化工原理课程设计。
课程设计任务书。
设计条件：气体处理量：15000 kg/h
气体进口温度：110℃；气体出口温度：60℃
循环水进口温度：20℃；出口温度：40 ℃
压力：气体压力3mpa；循环水压力0.4 mpa
混合气体85℃下物性参数：
密度9kg/m3；定压比热容3.297kj/(kg·℃)
导热系数0.0279w/(m·k)；粘度1.5×10-5pa·s
6．循环水30℃下物性参数：
密度995.7kg/m3；定压比热容4.174kj/(kg·℃)
导热系数0.618 w/(m·k)；粘度0.8007×10-3pa·s
设计任务：1. 接受设计任务，熟悉与设计任务有关的图书、资料。
2. 工艺设计
(1)选择工艺流程。
包括确定换热器类型；换热器流体流动空间的安排等。
(2)传热过程工艺计算。
包括物料衡算确定各物料流率；热量衡算，确定换热器热负荷以及冷却水消耗量。
3. 换热器结构设计。
包括换热器壳体直径、长度、厚度；管板尺寸、厚度和结构；封头尺寸和法兰以及它们之间的连接和材料的选用等。
4. 选定主要附属件。
5. 绘制列管式换热器设备**配图。
参考设计指导书的设备装配参考图，根据具体设计完成的换热器，在3#纸上绘制换热器**配图。
6. 编写设计说明书。
设计说明书应根据设计指导思想阐明设计观点和特点；列出本设计主要技术数据。应按设计过程列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历，有条件的还应注明其误差范围。
设计时间。2023年 6月20 日至2023年 6月 24 日。
指导老师：目录。
1. 前言（概述）
1.1 设计依据
1.2设计任务及要求（简述）
1.3设计方案初定。
2. 传热过程工艺计算。
2.1试算和初选换热器的规格。
2.2核算压强降。
2.3核算总传热系数。
3. 换热器结构设计。
3.1 壳体壁厚的计算。
3.2 管板结构和尺寸的确定。
3.3 管板与壳体、封头的连接
3.4 温差应力补偿。
4. 设计结果汇总（列表）
5. 设计评述（结束语）
6. 参考资料。
前言。换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备。列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。
因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和u形管式等几种类型。
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、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。
列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。
1.1 设计依据。
本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。
1.2设计任务及要求（简述）
1）搜集资料、阅读教材、拟定设计方案。
2）换热器工艺设计及计算（物料衡算、能量衡算、工艺参数选定及其计算）
试算与初选换热器规格。
核算总传热系数。
核算管、壳程压强降。
3）换热器结构设计（设备的主要结构设计及其尺寸的确定等）
换热器壳体直径、长度、厚度。
管板设计。管板与壳体、封头得连接。
温差应力补偿计算。
4）绘制设备装配图（设备各类尺寸，用3号图纸绘图）
1.3设计方案初定。
1）选择换热器的类型。
两流体温度变化情况：热流体进口温度110℃，出口温度60℃；冷流体进口温度20℃，出口温度为40℃.该换热器用循环冷却水冷却，由于tm-tm=50℃，因此采用浮头式换热器。
这种换热器（见图2）的特点是它的一端管板与壳体用螺栓固定，而另一端管板不与壳体相连，而与另一个可以自由伸缩的封头（称浮头）相连接，当换热管束受热或受冷时可以自由伸缩，不受壳体的约束。故管、壳间不产生温差应力，管束可以从壳体内抽出，便于检修、清洗。但结构比较复杂、造价高（比固定版式的高20%）。
2）流径的选择。
在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；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；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。
参考标准：不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗。
腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管程。
饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。
需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低re(re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。
综合考虑以上标准，确定应走壳程，水走管程。
3）管程结构。
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。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，采用正方形斜转450排列方式。
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。
4）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。
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。
5）材质的选择。
列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。
传热过程工艺计算。
选水走管程，空气走壳程。
2.1试算和初选换热器的规格。
1）计算列管式换热器的热负荷和冷却水用量无相变，热负荷：
冷却水流量。
2）计算两流体的平均温度。
逆流时的平均温差
而 由图可查得
（3）初选换热器规格。
①根据两流体情况，设。
故估算传热面积。
由于 因此需考虑补偿，由换热器系列标准中选定fb-500-65-1.6-2型，其参数如下。
②实际传热面积。
若采用此传热面积，要求过程的总传热系数为：
2.2核算压强降。
①管程压强降。
其中，ft=1.4 np =2
管程流通面积。
管内水流速
雷诺准数 ∴为湍流。
湍流时： 所以
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...