班级：xxxx
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学号：xxxxxxxx
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目录。工程原理课程设计任务书 3
一) 概述及设计方案简介 4
1 概述 4
2 设计方案简介 8
二）工艺及设备设计计算 8
1 确定物性数据 8
2 计算总传热系数 9
3 传热面积的计算 10
4 工艺结构尺寸 10
5 换热器核算 12
三）辅助设备的计算及选型 14
四）设计结果汇总表 15
五）设计评述 15
六）参考资料 15
七）主要符号说明 16
八）致谢 16
工程原理课程设计任务书。
某生产过程的流程如图所示，欲用井水将6000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30，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。。
物性特征：一) 概述及设计方案简介。
1 概述。1.1 换热器。
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。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并无本质上的差别。
在食品、化工、石油、动力、制冷等行业中广泛使用各种换热器，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。
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。
1.2 换热器的选择。
换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式：坚壁式、直接接触式和蓄热式。
列管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、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。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量应用于工业中。
列管换热器主要特点：
1) 耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100℃都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。
2) 耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174℃，一般使用温度可达110-125℃。
3) 无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。
4) 重量轻：对设备安装维修极为方便。
列管式换热器主要分为以下四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、u形管式换热器、填料函式换热器 。
1.2.1固定管板式换热器。
结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，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，会使管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
1.2.2.浮头式换热器。
结构特点：两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则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当换热管与壳体间有温差存在，壳体或换热管膨胀时，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。
缺点：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。
适用于管壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。
1.2.3 u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。
缺点：管内清洗困难；由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束内程管间距大，壳程易短路；内程管子损坏不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。
1.2.4.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。
缺点：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。
1.3 流动空间的选择
在管壳式换热器的计算中，首先需决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原则：
①应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。
③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。
所以在具体设计时应综合考虑，决定哪一种流体走管程，哪一种流体走壳程。
1.4 流速的确定
表2-2 换热器常用流速的范围。
1.5 材质的选择
一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。
1.5.1 碳钢
**低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10号和20号碳钢。
1.5.2 不锈钢
奥氏体系不锈钢以1crl8ni9ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。
1.6 管程结构。
介质流经传热管内的通道部分称为管程。
1.6.1换热管布置和排列问距
常用换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm、ф25×2.5 mm。
标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，3000mm，6000mm等。当选用其他尺寸的管长时，应根据管长的规格，合理裁用，避免材料的浪费。
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；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
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。
1.6.2 管板
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。
1.7 壳程结构。
介质流经传热管外面的通道部分称为壳程。
壳程内的结构，主要由折流板、支承板、纵向隔板、旁路挡板及缓冲板等元件组成。由于各种换热器的工艺性能、使用的场合不同，壳程内对各种元件的设置形式亦不同，以此来满足设计的要求。各元件在壳程的设置，按其不同的作用可分为两类：
一类是为了壳侧介质对传热管最有效的流动，来提高换热设备的传热效果而设置的各种挡板，如折流板、纵向挡板。旁路挡板等；另一类是为了管束的安装及保护列管而设置的支承板、管束的导轨以及缓冲板等。
1.7.1 壳体
壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供壳程流体进人和排出之用。直径小于400mm的壳体通常用钢管制成，大于400mrn的可用钢板卷焊而成。壳体材料根据工作温度选择，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。
介质在壳程的流动方式有多种型式，单壳程型式应用最为普遍。如壳侧传热膜系数远小于管侧，则可用纵向挡板分隔成双壳程型式。用两个换热器串联也可得到同样的效果。
为降低壳程压降，可采用分流或错流等型式。
壳体内径d取决于传热管数n、排列方式和管心距t。计算式如下：
单管程 式中 t——管心距，mm；
d0——换热管外径，mm；
nc——横过管束中心线的管数，该值与管子排列方式有关。
正三角形排列：
正方形排列：
多管程 式中 n——排列管子数目；
管板利用率。
正角形排列：2管程 η=0.7~0.85
4管程 η=0.6~0.8
正方形排列：2管程 η=0.55~0.7
4管程 η=0.45~0.65
壳体内径d的计算值最终应圆整到标准值。
1.7.2 折流板
在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以引导流体横向流过管束，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。
折流板的型式有圆缺型、环盘型和孔流型等。
圆缺形折流板又称弓形折流板，是常用的折流板，有水平圆缺和垂直圆缺两种。切缺率(切掉圆弧的高度与壳内径之比)通常为20％~50％。垂直圆缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有悬浮固体粒子流体用的水平热交换器等。
垂直圆缺时，不凝气不能在折流板顶部积存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部积存。弓形折流板有单弓形和双弓形，双弓形折流板多用于大直径的换热器中。
折流板的间隔，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的1/5或者不小于50 mm，最大值决定于支持管所必要的最大间隔。
1.7.3 壳程接管
壳程流体进出口的设计直接影响换热器的传热效率和换热管的寿命。当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管会造成很大的冲刷，所以常将壳程接管在入口处加以扩大，即将接管做成喇叭形，以起缓冲的作用；或者在换热器进口处设置挡板。
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
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列管式换热器课程设计
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