学院： 化学工程学院
班级。姓名。
学号。指导教师。
2023年 06月
化工原理课程设计。
换热器》设计任务书
班级精化07-1姓名
一、设计题目：无相变列管式换热器的设计。
二、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、柴油入口温度： 140 ℃，出口温度： 60 ℃
2、柴油流量： 6500 kg/h，压力： 0.3 mpa
3、循环冷却水压力： 0.4 mpa，入口温度： 29 ℃，出口温度： 39 ℃
已知柴油的有关物性数据：密度ρ1=994kg/m3；定压热比容cp，1=2.22kj/(kg·℃)热导率λ1=0.14w/(m·℃)黏度μ1=7.15×10-4 pa·s
三、设计项目(说明书格式)
1、封面、任务书、目录。
2、设计方案简介：对确定的换热器类型进行简要论述。
3、换热器的工艺计算：
1) 确定物性数据。
2) 估算传热面积。
3) 工艺结构尺寸。
4) 换热器核算：包括传热面积核算和换热器压降核算。
4、换热器的机械设计。
5、绘制列管式换热器结构图（cad）。
6、对本设计进行评述。
7、参考文献。
成绩评定指导教师
2023年 6月 8 日。
目录。1 设计方案简介 1
1.1 选择换热器类型 1
1.2 冷热流体流动通道的选择 1
2 换热器的设计计算 1
2.1 确定物性数据 1
2.2 估算传热面积 2
2.2.1 热流量 2
2.2.2 平均传热温差 2
2.2.3 冷却水用量 2
2.2.4 总传热系数 2
2.2.5 计算传热面积 2
2.3 工艺结构尺寸 2
2.4 换热器核算 5
2.4.1 热量核算 5
2.4.2 换热器内流体的流动阻力 6
3 换热器机械设计 9
3.1 壳体壁厚 9
3.2 管板尺寸 9
3.3 接管尺寸 11
3.4 换热器封头选择 11
3.5 膨胀节选择 12
3.6 其他部件 12
4 评述 13
4.1 可靠性评价 13
4.2 个人感想 13
5 参考文献 13
两流体温度变化情况：热流体柴油入口温度140℃，出口温度60℃；冷流体入口温度29℃，出口温度39℃。，t冷=（29+39）/2=34℃，t热=（140+60）/2=100℃，t热- t冷=100-34=66℃，温差较大，但是柴油压力为0.
3mpa，冷却水压力为0.4 mpa，压力偏低，故可以选用固定管板式换热器，采用逆流。
从两物流的操作压力看，应使冷却水走管程，由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以冷却水走管程，柴油走壳程，以便散热。选用φ25×2.5的碳钢管，管内流速设为ui=1.
0m/s。
2 换热器的设计计算。
定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程柴油的定性温度：
t热=（140+60）/2=100℃
管程流体的定性温度：
t冷=（29+39）/2=34℃
根据定性温度，查化工原理书附录[1]，利用内插法计算壳程和管程流体的有关物性数据。
柴油的有关物性数据如下：
密度1=994kg/m3
定压比热容cp1=2.22kj/(kg·℃)
热导率1=0.14w/(m·℃)
粘度1=7.15×10-4pa·s
冷却水在34℃的有关物性数据如下：
密度i=994.3kg/m3
定压比热容cpi=4.174kj/(kg·k)
热导率i=0.6241w/(m·k)
粘度i=0.0007428pa·s
q1=m1cp1t1=6500×2.22×（140-60）=1.15×106kj/h=319.4kw
t1=60-29=31k，δt2=140-39=101k
所以，δtm=(101-31)/ln(101/31)=59.27k
流量wi=q1/ cpi/δti=1.15×106/4.174/(39-29)=2.755×104 kg/h
利用化工原理附表，根据两种流体的性质，可查出换热器总传热系数，取其值为350。
考虑15%的面积裕度，s=1.15×s=1.15×15.4=17.7m2
2.3.1 管径和管内流速。
选用φ25×2.5传热管（碳钢），取管内流速。
依据传热管内径和流速确定单程传热管数。
按单程管计算，所需的传热管长度
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=6m，则该换热器管程数为。
管程）传热管总根数根。
平均传热温差校正系数。
按单壳程，四管程结构，温差校正系数为。
平均传热温差。
