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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 .........................................1.1.5 流体流速的确定 .............................................1.1.6换热器材质的选择............................................1.1.7换热器壁厚的确定............................................1.2.固定管板式换热器的结构...........................................1.2.1管程结构....................................................1.2.2壳程结构....................................................1.3 列管换热器的设计计算.............................................1.3.1 换热器的设计步骤 ...........................................1.3.2 计算所涉及的主要公式 ....................................... 第二章设计的工艺计算 ............................................2.1 全塔物料恒算.....................................................2.2 原料预热器的设计和计算...........................................2.2.1 确定设计方案 ...............................................2.2.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.2.3换热器的选择................................................2.3塔顶全凝器的设计和计算 ...........................................2.3.1确定设计方案................................................2.3.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.2.3 换热器的选择 ...............................................2.4 塔顶冷却器的设计.................................................2.4.1 确定设计方案 ...............................................2.4.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.4.3 换热器的选择 ...............................................2.5 塔底冷却器的设计.................................................2.5.1 确定设计方案 ...............................................2.5.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.5.3 换热器的选择 ...............................................2.6 再沸器的设计.....................................................2.6.1 确定设计方案 ...............................................2.6.2 根据定性温度确定物性参数 ...................................2.6.3再沸器的工艺计算............................................ 第三章附录 .....................................................................................................................................符号说明............................................................. 第四章设计感想..................................................................................................................... 参考文献............................................................第一章换热器的设计1.1概述工业生产过程，两种物料之间的热交换一般是通过热交换器完成的，所以换热器的设计就显的尤为重要。
化工课程设计--用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计化工原理课程设计设计书专业年级 2011级应用化学小组成员指导教师日期 2014-5-27目录目录…………………………………………………第一章设计任务书 (1)第二章概述 (2)第三章结构设计与说明 (4)第四章换热器的设计计算 (5)第五章总结 (16)第六章参考文献 (18)第一章设计任务书一、设计名称用水冷却煤油产品的多程列管式换热器设计二、设计任务使煤油从140℃冷却到40℃,压力1bar(100kpa) ,冷却剂为水，水压力为3bar(300kpa)，处理量为10t/h。
三、设计任务1 合理的参数选择和结构设计2 传热计算和压降计算：设计计算和校核计算四、设计说明书内容1 传热面积2 管程设计包括：总管数、程数、管程总体阻力校核3 壳体直径4 结构设计包括流体壁厚5 主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管五、设计进度1 设计动员，下达设计任务书 0.5天2 搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1.5天3 设计计算（包括电算，编写说明书草稿） 5-6天4 绘图 3-4天5 整理，抄写说明书 2天第二章概述化工生产中,无论是化学过程还是物理过程,几乎都需要热量的引入和导出.例如在绝大多数化学反应过程和物理过程都是在一定温度下进行的,为了使物系达到并保持指定的温度,就要预先对物料进行加热或冷却,并在很多过程进行时,也要及时取走过程放出的热量或补充过程吸收的热量.工业上用于传热过程的基本设备称为换热器.在化工生产中,最常见的是两流体间的热交换.而且多是间壁式换热,两流体不接触,不混合.冷热两流体在传热是被固体壁面(传热面)所隔开,两流体分别在壁画两侧流动.典型的换热器有套管式换热器和列管式换热器. 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。
摘要：列管式换热器属于间壁式换热器，冷热流体通过换热管壁进行热量的交换。
参照任务书的任务量,需设计年冷却15000吨乙醇的列管式换热器，设计时先确定流体流程，壳程走乙醇，其进、出口温度都为80℃，相变放出潜热，井水走管程冷却乙醇，进口温度为32℃，出口温度为40℃。
再进行热量衡算、传热系数校核，初选冷凝器的型号，然后通过进行设备强度校核等一系列的计算和选型，最终确定的设计方案为固定管板式换热器，所选用型号为BEM400-2.5-30-9/25-2 Ⅰ，换热器壳径为400mm，总换热面积为27.79m2,管程为2，管子总根数为60，管长6000 mm,管束为正三角排列，两端封头选取标准椭圆封头。
关键词：列管式换热器，乙醇，水，温度，固定管板式。
