化工原理课程设计

题目：列管式换热器。

班级：应化0935

姓名：但林阳丁理想。

学号： 03 04

指导教师：郑幼松许东升。

目录。第一章设计方案概述和简介 3

1.1 简介 3

1.2 列管式换热器的结构 3

1.3 方案简介 4

1.3.1 设计方案选定 4

第二章换热器的设计计算 5

2.1 物性参数的确定 5

2.1.1混合气体的物性参数 6

2.1.2热负荷的计算 7

2.13 热水（软水）的物性参数 7

2.2 估算传热面积 7

2.2.1传热平均温度差 7

2.2.2 初算传热面积 7

2.2.3选定换热管规格 8

2.2.4 折流挡板数 10

2.2.5 工艺结构尺寸 10

2.2.6 其它附件 11

2.3换热器校核 11

2.3.1传热面积校核 11

2.3.2 壁温的计算 15

2.3.3 核算压力降 15

第三章结果汇总表 18

第五章设计评述（结束语） 19

参考文献及问题讨论 21

第一章设计方案概述和简介。

1.1 简介。

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。在化工生产过程中，换热器的应用十分广泛，蒸馏塔所用的再沸器和冷凝器，蒸发设备中的加热器等。在一般化工厂建设中，换热器约占总投资的11%。

在炼油厂的常，减压蒸馏装置中，换热器约占总透支的20%。由于生产中的换热目的的不同，换热器的类型很多，特别是随着化工工艺的不断发展，新型换热器不断出现。虽然列管换热器在传热效率，紧凑性和金属消耗量方面不及某些新型换热器，但他具有结构简单，坚固耐用，适应性强，制造材料广泛等独特优点，因而在换热设备中仍占有重要地位。

特别是在高温、高压和大型换热设备中仍占绝对优势。在一般化工厂建设中，换热器约占总投资的11%。在炼油厂的常，减压蒸馏装置中，换热器约占总透支的20%

1.2 列管式换热器的结构。

1）固定板式换热器。

这种换热器两端的管板分别焊接在外壳上，具有结构简单，适应性强，造价低等优点。其缺点是管外清洗困难，管壳间存在温差应力，适用于管束和壳体间温差较小，壳程流体不易结构的场合。当管束与壳体温差大于50℃时，为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节（补偿圈）

（2）浮头式换热器。

这类换热器一端管板用法兰与壳体固定，另一端管板可在壳体内自由伸缩。这种形式的优点是，管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间，管束的膨胀不受壳体的约束，因而壳体与管束之间不会产生温差应力。其缺点是构造复杂。

造价高。适用于管束与壳体之间温差较大，压力较高或壳程流体易结构的场合。

（3）u形管式换热器。

将管子弯成u形，管子的两端固定在同一管板上。管束与壳体分开，管子可以自由伸缩，能完全消除热应力。u形管换热器结构简单，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内必须是清洁的不易结垢的流体。

因弯管时，必须保持一定的弯曲直径，所以管束中心存在较大的空隙，流体易走短路，影响传热效果，而且管板上排管较少，结构不紧凑。

4）填料函式换热器。

这种换热器的浮头部分与壳体部分采用填料函密封。它具有浮头式换热器的优点，又克服了固定板式换热器的缺点，结构比浮头换热器简单，制造方便，易于检修清洗。常用于一些腐蚀严重，需要经常更换管束的场合。

但由于填料密封处有外漏的可能，故壳程中流体压力不能过高，也不应易燃、易爆或有毒的流体，由于填料密封性能的限制，目前只用于700mm以下的换热器，大直径填料函式换热器很少采用，尤其是在操作压力和温度较高的条件下就更少采用。

