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课程设计,列管式换热器设计

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设计（论文）题目： 列管式换热器的设计

目 录 1 前 言························································3 2 设计任务及操作条件··············································3

3 列管式换热器的工艺设计·········································3 3.1换热器设计方案的确定··········································3 3.2 物性数据的确定················································4 3.3 平均温差的计算················································4 3.4 传热总系数Ｋ的确定············································4 3.5 传热面积A的确定··············································6 3.6 主要工艺尺寸的确定············································6 3.6.1 管子的选用·················································6 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定··································6 3.6.3 校核平均温度差tm及壳程数Ns·································7 3.6.4 传热管排列和分程方法········································7 3.6.5 壳体内径··················································7 3.6.6 折流板····················································7 课程设计 2 3.7 核算换热器传热能力及流体阻力··································7 3.7.1 热量核算···················································7 3.7.2 换热器压降校核·············································9 4 列管式换热器机械设计············································10

4.1 壳体壁厚的计算················································10 4.2 换热器封头选择················································10 4.3 其他部件······················································11 5 课程设计评价·····················································11 5.1 可靠性评价····················································11 5.2 个人感想······················································11 6 参考文献··························································11 附表 换热器主要结构尺寸和计算结果·······························12

1 前 言 换热器（英语翻译：heat exchanger），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。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。 列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，课程设计 3 然后进行机械设计。 2 设计任务及操作条件 2.1 设计题目：用水冷却甲苯的列管式换热器设计 2.2 设计任务及操作条件 某生产过程中，用循环冷却水冷却柴油。 1、甲苯入口温度： 80 ℃，出口温度： 50 ℃ 2、甲苯流量： 33125 kg/h，压力： 0.4~0.6 MPa 3、循环冷却水压力： 0.4~0.6 MPa，入口温度： 30 ℃，出口温度： 40 ℃ 已知甲苯的有关物性数据：密度ρ1=867kg/m3；定压热比容cp，1=1.85kJ/(kg·℃)；热导率λ1=0.126W/(m·℃)；黏度μ1=3.75×10-4 Pa·s 3 列管式换热器的工艺设计

3.1 换热器设计方案的确定 甲苯入口温度80℃，出口温度50℃，冷却水入口温度30℃，出口温度40℃。壳体和管束壁温差较大，且考虑到冷却水易结垢，需要清洗，故选用浮头式换热器。冷却水走管程，甲苯走壳程。因逆流时的平均温度差最小，传热推动力大，可节省冷却介质的用量，操作无特殊要求，故流动方式选逆流。选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速设为ui=1.5m/s。 3.2 物性数据的确定 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程甲苯的定性温度：6525080T℃

管程冷却水的定性温度：3524030T℃ 壳程甲苯65℃物性数据： 密度 ρ1=867kg/m3； 定压热比容 cp，1=1.85kJ/(kg·℃)； 热导率 λ1=0.126W/(m·℃)； 黏度 μ1=3.75×10-4 Pa·s 管程冷却水35℃时物性数据：查《化工原理》附表可知 密度 ρ2=994.3kg/m3； 定压热比容 cp，2=4.174kJ/(kg·℃)； 热导率 λ2=0.62W/(m·℃)； 课程设计 4 黏度 μ2=7.43×10-4 Pa·s 3.3 平均温差的计算 1、对于逆流换热过程，其平均温差可按式（3－1）进行计算：

2121lntttttm



（3－1） 式中，Δt1、Δt2分别为大端温差与小端温差。当Δt1/Δt2<2时，可用算术平均值：

221tttm

Δt1=80-40=40℃ Δt2=50-30=20℃ Δt1/Δt2=2

℃△△△△△85.282040ln2040ln2121tttttm

3.4 传热总系数Ｋ的确定 用式（3－2）进行Ｋ值核算。

（3－2） 式中：－给热系数，W/m2·℃； R－污垢热阻，m2·℃／W； δ－管壁厚度，mm； λ－管壁导热系数，W/m·℃； 下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管内、管外和平均。 A0=4d02=4×252=490.63mm2

Ai=4di2=4×202=314.16mm2

Ｋ＝１＋＋＋＋100000RddRddd

dmiiii课程设计 5 40.402216.31463.4902AAAoimmm2 查《化工原理》附表可知 Rsi=5.16×10-4 m2·℃/W Rso=1.72×10-4 m2·℃/W λ=50 W/m·℃ 管程Re=μdu=00743.00.3994.512.00=40146.6