Abstract:The tube type heat exchanger is a dividing wall type heat exchanger, fluids with different temperatures exchange heat by means of tube wall’s heat transfer.According to the assignment, A tube type heat exchanger which has a process capacity of .⨯41510t/a is needed. The ethanol flow in the shell,the temperature in the entrance and exits is 80℃.The water which cool the ethanol flow in tubes, the inlet and outlet temperatures are 32℃and 40℃.Then by taking series calculating to confirm the module of the heat exchanger . After the design of intensity designing and a series calculating and choosing , the last result of our design is the fasten-board heat exchanger. The style of the heat exchangeis9BEM400 2.530 225Ⅰ----, and the diameter of the receiver is400mm ,The area of the heat exchange is 27.79 m2, The heat-exchanger in cludes two tube passes,one shell passes and 60 tubes.And the length of tubes is 6000mm . Tubes are ranked of the shape of triangle ，the envelops are oval-shaped.目录1前言 (3)2设计条件 (3)3设计方案的确定 (3)3.1设计原则 (3)3.2结构初选 (4)4列管式换热器的设计计算 (10)4.1列管式换热器型号的初选 (10)4.2核算总传热系数： (13)5列管式换热器的初步计算及选型 (15)5.1试算并初选换热器规格 (15)5.2设计校核 (19)6设备尺寸的确定及强度校核 (22)6.1计算圆筒厚度 (22)6.2封头设计 (23)6.3拉杆定距管尺寸 (24)6.4管板 (25)6.5容器法兰 (26)6.6接管与接管补强 (27)6.7管箱的计算 (33)6.8折流挡板 (33)6.9焊接方式 (34)6.10支座 (34)6.11辅助设备 (38)7设计结果概要 (39)8课程设计心得 (40)9参考文献 (42)1前言艰辛知人生，实践长才干。
中南大学化工原理课程设计2010年01月22日目录一、设计题目及原始数据（任务书） (3)二、设计要求 (3)三、列环式换热器形式及特点的简述 (3)四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8)五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热面积、压强降等等） (10)①物性数据的确定 (14)②总传热系数的计算 (14)③传热面积的计算 (16)④工艺结构尺寸的计算 (16)⑤换热器的核算 (18)六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22)七、主体设备计算及其说明 (22)八、主体设备装置图的绘制 (33)九、课程设计的收获及感想 (33)十、附表及设计过程中主要符号说明 (37)十一、参考文献 (40)一、设计题目及原始数据（任务书）1、生产能力：17×104吨/年煤油2、设备形式：列管式换热器3、设计条件：煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C允许压强降：不大于105Pa每年按330天计，每天24小时连续运行二、设计要求1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。
一剖面图，两个局部放大图。
设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。
）三、列环式换热器形式及特点的简述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，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
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。
在换热器中，至少有两种温度不同的流体，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。
在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
湘潭大学化工学院专业课程设计任务书题目：用水冷却苯（17000kg/h）的列管式换热器的设计学院：化工学院专业：化学工程与工艺学号：***********名：**指导老师：李勇飞老师完成日期：2011.12.28湘潭大学化工学院专业课程设计任务书设计题目：用水冷却苯（17000kg/h）的列管式换热器的设计学号：2008650623 姓名：申造专业：化学工程与工艺指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求1、设计任务及条件：处理能力：17000kg/h苯设备型式：列管式换热器操作条件：1）苯：入口温度90℃，出口温度45℃2）冷却介质：循环水，入口温度28℃，出口温度38℃3）管程和壳程压降：不大于30KPa2、主要内容：1）设计方案的确定及流程说明2）换热面积的估算3）工艺结构尺寸：包括管子尺寸及数目、管子的排列、壳体内径、折流板、附件设计等等4）换热器校核：包括热量核算、流动阻力核算等5）设计结果一览表6）对本设计的评述和心得7）参考文献二、进度安排三、应收集的资料及主要参考文献1. 姚玉英，陈常贵，柴诚敬. 化工原理（第二版）[M]. 天津：天津大学出版社，2004.2. 王静康. 化工过程设计[M]. 北京：化学工业出版社，2006.3. 钱颂文. 换热器设计手册[S]. 北京：化学工业出版社，2002.4. 王红林，陈砺. 化工设计[M]. 广州：华南理工大学出版社，2005.5. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计[M]. 北京：化学工业出版社，2002.6. 王汉松. 石油化工设计手册[S]. 北京：化学工业出版社，2002.7. 杨基和，蒋培华.化工工程设计概论[M]. 北京：中国石化出版社，2005.8. 时均, 汪家鼎, 余国琮, 陈敏恒. 化学工程手册[M]. 北京：化学工业出版社.1996.目录一、设计方案的确定及流程说明 (5)1、苯的概述 (6)2、换热器的选择 (7)3、板式换热器的优点 (9)4、板式换热器的类型及工作原理 (10)5、管程安排 (10)6、设计流程图 (11)二、换热面积的估算 (11)1、设计参数 (11)2、计算总传热面积 (12)三、工艺结构尺寸 (13)１、每程管数与管程流通面积 (14)２、传热面积 (14)３、中心排管数 (14)４、折流板 (14)５、其他附件 (14)四、换热器校核 (15)1、流动阻力核算 (15)2、热量核算 (16)五、设计结果一览表 (18)六、对设计的评价与心得 (19)七、主要参考文献 (20)附录：装配图用水冷却苯（17000kg/h）的列管式换热器的设计一、设计方案的确定及流程说明1、苯的概述（1）苯的物化性质苯有机化合物，是组成结构最简单的芳香烃，分子式C6H6。
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。
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。
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。
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实际进行比较，若A实际比A需大15%-２5%,则设计成功；否则重新计算。
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℃。
３、允许压强降:不大于3０kPa。
列管式换热器设计方案第一节推荐的设计程序一、工艺设计1、作出流程简图。
2、按生产任务计算换热器的换热量Q。
3、选定载热体，求出载热体的流量。
4、确定冷、热流体的流动途径。
5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。
6、初算平均传热温度差。
7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。
8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。
包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。
9、核算Ｋ。
10、校核平均温度差 m T。
11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。
12、管程和壳程压力降的计算。
二、机械设计1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力计算。
6、折流板的选择与计算。
7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。
9、绘制主要零部件图。
三、编制计算结果汇总表四、绘制换热器装配图五、提出技术要求 六、编写设计说明书第二节 列管式换热器的工艺设计一、换热终温的确定换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。
