化工原理课程设计说明书。
列管式换热器的选用和设计。
苏州科技学院。
班级应化0921
姓名朱子屹。
指导教师杨兰。
1 化工原理课程设计任务书。
2 设计概述。
3 换热器方案的确定。
3.1 确定设计方案。
3.2确定物性数据。
3.3 计算总传热系数。
4 计算换热面积。
5 工艺结构尺寸。
5.1 管径和管内流速。
5.2 管程和传热管数。
5.3 平均传热温差校正及壳程数。
6 传热管的排列和分程方法。
7 换热器核算。
8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表。
9 设计评述。
10 参考资料。
11 主要符号说明。
12 特别鸣谢。
1化工原理课程设计任务书。
欲用井水将6000kg/h的煤油从140℃冷却至40℃，冷水进、出口温度分别为30℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于30kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。
2.概述与设计方案简介。
换热器的类型。
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。
列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。
2.1换热器。
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。
间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。
间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。
常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。
此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的**或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。
这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和u形管式等几种类型。
2.2设计方案简介。
2.2.1 换热器类型的选择。
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。固定管办事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。
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。
其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
4.填料函式换热器。
填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料。
函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；
管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
2.3.1换热器类型的选择
所设计换热器用于冷却果浆，果浆粘度较大，易结垢，易腐蚀管道，所以选用浮头式换热器，浮头便于拆卸、清洗，且果浆走壳程也方便散热，与冷却介质温差较大，也避免产生温差应力产生管道变形。综上所述，换热器选择浮头式，果浆走壳程。
2.3.2流径的选择
在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
参考标准：1) 不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗。
2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管程。
4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
5) 被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。
6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低re(re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
8) 若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。
综合考虑以上标准，确定果浆应走壳程，水走管程。
2.3.3流速的选择。
表2-2 换热器常用流速的范围。
由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。故拟取循环水流速为1.
4m/s。
2.3.4材质的选择。
列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。
2.3.5管程结构。
换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。
(a) 正方形直列（b）正方形错列 (c) 三角形直列。
d）三角形错列e）同心圆排列
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。
列管式换热器课程设计
一 方案简介 1 二 方案设计 2 1 确定设计方案 2 2 确定物性数据 2 3 初选换热器规格 3 4 计算传热面积 4 5 工艺结构尺寸 4 6 换热器核算 6 三 设计结果一览表 8 1 参考资料 9 2.主要符号说明 9 本设计任务是利用循环水给热水降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成...
列管式换热器课程设计
课程设计说明书。学院 机电工程学院。专业 自动化。班级 1 班。题目 列管式换热器的设计 指导教师 职称 一 设计的目的 要求及任务2 1.1 设计目的2 1.2 设计要求2 1.3 设计任务2 1.3.1 列管式换热器的简介2 1.3.2 设计的工艺流程3 1.3.3 有关数据和已知条件4 二 控...
列管式换热器课程设计
目录。符号说明 1 第1章概述 2 1.1间壁式换热器的种类 2 1.2列管式换热器 2 1.2.1 固定管板式换热器 2 1.2.2 浮头式换热器 2 1.2.3 u形管式换热器 2 第2章设计方案简介 3 2.1换热器类型选择 3 2.2换热器材质的选择 3 2.3管程安排 3 第3章物性数据的...