化工原理课程设计。
水冷却器。设计说明书。
专业化学工程与工艺
1.3.3 列管换热器主要部件4
2.4设计流程5
3.1.1冷却介质选择。
3.1.2换热器类型选择及流体流动路径选择。
3.1.3流体流速选择。
3.1.4换热器设备设计原则。
4.1主要工艺及结构基本参数计算。
4.2换热器筒体尺寸与接管尺寸确定。
4.3.1封头选型。
4.3.2封头厚度选取。
4.4.1管板尺寸。
4.4.2管板与壳体连接。
4.4.3管板厚度。
4.5换热器支座选定。
4.6换热器核算。
4.6.1管、壳程压强降计及校验。
4.6.2总传热系数计算及校验。
1前言。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造在换热器的材料具有抗强腐蚀性能。
换热器的分类比较广泛：反应釜、压力容器冷凝器、反应锅、螺旋板式换热器、波纹管换热器、列管换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管壳式换热器、容积式换热器、浮头式换热器、管式换热器、热管换热器、汽水换热器、换热机组、石墨换热器空气换热器、钛换热器。在合成氨生产过程中，换热器应用十分广泛，主要用于热量的交换和**。
变换工段中主要涉及一氧化碳的转化和能量的**利用，列管换热器在传热效率，紧凑性和金属耗量不及某些换热器，但它具有结构简单，坚固耐用，适用性强，制造材料广泛等独特优点，因而，在合成氨变换工段选择列管式换热器，而本设计主要对该换热器进行相关选型和计算。
氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各化工产品首位；同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。
氨可生产多种氮肥，如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。
氨也是重要的工业原料。应用于基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐的生产； 有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等的生产；国防工业中三硝基甲苯、***油、硝化纤维等的生产。
合成氨的原料是氢气和氮气。氮气**于空气，可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；氢气**于水或含有烃的各种燃料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。
合成氨生产的原则流程如图示。
合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整个工艺过程的核心。
自20世纪20年代第一套合成氨工业投产以来，尽管合成氨生产的基本原理未变，但在合成气制备、合成气净化、氨合成等工艺单元，均取得了重大的技术进步，实现了不少单元技术的革新，以至全流程的更新，使装置规模不断扩大，能量消耗逐步接近理论值。与此同时，在天然气、重油和煤等制氨原料中，由于天然气具有投资省、能耗低的明显经济性优势，使世界上约有85%的装置以天然气为原料。因此合成氨技术的发展主要体现在天然气制氨的技术进步中。
20世纪60年代中期，美国凯洛格公司首先开发出以天然气为原料、日产1000吨的大型合成氨技术，其装置在美国投产后每吨氨能耗达到42.0吉焦的先进水平。凯洛格传统合成氨工艺首次在合成氨装置中，采用了离心式压缩机，并将装置中工艺系统与动力系统与动力系统非有机结合起来，实现了装置的单系列大型化（无并行装置）和系统能量自我平衡（即无能量输入），是传统型制氨工艺的最显著特征。
称为合成氨工艺的“经典之作”。之后ici-uhde、topsoe、braun公司等相继开发出与凯洛格工艺技术，其中topsoe和ici在以清幽为原料的制氨技术方面，处于世界领先地位。这是合成氨工业史上的第一次技术变革和飞跃。
我国氮肥工业自20世纪5年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦煤、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为4500万t/a 左右，氮肥工业已基本满足了国内需求，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力今后的发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。
我国目前有大型合成氨装置共计34套，生产能力约1000万t/a；其下游产品除1套装置生产硝酸磷肥之外，均为尿素。按照原料类型分：以天然气（油田气）为原料的17套，以轻油为原料的6套，以重油为原料的9套，以煤为原料的2套。
除上海吴泾化工厂为国产化装置外其他均系从国外引进。
换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在一般化工厂的建设中，换热器约占总投资的11%。
在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。
今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性、不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。
在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。列管式换热器是间壁式换热器的主要类型。
管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。
结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。与其它品种换热器比较，管壳式换热器的最大缺点是传热效率低。例如，对于水一水换热，传统的管壳式换热器k值范围一般为1150～2230w/ ㎡而板式换热器k值为1500～4700w/ ㎡螺旋板式为2000～3000w/ ㎡
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
图1 列管式换热器的基本结构。
列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：
1）． 固定管板式换热器(代号g)
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。
因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
固定管板式换热器有结构简单、排管多、紧凑、造价便宜，等优点。但由于结构紧凑，固定管板式换热器的壳侧不易清洗，而且当管束和壳体之间的温差太大时，管子和管板易发生脱离，故不适用与温差大的场合。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.
6mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
图2 带有温度补偿的固定管板式换热器。
1—挡板；2—补偿圈；3—放气嘴。
2）.浮头式换热器（代号f）
浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷进行了改进，浮头式换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，易于清洗和检修，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
但其结构复杂、笨重、造价高限制了它的使用。
图3 .浮头式列管换热器。
1—管程隔板；2—壳程隔板；3—浮头。
3）．填料函式换热器。
化工原理课程设计列管式换热器
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