《材料工程原理b》课程设计。
设计题目： 处理量10×104吨/年煤油冷却器的设计
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日期： 指导教师：
设计成绩。日期。
设计任务书。
目录。一、概述 1
二、设计方案说明 1
2.1 列管式换热器设计简介 1
2.2 列管式换热器的类型 2
2.2.1 固定管板式 2
2.2.2 浮头式换热器 2
2.2.3 u型管式换热器 3
2.2.4 填料函式换热器 3
2.3 换热器类型的选择 3
2.4 流体流径流速的选择 3
2.5 材质的选择 4
2.6换热器其他结构的选择 4
2.6.1 管程结构 4
2.7工艺流程草图 5
三、换热器设计计算 6
3.1确定计算方案 6
3.1.1选择换热器的类型 6
3.1.2流体流径流速的选择 6
3.2 确定物性参数 6
3.3 估算传热面积 7
3.3.1 热流量 7
3.3.2平均传热温差 7
3.3.3 传热面积 7
3.3.4 冷却水用量 8
3.4 工艺结构尺寸 8
3.4.1管径和管内流速 8
3.4.2管程数和传热管数 8
3.4.3 平均传热温差校正及壳程数 9
3.4.4 传热管排列和分程方法 9
3.4.5 壳体内径 9
3.4.6 折流板 10
3.4.7 接管 10
3.5 换热器核算 10
3.5.1 热流量核算 10
3.5.1.1 壳程表面传热系数 10
3.5.1.2 污垢热阻和管壁热阻 12
3.5.1.3 传热系数k 12
3.5.1.4 换热器面积裕度 12
3.5.2 换热器内流体阻力计算 13
3.5.2.1 管程流体阻力 13
3.5.2.2 壳程阻力 13
3.6壁温核算 14
3.7水泵 15
四、 换热器主要结构尺寸和计算结果表 16
五、设计心得体会 17
参考资料 18
主要符号说明 18
课程设计是学习化工设计基础知识，培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过这一实践教学环节，使学生掌握化工单元过程及设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅和正确使用技术资料，能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大提高，增强工程观念和实践能力。为此，学生应在进行本课程设计的实践过程中，以实事求是的科学态度，严谨认真的工作作风完成以下内容。
1） 设计方案简介。
2） 主要设备的工艺设计计算。
3） 主要设备的结构设计与机械设计。
4） 典型辅助设备的选型。
5） 带控制点的工艺流程图。
6） 主要设备的工艺条件图。
7） 主要设备的**配图。
8） 编写设计说明书。
列管式换热器的设计、制造、检验与验收必须遵循中华人民共和国国家标准“钢制管壳式（即列管式）换热器”（gb151）执行。按该标准，换热器的公称直径做如下规定：卷制圆筒，以圆筒内径作为换热器公称直径，mm；钢管制圆筒，以钢管外径作为换热器的公称直径，mm。
列管式换热器的工艺设计主要包括下列内容：
1 根据生产任务和有关要求确定设计方案；
2 初步确定换热器结构和尺寸；
3 核算换热器的传热能力及流体阻力；
4 确定换热器的工艺结构。
固定管板式换热器是用焊接的方式将管束的管板固定在壳体两端。制造方便，紧凑，造价较低。适用于壳程流体清洁，不易结垢，或者管外侧污垢能用化学处理方法除掉的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温之差不能太大，一般情况下，该温差不得大于50℃。
若超过此值，应加温度补偿装置。通常是在壳体上加一膨胀节。
但这种装置只能用在管壁温与壳体壁温之差低于60~70℃及壳程压力不高的场合。当壳程流体表压超过0.7mpa时，由于膨胀节的材料较厚，难以伸缩而失去对热变形的补偿作用，此时不宜采用这种结构。
浮头式换热器是采用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板可以在壳体内自由伸缩，并在这端管板上加一顶盖后称为“浮头”。
这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生热应力。但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。
适用于壳体壁温与管壁温差较大或者壳程流体易结垢的场合。
这类换热器的管束是由弯成u型的传热管组成。其特点是管束可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简单，造价比浮头式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子较少。
另外由于管束中心一带存在间隙，且各排管子回弯处曲率不同，长度不同，故壳程流体分布不够均匀，影响传热效果。适用于壳程流体易结垢，或壳体壁温与管壁温之差较大的场合，但要求管程流体应较为清洁，不易结垢。
这类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺点，结构比浮头式简单，制造方便，易于检修清洗。但这种换热器密封性能较差，故壳程中不宜处理易燃、易爆或有毒的流体。同时要求壳程流体的压力不宜过高。
本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求煤油（热流体）的入口温度140℃，出口温度40℃。采用循环冷却水作为冷却剂降低热的没有温度，冷却水的入口温度30℃，出口温度40℃。
根据换热器的分类与特性，结合上述工艺要求，最大使用温差小于120℃,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60℃，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。
循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且粘度大的流体应走壳程，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为ui=1.0m/s。
换热器的设计时，换热器的各种零件，部件的材料应根据设备的操作压力，操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺要求来选取。换热器的常用材料有：碳钢和不锈钢。
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比较合理的。据生产要求，冷热流体分别为水和煤油，均无腐蚀性化学性质比较稳定，以及生产经济合理，选择碳钢作为换热器的材料。
换热管的布置和排列间距：常用的换热管有φ19×2mm，φ25×2mm，φ25×2.5mm。故可选择换换热管径φ25×2.5mm。
2.6.2壳程结构。
壳体：直径小于400mm的壳体通常用钢管制成，壳体大于400mm的壳用钢板卷焊而成。
折流板：常用的为圆形折流板，切缺率通常为20% 至50%。垂直圆缺用于水平冷凝器，水平再沸器等，选用垂直圆缺。
推荐折流板间隔最小值为内径的1/5或小于50mm，最大值取决于支持管所必要的最大间隔。此设计中使用折流板间隔为内径的1/4。
本次设计为煤油冷却器的工艺设计，工艺要求煤油（热流体）的入口温度140℃，出口温度40℃。采用循环冷却水作为冷却剂降低热的没有温度，冷却水的入口温度30℃，冷却水的出口温度40℃。
根据间壁式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，最大使用温差小于120℃,选用固定管板式换热器，又因为管壳两流体温差大于60℃，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。
根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速大于煤油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为ui=1.0m/s,管子选用φ25×2.
5mm的换热管。
定性温度：可取流体进口温度的平均值。
管程流体的定性温度。
煤油90℃下的物性数据。
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
假设壳程传热系数，管壁导热系数。
则，则估算面积。
考虑15%的面积裕度，则：
选用φ25×2.5mm传热管，取管内流速ui=0.5m/s。
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。
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长为l=4.5m，则该换热器的管程数为：
换热器的总传热管数为。
平均传热温差校正系数：
按单壳程，4管程结构，温差校正系数查阅有关图表。但r= 10的点在图上难以读出，因而相应以1／r代替r，pr代替p，查同一图线，可得。
平均传热温差。
由于平均传热温差校正系数大于0.8，故取单壳程合适。
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