管壳式换热器的课程设计

壳式换热器课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握壳式换热器的基本原理、结构、分类、性能及应用，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的实践操作技能。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解壳式换热器的定义、分类和性能。

（2）掌握壳式换热器的基本原理和结构。

（3）熟悉壳式换热器在不同行业中的应用。

2.技能目标：（1）能够分析壳式换热器的工作原理和性能。

（2）具备壳式换热器选型和设计的基本能力。

（3）能够运用壳式换热器解决实际工程问题。

3.情感态度价值观目标：培养学生对壳式换热器技术的兴趣，使其认识到壳式换热器在现代工业中的重要性，提高学生的创新意识和责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.壳式换热器的定义、分类和性能。

2.壳式换热器的基本原理和结构。

3.壳式换热器的设计和计算。

4.壳式换热器的应用案例分析。

5.壳式换热器的操作维护和故障处理。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：用于讲解壳式换热器的理论知识。

2.案例分析法：通过实际案例，让学生了解壳式换热器的应用和解决实际问题的能力。

3.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，加深对壳式换热器的理解和掌握。

4.讨论法：学生进行分组讨论，培养学生的团队协作能力和创新思维。

四、教学资源为了保证教学质量，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作精美的课件，辅助讲解和展示壳式换热器的原理和应用。

4.实验设备：配置完善的实验设备，确保学生能够进行实际操作训练。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等，以全面客观地评价学生的学习成果。

具体评估方式如下：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等，评估学生的学习态度和理解能力。

2.作业：布置适量的作业，要求学生在规定时间内完成，以检验学生对课堂所学知识的掌握程度。

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，。

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。

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. ℃)) 。

化工原理管壳式课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握管壳式换热器的基本结构、工作原理及在化工过程中的应用；2. 了解换热器类型选择、换热面积计算、流体流动与传热过程的相关理论知识；3. 掌握管壳式换热器设计中涉及的主要参数及其对换热效果的影响。

技能目标：1. 能够运用所学理论知识，进行管壳式换热器的选型、设计和校核；2. 学会运用相关软件或工具，对换热器进行模拟和优化；3. 培养解决实际工程问题中换热器相关问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理课程的学习兴趣，激发求知欲和探索精神；2. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，学会在团队中分工合作、共同解决问题；3. 增强学生的环保意识，认识到化工设备在节能减排方面的重要性。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握管壳式换热器基本知识和技能的基础上，提高解决实际工程问题的能力。

通过课程学习，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，为未来从事化工领域工作奠定基础。

同时，注重培养学生的情感态度价值观，使其成为具有责任感、创新精神和实践能力的化工专业人才。

二、教学内容1. 管壳式换热器的基本概念与结构：包括换热器类型、基本结构、工作原理等，对应教材第3章第1节；2. 换热器选型与设计计算：涵盖换热器类型选择、换热面积计算、流体流动与传热过程相关理论知识，对应教材第3章第2节；3. 管壳式换热器的主要参数及其影响：分析壳程、管程流体流动与传热特性，探讨主要参数对换热效果的影响，对应教材第3章第3节；4. 换热器设计实例与校核：结合实际案例，运用所学知识进行换热器选型、设计与校核，对应教材第3章第4节；5. 换热器模拟与优化：介绍相关软件或工具的使用方法，对换热器进行模拟和优化，对应教材第3章第5节。

教学内容安排与进度：1. 第1周：管壳式换热器基本概念与结构；2. 第2周：换热器选型与设计计算；3. 第3周：管壳式换热器的主要参数及其影响；4. 第4周：换热器设计实例与校核；5. 第5周：换热器模拟与优化。

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。

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35℃。

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：99000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。

1.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。