管程传热系数i可由公式（3—3)计算 i=Red23.00i0.8)cp（n （3—3)

冷却水被加热，取n=0.4 i=0.0232.002.60×40146.60.8×）（2.6000743.007.140.4=412.6W/（m2·℃）

假设取壳程传热系数为600W/（m2·℃） 用公式（3—4）对K计算

Ｋ＝１＋＋＋＋100000RddRddd

dmiiii （3—4）

式中：－给热系数，W/m2.℃； R－污垢热阻，m2.℃／W； δ－管壁厚度，mm； λ－管壁导热系数，W/m.℃； 下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管内、管外和平均。

20.006.41225.0020.0025.0000516.00225.005025.00025.00000172.060011K

=179.5W/m2.℃ 3.5 传热面积A的确定 换热器的传热量Q=Whcph(T1-T2)=33125×1.85×(80-50)=1.84×106kJ/h=511kw 68.9885.285.179511000KQAmt△m

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化工原理课程设计列管式换热器设计

化工原理课程设计列管式换热器设计

课程设计任务书设计一个列管式冷却器，冷却器的年处理能力为19.8×104 t。

将煤油液体从140℃冷却到40℃。

冷却水的入口温度为30℃，出口温度为40℃。

要求设计的换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa。

设计要求（1）换热器工艺设计计算（2）换热器工艺流程图（3）换热器设备结构图（4）设计说明目录一、前言 (3)二、方案设计 (5)1、确定设计方案 (5)2、确定物性数据 (5)3、计算总传热系数 (6)4、计算传热面积 (6)5、工艺结构尺寸 (6)6、换热器核算 (8)三、设计结果一览表 (11)四、对设计的评述 (12)五、参考文献 (12)六、主要符号说明 (13)列管式换热器设计说明书一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给煤油降温。

利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。

下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。

换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。

不同的换热器适用于不同的场合。

而列管式换热器在生产中被广泛利用。

它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。

尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。

所以首选列管式换热器作为设计基础。

二、方案设计某厂在生产过程中，需将煤油液体从140℃冷却到40℃。

冷却器的年处理能力为19.8×104 t 。

冷却水入口温度30℃，出口温度40℃。

要求换热器的管程和壳程的压降不大于100kPa 。

试设计能完成上述任务的列管式换热器。

1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体。

冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。

该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和流体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。

列管式换热器课程设计报告书

列管式换热器课程设计报告书

一、设计题目：列管式换热器设计二、设计任务及操作条件1、设计任务处理能力：3000吨/日设备型式：固定管板式换热器2、操作条件（1）苯：入口温度80.1℃出口温度40℃（2）冷却介质：循环水入口温度25℃出口温度35℃（3）允许压降：管程不大于30kPa壳程不大于30kPa三、设计内容（一）、概述目前板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用, 并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。

板式换热器的优点(1) 换热效率高,热损失小在最好的工况条件下, 换热系数可以达到6000W/ m2K, 在一般的工况条件下, 换热系数也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管壳式换热器的3～5倍。

设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。

完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 3～1/ 4。

(2) 占地面积小重量轻除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。

换热所用板片的厚度仅为0. 6～0. 8mm。

同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。

(3) 污垢系数低流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。

(4) 检修、清洗方便换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。

(5) 产品适用面广设备最高耐温可达180 ℃, 耐压2. 0MPa , 特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。

各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。

当然板式换热器也存在一定的缺点, 比如工作压力和工作温度不是很高, 限制了其在较为复杂工况中的使用。

同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质。

化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)

化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)

