华北科技学院环境工程系。
化工原理》课程设计报告。
设计题目列管式换热器的工艺设计和选用
学生姓名张森。
学号201101034210
指导老师高丽花。
专业班级化工b112班。
教师评语。设计时间：2023年12月9日至2023年12月20日。
前言。列管式换换热器的应用已经有很悠久的历史。现在，它已经被当成一种传统的标准换热器设备在很多部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
在化工厂，换热器的费用约占20%，在炼油厂约占35%~40%。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、结构改进及传热原理的研究也十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
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，不同换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
完善的换热器在设计时应满足以下各项要求：
（1）合理地实现所规定的工艺条件。
传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复计算比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。具体方法有：
增大传热系数、提高平均温差、妥善布置传热面等。
（2）安全可靠。
换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。
3）有利于安装、操作与维修。
4）经济合理。
评价换热器的最终指标是：在一定的时间内（通常为一年）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费等）的总和为最小。
设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用。
一、 设计条件。
炼油厂用**将柴油从175℃冷却到130℃。柴油流量为12500kg/h；**初温为70℃，经换热后升温到110℃。换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降均不大于30kpa。污垢热阻均取0.0003m2℃/w。
试设计能完成上述任务的列管式换热器。
二、设计说明书的内容。
1、目录；2、设计题目及原始数据（任务书）；
3、论述换热器总体结构（换热器型式、主要结构）的选择；
4、换热器加热过程有关计算（物料衡算、热量衡算、传热面积、换热器型号、壳体直径等）；
5、设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）；
6、参考文献。
7、图纸（1张，a3、纸打印）
8、附图。目录。
一、确定设计方案 6
1.1选择换热器类型 6
1.2流径安排 6
1.3 确定物性数据 6
1.3.1定性温度的确定 6
1.3.2流体有关物性数据 6
二、估算传热面积 7
2.1 热负荷的计算 7
2.2 平均传热温差 7
2.3 估k值 8
2.4由k值估算传热面积 8
2.5冷流体用量 8
三、工艺结构尺寸 9
3.1 管径、管长、管数 9
3.1.1管径的选取 9
3.1.2管长及传热管数的确定 9
3.2 确定管子在管板上的排列方法式 10
3.3 壳体内径的计算 10
3.4 折流档板 11
3.5 计算壳程流通面积及流速 11
3.6 计算实际传热面积 11
3.7 附件 11
四、换热器型号确定 12
五、换热器核算 13
5.1热量核算 13
5.1.1壳程表面对流传热系数 13
5.1.2管程表面对流传热系数 14
5.1.3污垢热阻和管壁热阻 15
5.1.4总传热系数k 15
5.1.5 传热面积裕度 15
5.2核算换热器内流体的压力降 16
5.2.1管程压力降 16
5.2.2壳程压力降： 16
5.3 壁温核算 17
六、结果概要 19
七、辅助设备计算及选型 20
7.1壳体、管箱壳体和封头的设计 21
7.1.1壁厚的确定 21
7.1.2 进出口设计 21
7.1.3、排气、排液管 21
7.3.换热管 21
7.3.1换热管的规格 21
7. 3.2换热管排列方式 21
7.3.3管程分程 22
7.4.壳体和管板、管板与换热管的连接 22
7.5 折流板和防冲板 22
7.5.1折流板的形式（见附图） 22
7.6拉杆和定距管 22
7.6.1拉杆的尺寸和结构（附录五） 22
7.6.2定距管 22
八、数据总结 23
参考文献 24
附图。一、管板。
二、管排列形式。
三、壳体和管板、管板和换热器的连接。
四、折流板和管板间距。
五、拉杆及选用尺。
六、六管程换热器侧视图。
两流体的温度变化情况：
热流体进口温度为175℃，出口温度为130℃；冷流体进口温度为70℃，出口温度为110℃。从两流体的温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差大于50℃，因此初步确定选用浮头式换热器。
**粘度较大走壳程，柴油粘度较小走管程。
可取流体进出口温度的平均值。管程柴油的定性温度为。
t = 壳程**的定性温度为。
t =℃1.3.2流体有关物性数据。
表1-1 物性数据（注意用三线格）
先按照纯逆流计算，根据《化工原理》，公式5-39，平均传热温差校正系数。
由r、p值，查图5-11（a）得：温度校正系数为： =0.94
tm= =67.5×0.93=63.5( ℃
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。初步设定设w·m-2·℃-1
根据《化工原理》，则估算的传热面积为。
m2 **的质量流量：qo = qi = qmo cpo (t2－t1)
3.875×105 = qmo×2.2×（110－60）
qmo = 12682kg/h
3.1.1管径的选取。
目前试行的管壳式换热器系列只采用两种管径规格的换热器。对于易结垢或不洁净的流体，可选择大管径。由于柴油是易结垢流体，因此，选用φ25×2.
5mm的传热管(碳钢管)；由《传热传质过程设备设计》p7表1－3得管壳式换热器中常用的流速范围的数据，可设柴油流速ui＝0.9m/s，用u i计算传热膜系数，然后进行校核。
3.1.2管长及传热管数的确定。
依《化工单元过程及设备课程设计》可依据传热管内径和流速确定单程传热管数。
根)按单程管计算，所需的传热管长度为。
m按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 l= 4.5m ，则该换热器管程数为：np=l / l=25.4/4.5≈6（管程）
传热管总根数 ：n = 18×6= 108（根）
采用组合排列法，即每程内均按旋转45°正四边形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程内可排列更多的管子。查《化工原理》管间距，取管间距：
mm 由《化工单元过程及设备课程设计》，隔板中心到离其最近一排管中心距离。
mm取各程相邻管的管心距为32mm。
壳体内径取决于传热管数n、排列方式和管板利用率。采用多管程结垢，计算式如下：
其中管板利用率的值与管子排列方式及管程数有关。设计采用正方形排列，四管程，所以η在0.45~0.65，取管板利用率η=0.45，mm ,
查阅《化工原理》热交换器，取di =600mm。
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25×600=150 mm ，故可取h=150 mm。
取折流板间距z=150 mm。
取板间距z＝150mm，则：
折流板数块。
折流板圆缺面水平装配。
so = zd(1－)=0.15×0.6×（1－）＝0.0197 m2
壳程**的流速： qmo = 12682kg/h
uo＝=＝0.219m/s
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...