换热器课程设计

课程设计说明书。

课程名称：化工原理课程设计。

设计题目：列管式换热器。

院系：化工学院。

专业班级：化学工程与工艺。

学生姓名：张豆豆秦一莎曹大盼刘伟。

指导教师：赵彬侠。

课程设计任务。

目录。摘要2

设计课程工程背景2

列管式换热器设计概述2

换热器分类2

换热器分类原则3

换热器用途分类3

设计任务及操作条件4

列管式换热器的设计计算流程4

列管式换热器的设计和选用流程5

换热器的选择5

流动空间的选择5

冷、热流体通道的选择5

流速的选择6

流动方式的选择7

换热管的规则和排列的选择7

折流挡板8主要构件的选用9

换热器的材质选用9

设计计算10

对设计的评述18

结束语19参考资料20

摘要通过对列管式换热器的设计，首先要确定设计的方案，选择合适的计算步骤。查得计算中用到的各种数据，对该换热器的传热系数传热面积工艺结构尺寸等等要进行核算，与要设计的目标进行对照是否能满足要求，最终确定换热器的结构尺寸为设计图纸做好准备和参考，来完成本次课程设计。

设计课程工程背景：

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本课程设计以煤油水冷为设计目的，让设计者熟悉列管式换热器的设计过程。

列管式换热器设计概述。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要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。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们也是这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。

换热器的分类。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：

换热器按传热原理分类

1）表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2）蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3）流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4）直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

换热器按用途分类

1）加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2）预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3）过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。

4）蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发一般有相的变化。

设计任务及操作条件：

处理能力：煤油的处理量11t/h

设备形式：列管式换热器。

操作条件：

⒈煤油：入口温度150℃，出口温度60℃；

⒉冷却水：入口温度30℃，出口温度50℃

3.煤油的运行表压：1bar

4.冷却水的运行表压：3bar

设计计算过程的流程：

根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷水走管程，热水走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。

计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，确定标准传热管长，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。

确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。

最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。

列管式换热器的设计和选用流程。

一换热器的选择原则：

根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。u形管式特点：

结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：

结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。

二、流动空间的选择原则：

1）尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。

2）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。

3）应减小管子和壳体因受热不同而产生的热效应。

4）对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄露，应注意密封。

5）应尽量避免使用***，以降低成本。

三、冷、热流体流动通道的选择。

在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流经壳程，下列几点可作为选择的一般原则：

1）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。

2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。

3）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。

4）饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出。

5）流量小而粘度大（）的流体一般以壳程为宜，因在壳程re>100即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的表面传热系数。

6）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。

7）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。

以上各点常常不可能同时满足，应抓住主要方面，例如首先从流体的压力、防腐蚀及清洗等要求来考虑，然后再从对阻力降低或其他要求予以校核选定。

由以上标准，我们选择冷水走管程，热水走壳程。

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