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距，则。
横过管束中心线的管数。
根。采用多管程结构，取管板利用率，则参考《化工单元过程及设备课程设计》[2],壳体内径。
根据国家标准，圆整可取。
采用弓形折流板（水平圆缺），取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的，则切去的圆缺高度为。
取折流板间距，则。
根据国家标准取板间距为200mm。
折流板数块，折流板圆缺水平装配。
壳程流体进出口接管：取接管内循环油品流速为，则接管内径为。
取标准管径为。
管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为，则接管内径为。
取标准管径为。
1)壳程对流传热系数
对圆缺形折流板，可采取克恩公式。
当量直径，由正三角形排列得。
壳程流通截面积。
壳程流体流速及其雷诺数分别为。
普兰特准数。
粘度校正 2)管程对流传热系数。
管程流通截面积。
管程流体流速及其雷诺数分别为。
普兰特准数。
3)传热系数。
根据化工原理附录，可取。
管外侧污垢热阻rsi=0.000172m2·℃/w
管内侧污垢热阻rso=0.000344m2·℃/w
4)传热面积。
该换热器的实际传热面积。
该换热器的面积欲度h=（sp-s）/s=(23.55-17.56)/17.56=0.34=34%
而一般换热器的面积欲度大于15%~20%，就可以满足要求。故所设计的换热器较为合适。
（1）管程阻力，管程结垢校正系数。
由，查《化工原理》书表1-2得传热管相对粗糙度为，再查图1-27得，流速，，所以。
管程流动阻力在允许范围之内。
2）壳程阻力。
流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力。
总阻力。壳程流动阻力也比较合适。
3）换热器主要结构尺寸和计算结果见附录。
由工艺得，壳体内径，壳体定性温度为100℃。壳体设计压力为0.3mpa。选用低合金结构钢板16mnr卷制，材料100℃时的许用应力，取焊缝系数，腐蚀欲度，则。
计算厚度。设计厚度。
名义厚度，取。
有效厚度。水压试验压力。
所选材料的屈服应力。
水压试验校核。
100.2mpa＜0.9，水压强度满足要求。
固定管板厚度设计采用bs法[3]。
假定管板厚度 b=40mm
总换热管数量 n=50
一根管壁金属的横截面积为。
开孔强度削弱系数（双程）
两管板间换热管有效长度（除两管板厚度）l估取5910mm
计算数值k按管板简支考虑，依k值查图得，g1=1.0，g2=0.57，g3=1.3。
管子与筒体的刚度比。
筒体内径截面积。
管板上管孔所占的总截面积。
系数。系数。
换热管与壳体的总膨胀差。
最大压差。当量压差。
壳程压力 ，管程压力。
管板最大应力。
管子最大应力。
管板采用16mn锻，
换热管采用10号碳素钢，
管板，管子强度校核。
管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取c2=4mm，隔板槽深取4mm，实际管板厚度为48mm。
接管选用20号热扎碳素钢管，钢管许用应力，c2=1。
接管计算厚度。
接管有效厚度。
开孔直径。接管有效补强宽度。
化工原理换热器课程设计
目录。1.1概述3 1.2.换热器设计任务书3 1.3换热器的结构类型4 1.4换热器材质的选择6 1.5设计方案简介7 2.1设计参数10 2.2计算总传热系数10 2.3工艺结构尺寸11 2.4换热器核算13 2.4.1.热流量核算13 2.4.2 换热器内流体的流动阻力15 3.1设计结果一览...
化工原理换热器课程设计
换热器的设计。姓名 班级 学院 学号 指导老师 1.1概述3 2.1设计参数10 3.1设计结果一览表17 3.2主要符号说明18 4.1设计心得18 5.1参考文献19 1.1概述。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...
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1 化工原理课程设计任务书1 2 概述与设计方案简介2 3 确定设计方案6 3.1 选择换热器的类型6 3.2 管程安排10 4 确定物性数据10 5 估算传热面积13 5.1 热流量13 5.2 平均传热温差13 5.3 传热面积13 5.4 冷却水用量13 6 工艺结构尺寸14 6.2 管程数和...