1.3方案简介。

1.3.1设计方案的选定。

1.3.1.1换热器类型的选定。

任务书要求：

热流体（混合气体）：气量2.1kg/s

入口温度：240℃ 出口温度： 141℃

入口压力：697kpa 出口压力： ≥667kpa

冷流体（软水）：水量30 t/h

入口温度：136℃ 出口温度：未知。

1）混合气体中含有32.4%的易燃组分，氢气，故不易选择填料函式换热器。

2）浮头式换热器其构造复杂，造价高，任务采用固定板式换热器或u形管式换热器能完成换热任务，相比之下，不满足经济性，故不采用。

3）由于选择混合气体走壳程，热水（软水）走管程，软水也会不同程度的导致管内结垢，考虑长期使用，选择u形管式换热器时清洗管内困难，再者在后续的计算中发现排管较多，而u形换热器的一大缺点就是排管数较少，结构不紧凑，故不选择u形管式换热器。

由于管外为气体，不易结垢，固定板式换热器的结构简单，造价低，适应性强等优点。综上所述，换热器选定为固定板式换热器。

1.3.1.2路径的选择。

而且在计算中发现，使用气体走管程时，压降过大不易采用气体走管程。

不清洁或易结垢的流体宜走便于清洗侧，所以对于对于固定板式换热器，混合气体走壳程，液体走管程。

而且在计算中发现，使用气体走管程时，压降过大不易采用气体走管程。

所以选用气体走壳程，液体走管程。

采用逆流操作。

因为采用逆流传热推动力大于并流，节约冷却剂或加热剂的用量，可以减少传热面积。

1.3.1.2列管式换热器设计的主要内容。

列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流体设计、结构设计、以及强度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用时，均需要进行这方面的工作。

热力设计是指根据使用单位提出的基本要求，合理的选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。

2.1 物性参数的确定。

2.1.1混合气体物性参数

壳程流体混合气体的定性温度：

密度采用计算公式得出。

1】p-14 式1-3

混合气体的密度【1】p-14 式1-6

混合气体的比热容计算：

y ——混合气体各组分的百分含量。

cp ——混合气体各组分的比热容。

混合气体的导热率：

混合气体的黏度：【4】p106 式1-3

查得t=190.5℃ p=

混合气体μ=1879×10-7 pa/s

混合气体物性参数表。

2.1.2热负荷的计算。

【1】p147 式4-38

解得。故热水（软水）温升（无相变）：

查得t=136℃ cpc=3.95

解得t2=174.3℃

2.1.3热水（软水）物性参数。

管程冷流体定性温度。

故查得下表【1】p209 附录五。

热水（软水）物性参数表。

2.2.1 传热平均温度差1】p151 式4-49

参照传热系数的k的大致范围，取k=280 w/㎡℃6】p135 表五。

则估算传热面积【6】p52 式3-9

取实际面积为估算面积的1.15倍，则

2.2.3. 选定换热管规格。

依据流体粘度来选定换热管规格。由于管内走水，换热管采用无缝不锈钢管，则其内径，外径。取管子规格【1】p224 附录17（3）

根【6】p32 式3-10

综合考虑其经济效应和操作性选择 9m管长的碳钢。

单程流速：【6】p32 式3-12

单程流速较低，为提高传热系数考虑采用多程。按管程流速推荐范围，选取管程流速所以管程数为。

取四管程【6】p32 式3-11

2.2.3.1 确定换热管排列方式。

基于所估算的管程数，应该需要排列紧凑，换热效果好的管子排列的方式，所以采用组合排列法，管子与管板采用焊接结构。

管心距。则各程相邻管的管心距6】p37 表3-8

2.2.3.2 壳体的相关参数。

采用多管程的换热器，壳体内径可按照式计算。取（管板利用率）=0.86】p37 式3-16

按壳体标准圆取整。

2.2.3.4 绘制管板布置图、确定实际换热管数。

实际换热面积：

管程实际流速。

管程实际流速在推荐范围内。

2.2.4折流挡板数

采用弓形折流板，因为其结构简单，流动死角少。

取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去圆角高度为。

6】p38

取折板间距 b=600mm

所以可得用到的折流挡板数为。

所以，综上所述换热管的总体规格可表示为：

壳径/mm600总管数 400

管程数4排列组合排列。

换热管尺寸/mm管中心距/mm 25

实际传热面积/㎡ 212.8折流板间距/mm 600

管长/m9折流板形式弓形折流板。

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