化工原理课程设计-列管式换热器（热水冷却器）化工原理课程设计任务书课题名称列管式换热器(热水冷却器)课题性质工程设计类班级应用化学(一)班学生姓名 XXXXXX学号 20090810030117指导教师 XXXXXX目录目录 ------------------------------------------------------ 2 任务书---------------------------------------------------- 4一(设计题目 ------------------------------------------ 4二(设计的目的 ---------------------------------------- 4三(设计任务及操作条件 -------------------------------- 4四(设计内容 ------------------------------------------ 5 符号说明 -------------------------------------------------- 5 确定设计方案---------------------------------------------- 61.选择换热器类的 -------------------------------------- 62.流程的安排 ------------------------------------------ 6 确定物性数据---------------------------------------------- 6估算换热面积 ------------------------------------------ 81. 热流量 ----------------------------------------- 8 工艺结构尺寸---------------------------------------------- 91. 管径和管内流速 ------------------------------------ 92. 管程数和传热管数 ---------------------------------- 93.平均传热温差校正及壳程数 ---------------------------- 94.传热管排列和分程方法 ------------------------------- 105.壳体内径 ------------------------------------------- 106.折流板---------------------------------------------- 117.其它附件 ------------------------------------------- 118.接管------------------------------------------------ 11 换热器核算----------------------------------------------- 121.热流量核算 ----------------------------------------- 12(1)壳程表面传热系数 ----------------------------- 12(2)关内表面传热系数 ------------------------------- 13(3)污垢热阻和管壁热阻 --------------------------- 13(4)传热系数Kc ------------------------------------- 14(5) 传热面积裕度 -------------------------------- 142.壁温核算 ------------------------------------------- 15换热器内流体的流动阻力 ------------------------------- 16(1)管程流体阻力 --------------------------------- 16(2)壳程阻力 ------------------------------------- 17 换热器主要结构尺寸和计算结果表 -------------------------- 18 参考文献 ------------------------------------------------- 19 设计结果评价--------------------------------------------- 20 总结 ----------------------------------------------------- 22任务书一(设计题目热水冷却器的设计二(设计的目的通过对热水冷却器的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择合适的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。

列管式换热器课程设计

列管式换热器课程设计

列管式换热器课程设计第1章⼯艺流程1.1 ARGG装置ARGG装置包括反应-再⽣、分馏、吸收塔、⽓压机、能量回收及余热锅炉、产品精制⼏部分租成，ARGG⼯艺以常压渣油等重油质油为原料，采⽤重油转化和抗⾦属能⼒强，选择性好的ARG催化剂，以⽣产富含丙烯、异丁烯、异丁烷的液化⽓、并⽣产⾼⾟烷只汽油。

1.2⼯艺原理1.2.1催化裂化部分催化裂化是炼油⼯业中最重要的⼆次加⼯过程，是重油轻质化的重要⼿段。

它是使原料油在适宜的温度、压⼒和催化剂存在的条件下，进⾏分解、异构化、氢转移、芳构化、缩和等⼀系列化学反应，原料油转化为⽓体、汽油、柴油等主要产品及油浆、焦炭的⽣产过程。

催化裂化的原料油来源⼴泛，主要是常减压的馏分油、常压渣油、减压渣油及丙烷脱沥青油、蜡膏、蜡下油等。

随着⽯油资源的短缺和原油的⽇趋变重，重油催化裂化有了较快发展，处理的原料可以是全常渣甚⾄是全减渣。

在硫含量较⾼时，则需⽤加氢脱硫装置进⾏处理，提供催化原料。

催化裂化过程具有轻质油收率⾼、汽油⾟烷值较⾼、⽓体产品中烯烃含量⾼等特点。

催化裂化⽣产过程的主要产品是⽓体、汽油和柴油,其中⽓体产品包括⼲⽓和液化⽯油⽓，⼲⽓作为本装置燃料⽓烧掉，液化⽯油⽓是宝贵的⽯油化⼯原料和民⽤燃料。

催化裂化的⽣产过程包括以下⼏个部分：反应再⽣部分：其主要任务是完成原料油的转化。

原料油通过反应器与催化剂接粗并反应，不断输出反应物，催化剂则在反应器和再⽣器之间不断循环，在再⽣器中通⼊空⽓烧去催化剂上的积灰，恢复催化剂的活性，使催化剂能够循环使⽤。

烧焦放出的热量⼜以催化剂为载体，不断带回反应器，供给反应所需的热量，过剩的热量由专门的取热设施取出并加以利⽤。

分馏部分：主要任务根据反应油⽓中各组分沸点的不同，将他们分离成富⽓、粗油⽓、轻柴油、回炼油、油浆，并保证油⽓⼲点、轻柴油的凝固点和闪点合格。

吸收稳定部分：利⽤各组分之间在液体中溶解度的不同把富⽓和粗油⽓分离成⼲⽓、液化⽓、稳定汽油。