.43h 3m水的流速：3600123.043.187⨯==i v i A q u =0.982s /m 则3108007.0982.07.995021.0Re -⨯⨯⨯==μρii i d u =25652.7（湍流） i Pr =λμ2p c =6171.0108007.010174.43-3⨯⨯⨯=5.416即i Re >10000，则4.08.02023.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=λμμρλαp c u d d i i i i =4.03-38.036171.0108007.010174.4108007.07.995982.0021.0021.06171.0023.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯- =4473.39)C ︒⋅2m W5.2壳程传热系数0α管心距：l =1c DN n +=120700+=33.3﹙mm ﹚=0.033m 流体通过管间最大截面积为 A o =BD （1-l d o ）=0.2⨯0.7⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯033.0025.01=0.03392m 查[5]得,定性温度℃70=T 下，甘油的物性：s mPa 0.72550⋅=μ ()k m W 0.5700⋅=λ 查[6][7]得,25%甘油的密度o ρ=10483m kg 壳内甘油质量流速0.0484834255010==A q G m =706580.03()2m h kg ⋅ 流速: o u =104836000.033934255001⨯⨯=ρA q m =0.268s /m 正方形排列，管间距为33mm 时，管群的当量直径：0e d 025.0025.04033.0444220022⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ππππd d l =0.03046m3107255.01048187.003046.0Re 0-⨯⨯⨯==o oo e o u d μρ = 1698.76Pr o =oop c λμ1=570.0107255.010907.333-⨯⨯⨯= 4.824设95.014.00=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛w μμ,14.0033.0055.0000Pr Re 36.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=w i d μμλα95.0824.464.8228021.0570.036.033.055.0⨯⨯⨯⨯= =15383.5()C ︒⋅2m W5.3污垢系数得：查[2]得管侧、壳侧的污垢热阻分别取R i =0.000352 m 2·℃/W R o =0.000172 m 2·℃/W 查[1]得，管子的热导率为：W λ =17.4)C m W ︒⋅5.4总传热系数Ki i m W W i i d d d d d d d R R K αλα0000011+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++= =2139.4473252021.0025.0025.04.172021.0025.021********.0000172.05.153831⨯++-+++ =2.353-10⨯ K=423.90()C m W ︒⋅25.5传热面积裕度则计算所需传热面积为01.3030.3403774216⨯=∆=m t K Q A 计=123.87772m 该换热器的传热面积裕度8.668777.1238777.123-6.206==-=计计A A A H % 5.6管壁温度w t查[8]得,00αααα++=i w i t T t =021.2592631.1721021.259230631.172170+⨯+⨯℃46≈由上表和[1]得46℃下甘油的黏度w μ= 1.0742310-⨯Pa.s 。

对壳侧 0.95107420.1107255.014.03314.00=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛--w μμ,所以计算壳侧α时假定的wμμ0值是正确的。

壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=70℃。

壳体壁温和传热管壁温之差为t ∆=70-46=24℃。

该温差较大，故需要设温度补偿装置。

由于换热器壳程压力较大，因此，选用浮头式换热器，是正确的。

六、压力损失的计算6.1管程的压力损失23p 2t i pt u N f d L ρλ⎪⎭⎫⎝⎛+=∆ 图表 3摩擦系数λ与雷诺数 及相对粗糙度ε/d 的关系设管壁粗糙度00714.02115.0 15.0===id mmεε又Re=12967.520，查图表3得，摩擦阻力系数≈λ0.039 正方形︒45排列，其中2 4.1==p t N f23p 2t i pt u N f d L ρλ⎪⎭⎫⎝⎛+=∆ =27302.07.99524.13021.05.4036.02⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯ =8.441kPa管程流体阻力在允许范围之内。

6.2壳程的压力损失()225.31'2000u f D B N N N Ff p sB B TC s ρ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=∆ B N =21，T N =606，TC N =1.19()5.0T N =29.29，对正方形斜转45°，F=0.4；对液体，s f =1.15壳程流动面积'0A =()0d N D B TC -=()25.0029.290.120.0⨯-⨯=0.053532m'0u ='001A q m ρ=05353.010485152.9⨯=0.1696s m =⨯⨯⨯==-30'00'107255.01696.0025.01048Re μρu d o 6125.24500> 即0f =228.0'0Re 0.5-=228.024.61250.5-⨯=0.6847()21696.0104815.10.12.025.32112129.296847.04.02⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯++⨯⨯⨯=∆s p =4.187kPa壳程流体阻力在允许范围之内。

七、 辅助设备的计算及选型7.1管箱因为D=1000mm,在900mm ≤D ，所以应选选封头管箱。

7.2封头因为D ≥400mm ，所以采用圆形封头。

7.3旁路挡板因为D=1000mm ，在800mm —1200mm 之间，所以旁路挡板数量选3对。

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化工原理课程设计--换热器设计.

化工原理课程设计--换热器设计.