在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。
为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据：1、热端温差（大温差）不小于20℃。
2、冷端温差（小温差）不小于5℃。
3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。
二、平均温差的计算设计时初算平均温差∆t ｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。
1、对于逆流或并流换热过程，其平均温差可按式（2－1）进行计算：2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ （2—1） 式中，1t ∆、2t ∆分别为大端温差与小端温差。
当221t t ∆∆时，可用算术平均值()221t t t m ∆+∆=∆。
1 目录 §一.任务书 1.1.化工原理课程设计的重要性 1.2.课程设计的基本内容和程序 1.3.列管式换热器设计内容 1.4.设计任务和操作条件 1.5.主要设备结构图
§二.概述及设计要求 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计要求 §三.设计条件及主要物理参数
3.1.初选换热器的类型 3.2.确定物性参数 3.3.计算热流量及平均温差 3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定 3.5.计算传热系数k 3.6.计算传热面积 §四.设计结果汇总
§五.设计评述 §六.工艺流程图 §七.符号说明 2
§八.参考资料 §一化工原理课程设计任务书 1.1.化工原理课程设计的重要性 化工原理课程设计是学生学完基础课程以及化工原理课程以后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用化工原理和相关选修课程的知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。通过这一环节，使学生掌握单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学的知识，独立解决实际问题的能力。
1.2.课程设计的基本内容和程序 化工原理课程设计的基本内容有： 1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 2、主要设备的工艺计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。 3、辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。 4、工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料方向、物流量、主要测量点。 5、主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 6、编写设计说明书：可按照以下几步进行： ⒈ 课程设计准备工作 ① 有关生产过程的资料； ② 设计所涉及物料的物性参数； ③ 在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法； ④ 设备设计的规范及实际参考图等。 ⒉ 确定设计方案 ⒊ 工艺设计计算 ⒋ 结构设计 ⒌ 工艺设计说明书 ⑴ 封面：课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。 ⑵ 目录 ⑶ 设计任务书 ⑷ 概述与设计方案的简介 ⑸ 设计条件及主要物性参数表
⑹ 工艺设计计算 ⑺ 辅助设备的计算及选型 ⑻ 设计结果汇总表 ⑼ 设计评述 3
⑽ 工艺流程图及设备工艺条件图 ⑾ 参考资料 ⑿ 主要符号说明 以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。 1.3.列管式换热器设计内容
1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程方法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管 1.3.5、换热器核算 （1）传热能力核算；（2）壁温核算；（3）换热器内流体的流动阻力
1.4.设计任务和操作条件 某厂用井水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kPa，试选择合适型号的列管式换热器。定性温度下有机液的物性参数列于附表中。 附 表 项 目 密度，kg/m3 比热，KJ/(kg·℃) 粘度，Pa·s 热导率，kJ/(m·℃) 植物油 950 2.261 0.742 0.172 4
1.5.主要设备结构图（示例）
根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。
§二.概述及设计要求 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类 类型 特点
间 壁 管 壳 式 列
管 式
固定管式 刚性结构 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难
填料函式 外填料函 管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 5
式 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中
套管式 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器
螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝
板面式
板式 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热
螺旋板式 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能
伞板式 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净
板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触
蓄热式 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合
2.2.固定管板式 因设计需要，下面简单介绍一下固定管板式换热器。 固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。
1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴 图2.2.1.固定管板式换热器的示意图
2.3.设计要求 6
完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求： （1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。 （2）安全可靠 换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。 （3）有利于安装操作与维修 直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与拆卸，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。 （4）经济合理 评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。
§.三.设计条件及主要物理参数
3.1.初选换热器的类型 两流体的温度变化情况如下： （1）植物油：入口温度140℃，出口温度40℃； （2）冷却介质：井水，入口温度20℃，出口温度40℃；
该换热器用循环冷却井水进行冷却，由于22040240140mmtT60℃>50℃,所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，故从安全、方便、经济考虑可以采用带有补偿圈的管板式换热器。
3.2.确定物性参数 定性温度：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。 壳程流体（植物油）的定性温度为：T= (140+40)/2=90℃ 管程流体（水）的定性温度为：t=（40+20）/2=30℃
在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(冷却水和植物油)的物性参数，见下表3-1： 密度/（㎏/m3） 比热容/（kJ/kg•℃） 粘度/（Pa•s） 导热系数/（kJ/m•℃） 植物油 950 2.261 7.42×10-4 0.172 水 995.7 4.174 8.01×10-4 0.618
3.3.计算热流量及平均温差 3.3.1.热流量 以热介质植物油为计算标准算它所需要被提走的热量:
Q=ms1cp1(T1-T2)=6000x2.261x(140-40)=1356.6kJ/h=376.83kw
