学院： 化学工程学院
班级： 09级化工<1>班
姓名： 杨永强
学号： 0921105070
日期： 2023年12月11日。
前言。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。
在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。
按照传热方式的不同，换热器可分为三类：
1.直接接触式换热器。
又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、**便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。
2.蓄热式换热器。
在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。
蓄热式换热器结构紧凑、**便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。
3.间壁式换热器。
这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：
1） 管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等；管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。
2） 板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等；
3） 扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。
目录。管壳式换热器概述 4
列管式换热器设计方案 8
化工原理课程设计任务书 9
一、课题名称： 9
二、课题条件： 9
1、设计任务： 9
2、操作条件： 9
3、设备型式： 10
三、设计任务 10
四、设计方案的确定： 10
1、热力学计算： 10
2、估算传热面积： 11
3、工艺尺寸计算： 11
4、面积核算： 13
5、壁温核算与冷凝液流型： 14
6、压降校核： 15
1、冷凝器的安装： 16
2、管子的设计： 16
3、管心距的设计： 17
4、管板的设计： 18
5、折流板设计： 19
6、壳体设计： 19
7、壳程接管的设计： 20
8、封头设计： 20
9、法兰设计： 20
10、支座设计 21
11、其他 21
七、换热器主要结构尺寸和计算结果列表 22
八、设计结果评价： 23
九、讨论： 24
十、结语： 27
参考文献： 27
管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、u 型管式换热器、双重管式换热器、填料函式换热器和双管板换热器等。前3 种应用比较普遍。
1、固定管板式换热器。
固定管板式换热器的结构：主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。
它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑， 故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。
当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大， 或温差较大但壳程压力不高及壳程介质清洁，不易结垢的场合。
2、浮头式换热器。
浮头式换热器的结构：两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。
管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。它的特点是壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。
浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。
3、u 形管式换热器。
u 形管式换热器的结构：它只有一块管板，管束由多根u 形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与u 形换热管有温差时，不会产生热应力。
它的特点是结构比较简单、**便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内需清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。其缺点是由于受弯曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低。
壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的u 形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根u 形管相当于坏两根管，报废率较高。
在设计时，要在满足工艺过程要求的前提下， 换热器应达到安全与经济的目标。换热器设计的主要任务是参数选择和结构设计、传热计算及压降计算等。设计主要包括壳体形式、管程数、换热管类型、管长、管子排列、管子支承结构、冷热流体的流动通道等工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设计计算。
换热器的工艺设计计算，依据设计任务的不同可分为设计计算和校核计算两种，包括计算换热面积和选型两个方面。一般已知冷、热流体的处理量和它们的物性。进出口温度、压力由工艺要求确定。
设计中需选择或确定的数据有三大类，即物性数据、结构数据和工艺数据。设计计算是由已知数据计算换热面积，进而决定换热器的结构，可选定标准形式的换热器；校核计算是对已有换热器，核定一些运行参数，校核它是否满足预定的换热要求。对管壳式换热器的设计， 应从以下方面考虑：
1、管壳程流体流径的确定；
主要依据两流体的操作温度和压力、允许压力降及腐蚀性等， 考虑流体适宜走哪一程。一般不洁净和易结垢、腐蚀性、压强高、有毒易污染的流体宜走管程饱和蒸汽被冷却、流量小或粘度大的流体宜走壳程。但在实际选择时， 常常不能兼顾， 应抓住主要矛盾。
应着眼于提高传热系数和最充分的利用压力降上来确定流体流径。如首先要考虑流体的压力、腐蚀性和清洗等要求， 然后再校核对流传热系数和阻力系数等， 最终作出合理的选择。
2、流体流速的选择；
流速是换热器设计的重要变量。提高流速有两个好处一是提高总传热系数， 从而减小传热面积二是减少在管子表面生成污垢的可能性。但提高流速同时会增加阻力和动力消耗， 因此， 适宜的流速需通过技术经济核算来确定。
充分利用系统的允许压力降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。在选择流速时， 除了经济核算以外， 还应考虑换热器结构上的要求。为了避免设备的严重磨损， 所算出的流速不应超过最大允许的经验流速。
不同流体的流速范围可参考相关书籍。
3、流体允许压力降的选择；
对于无相变的换热， 流速越高， 换热强度越大， 则所选换热器的面积越小， 制作费用越低， 并且有利于抑制污垢的生成， 但流速过高， 可引起压力降增大， 动力消耗增加， 对传热管的冲蚀加剧。因此， 在换热器的设计中要将压力降控制到允许范围之内。当壳程的热阻是控制侧时， 可通过增加折流板数或缩小壳径的办法， 来增加壳侧流体流速， 减少传热热阻。
但是减少折流板间距是有限制的，一般不能小于壳径的1/5或50mm。当管程的热阻是控制侧时， 则可依靠增加管程数来增加流体流速。管程数有管程等， 对压力降的影响较大， 设计时必须注意满足允许压力降的要求。
4、换热终温的选择；
换热终温一般由工艺过程的需要确定。当换热终温可选择时， 其数值对换热器是否经济合理有很大的影响。在热流出口温度与冷流出口温度相等的情况下， 热量利用效率最高， 但是有效传热温差最小， 换热面积最大。
例如用冷水冷却某热流体， 冷水的进口温度可根据当地的气温条件作出估计， 而其出口温度则可根据经济核算来确定。为节省冷水量， 可使出口温度提高些， 但是换热面积需要增加为减小传热面积， 则需要增加冷水量。两者是相互矛盾的。
一般来说， 设计时可采取冷却水两端温差为5~10℃ 。缺水地区选用较大的温度差， 水源丰富地区选用较小的温度差。
5、管程和壳程数的确定；
当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时， 为提高流体在管内的流速， 需将管束分程。但程数过多， 导致管程流动阻力和动力能耗增大， 同时使平均传热温差下降， 设计时应权衡考虑。管壳式换热器系列标准中管程数有四种。
当温差校正系数必φδt 小于0.8时， 应采用多壳程。壳方多程可通过安装与管束平行的隔板来实现。
但由于壳程隔板在制造、安装和检修方面都很困难， 故一般不宜采用。常用的方法是将几个换热器串联使用， 以代替壳方多程。
6、设备结构的选择对于一定的工艺条件， 首先应确定设备的类型， 例如选择固定管板式还是浮头形式等。
设计时应遵循的原则是：
在管壳式换热器的设计中， 还有一些常规问题需要考虑。比如在物流的安排。
上， 一般应遵循以下原则：
1) 不洁净或易于分解结垢的物料应流经易清洗的一侧；
2) 需要提高流速以增大对流传热系数的流体应当走管程；
3) 具有腐蚀性的物料走管程；
4) 压力高的物料走管程， 以使外壳不承受高压；
5) 温度很高(或很低) 的物料走管程，以减少热量(或冷量) 的散失， 如果。
为了更好地散热， 则应让高温物料走壳程；
6) 蒸汽一般通入壳程， 以便于排除冷凝液， 而且蒸汽较清洁， 其对流传。
热系数又与流速关系较小；
7) 粘度大的流体(μ 115 ×10- 3 pa·s)一般走壳程， 因为在设有挡板。
的壳程中流动时，流道截面和流向都在不断改变， 在低re数(re> 100) 下即可达到湍流， 有利于提高壳程流体的对流传热系数。
设计流程。是。否。
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...
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