封皮任务书1 引言简要介绍换热器，包括：作用、类型、特点等内容，不少于1页。

2 设计方案及工艺流程说明2.1 设计方案及流程图2.1.1 设计方案50℃，需热补偿常，管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修，所对于换热器的管程和壳程的温度差大于以常采用浮头式换热器。

50℃采用固定管板式换热器。

温度差小于所以本设计采用换热器。

本设计由于采用走壳程，走管程。

2.1.2 流程图2-1 换热过程流程图图2.2 换热器示例图3 标准列管换热器的选择3.1 计算并初选换热器规格3.1.1 物性参数的确定热损失2%，计算另一流体出口温度。

3-1 和在定性温度下的物性参数表流体密度黏度比热导热系数温度3.1.2 热负荷的计算kg/s；如未知，先计算再转换单位。

列出冷热流体热负荷，如已知转换为3.1.3 平均温差确定并确定定壳程数按逆流计算，再校正。

P1313.1.4 初选换热器规格并核算换热面积参照表4-7(P132，取K选表3-2 初选换热器型号列表壳径D/mm 管数N公称面积A/m 2管径 d0 / mm管程数N p管心径 t / mm （19-25，25-32）管长L/m 管子排列方式折流档板间距B/m=（0.2~1）D P150换热器实际传热面积3.2 核算总传热系数3.2.1 管程对流传热系数则对流传热系数3.2.2 壳程对流传热系数壳程流通截面积B-折流挡板间距；D-壳径；do-管外径；t-管心距当量直径正方形正三角形被加热取被冷却取则对流传热系数3.2.3 污垢热阻的确定P1343.2.4 总传热系数的计算在10%~20%之间3.3 核算压强降（P151）3.3.1 管程压强降式中：ΔP1——每程直管阻力，Pa；P29 Re-/dΔP2——每程回弯阻力，Pa；F t——结垢校正系数，对于φ25×2.5的管子，，对φ19×2的管子；N s——壳程数；N p——管程数。

3.3.2 壳程压强降式中：∑ΔP o——壳程总阻力，Pa；——流过管束的阻力，Pa；——流过折流板缺口的阻力，Pa；——壳程阻力结垢校正系数，对液体可取=1.15，对气体或可凝蒸气取=1.0；管束阻力折流板缺口阻力式中：——折流板数目；——横过管束中心的管子数，对于三角形排列的管束，= 1.1；对于正方形排列的管束，=1.19(0.5, 为每一壳程的管子总数；B——折流挡板间距，m；D——壳体直径，m；u o——按壳程最大流通截面积计算所得的壳程流速，m/s；F——管子排列形式对压降的校正系数，对三角形排列F=0.5，对正方形排列F=0.3，对正方形斜转45o排列F=0.4；f o——壳程流体摩擦系数，根据，当时，计算表明，管程和壳程压强降都能满足题设要求，因此所设计的换热器合适。

化工原理课程设计换热器资料课件

化工原理课程设计换热器资料课件

本次课程设计的任务是设计一个满足特定工艺要求的换热器，要求掌握换热器 的基本原理、设计方法和优化措施。
实例分析过程展示
换热器类型的选择
设计参数的确定
热力计算与校核
结构设计与优化
根据工艺条件和设计要求，选 择合适的换热器类型，如管壳 式换热器、板式换热器等。
确定换热器的设计参数，包括 流体的进出口温度、流量、压 力降等。
启动前的准备
检查换热器及其附属设备是否完好，确保无泄漏、无堵塞；检查各 阀门开闭状态，确保流程畅通。
启动与运行
按照操作规程逐步启动换热器，观察并记录各项运行参数，如温度、 压力、流量等；及时调整操作参数，确保换热器在最佳工况下运行。
停机与维护
按规程逐步停止换热器运行，进行必要的维护和保养；记录停机原因 和时间，为下次启动提供参考。
根据传热面积和换热器结构，确定管 数和排布方式，以优化换热器的性能 和降低成本。
换热器材料的选择
根据工艺条件、操作温度和压力等因 素，选择合适的换热器材料，以确保 换热器的安全性和耐久性。
04
换热器材料选择与加工制 造
换热器材料的选择原则
耐腐蚀性
根据工艺流体的性质，选择能够抵抗腐蚀的 材料，如不锈钢、钛及钛合金等。
常见故障类型及处理方法
泄漏
发现泄漏应立即停机检查，找出泄漏点并进行修复；若泄漏严重，需 更换密封件或紧固件。
堵塞
换热器堵塞会导致流量减少、压力升高，需及时停机清洗；根据堵塞 原因选择合适的清洗方法，如化学清洗、机械清洗等。
结垢
结垢会影响换热效率，需定期进行清洗和除垢；对于严重结垢的换热 器，可考虑采用化学清洗或高压水枪清洗等方法。
提高分析、解决问题的能力， 培养创新意识和团队协作精神。
化工原理课程设计——换热器的设计word资料16页

化工原理课程设计——换热器的设计word资料16页

目录一．任务书 (2)1.1.题目1.2.任务及操作条件1.3.列管式换热器的选择与核算1.4．换热器装配图二．概述 (2)2.1.换热器概述2.2.列管式换热器的分类2.3.设计背景及设计要求三．热量设计 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定3.3.确定物性数据3.4.计算总传热系数3.5.计算传热面积四. 机械结构设计 (8)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．管程内径4.5.折流板4.6.接管4.7.管板4.8.换热管4.9.换热管与管板的连接五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.压力降核算六. 辅助设备的计算 (19)七．设计结果表汇 (21)八．参考文献 (21)一.化工原理课程设计任务书1.1.题目煤油冷却器的设计1.2.任务及操作条件1.2.1处理能力：12.8×104吨/年煤油1.2.2.设备形式：列管式换热器1.2.3.操作条件(1).煤油：入口温度140℃，出口温度40℃(2).冷却介质：工业硬水，入口温度20℃，出口温度40℃(3).允许压强降：不大于100kPa(4).煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.22kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃)(5).每年按330天计，每天24小时连续运行1.3.列管式换热器的选择与核算1.3.1.传热计算1.3.2.管、壳程流体阻力计算1.3.3.管板厚度计算1.3.4.管壳式换热器零部件结构1.4.换热器装配图（见附图）二.概述2.1.换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

1化工原理课程设计(换热器)解析

1化工原理课程设计(换热器)解析

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。