化工原理课程设计
设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计设计者：
班级：
指导教师：
设计成绩：计算说明书图纸总分
日期：
设计任务书
一、设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计
二、设计条件
(1)煤油
处理量：16吨/小时
进口温度：130℃出口温度：40℃压强降：＜101.3kPa
(2)冷却水
进口温度：10-20 ℃出口温度：30-40℃压强降：＜101.3kPa
三、设计任务：
(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，
并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。
(2)绘制列管式换热器的装配图。
(3)编写课程设计说明书。
目录
一、设计条件 (4)
二、设计说明书 (4)
1、设计原则： (4)
（1）满足工艺和操作的要求 (4)
（2）满足经济上的要求 (4)
（3）保证安全生产 (4)
2、设计题目及原始数据 (5)
3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择 (5)
3.1管束及管壳分程 (5)
3.2传热管 (5)
3.3管子布置 (5)
3.4管板 (6)
3.5管子与管板的连接 (6)
3.6管板与壳体的连接 (6)
3.7折流板 (6)
3.8壳体直径及厚度 (7)
3.9管子在管板上的固定方法 (7)
3.10主要附件 (7)
3.11材料选用 (7)
4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、
壳体直径等)； (8)
4.1初算传热面积 (8)
4.2计算换热器的概略尺寸 (8)
4.3流体定性温度的确定 (9)
4.4总传热系数K的计算 (9)
4.5管壁温度 (12)
4.6压力损失计算 (12)
5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等) (14)
6、参考文献 (15)
7、设计评述 (15)
一、设计条件
1处理能力16吨/小时
2.设备型式列管式换热器
3.操作条件
（1）煤油：入口温度130℃，出口温度40℃
（2）冷却介质：自来水，入口温度10~20℃，出口温度30~40℃
（3）允许压强降：小于101.3k Pa
4.设计项目
（1）设计方案简介：
A．选择换热器的类型：两流体温的变化情况：热流体进口温度130℃出口温度40℃；冷流体进口温度10℃，出口温度为30℃，该换热器用循环冷却水冷却，初步确定选用列管式换热器。B．管程安排：从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；又被冷却的流体宜走壳程，便于散热。所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。
（2）根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。
（3）绘制列管式换热器的装配图。
二、设计说明书
1、设计原则：
（1）满足工艺和操作的要求
设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并自确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化使采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，加修应方便。
（2）满足经济上的要求
在确定某些操作指标和治标和选定设备型式以及仪表配置时，要有经济核算的观点，既能满足工艺和操作要求，又使施工简便，材料来源容易,造价低廉。如果有废热可以利用，要尽量节省热能，充分利用，或者采取适当的措施达到降低成本的目的。
（3）保证安全生产
在工艺流程和操作中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性,就要考虑必要的安全措施。又如设备的材
料强度的演算，除按规定应有一定的安全系数外，还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。以上提到的都是为了保证安全生产所需要的。
设计方案也可能一次定不好，后来需要修改，但各物料流通路线和操作指标的改动都对后面的计算有影响，所以最好第一次确立就考虑周到些。
2、 设计题目及原始数据
设计一处理量为 16吨/小时煤油的列管式换热器，煤油入口处温度为130℃，出口温度为40℃。冷却水的入口处温度为10~20℃，出口温度30~40℃，允许压强降：小于101.3kPa 。
煤油流量为kg/s 44..460
601000
16=??=
W
3、 论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择
换热器的结构设计包括：管子在管板上的固定，是否需要温差补偿装置的设计，管板的强度，管板与壳体的连接结构，折流板与隔板的固定，盖板与法兰的设计，个部件的公差及技术条件等。
3.1管束及管壳分程
3.1.1管束分程
为了解决管束增加引起管内流速及传热系数的降低，可以将管束分程。在换热器的两端的管箱中安置一定数量的隔板，一般每程中管束大致相等。注意温差较大的流体应避免紧邻以免引起较大的温差应力。管束分程应优先考虑偶数管程，因为从制造、安装、操作的角度来考虑，偶数管程有较多的方便之处。但是管程数不宜太多，否则隔板本身占去相当大的布管面积，且在壳程中形成旁路，影响传热。
3.1.2壳程分程
壳程分程型式可分为 E 型、F 型、G 型、H 型。他们的不同之处在于壳侧流体进出口的位置不同。同时考虑到制造上的困难，一般的换热器壳程数很少超过2。
3.2传热管
传热管采用普通钢管或异形管。光滑管常用的规格有19mm×2mm,25mm×2.5mm 两种。当换热器的传热系数不是很高时，为了强化传热，可采用异形管，如翅片管、螺纹管，其都可以显著提高传热膜系数，但是制造困难，流体流动的阻力提高。管子的直径与长度的确定与工艺密切相关，长的选择应根据我国现有的管长的规格系列(常有3m 、6m 、9m)截取时因考虑管材的合理使用，避免浪费。
3.3管子布置
管子布置应在换热器的截面上均匀而紧凑的分布，此外还有考虑流体的性质和结构设计及制造等方面的问题
管于的排列方式有等边三角形和正方形两种，如图(a)、图(b)所示。与正方形相比，等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高、表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转45度安装如图(c)可在一定的程度上提高对流传热系数。
3.4管板
管板用来固定换热管并起着分隔管程、壳程的作用。
管板型有平管板椭圆型管板和双管板，其中最常见的是平管板。当流体有腐蚀性时，管板应采用耐腐蚀材料，工程上多采用轧制成的符合不锈钢，或在碳钢表面堆焊一层厚度不小于5mm的覆盖层。当换热器承受高温高压时，应采用薄型管板，即降低了温差应力，同时也满足了高压对机械应力的要求。薄管板的突出优点是节约管板材料，高压时壳节约90%，且加工方便。所以在中低压换热器中得以推广应用。
3.5管子与管板的连接
在管壳式换热器的结构设计中，管子与管板的连接是否紧密十分重要。如果连接不紧密，在操作时连接处发生泄露，冷热流体互相混合，会造成物料和热量损失；若物料带有腐蚀性、放射性或者两种流体接触会产生易燃易爆物质，后果将更加严重。
在固定管板式换热器的连接方法处还应考虑能承受一定的轴向力，以避免温度变化较大时，产生的热应力使管子从管板脱出。
焊接法由于具有很多的优点（加工简单、对管孔的加工要求不高，较强的抗脱能力使之在高温高压下仍能保持连接处的紧密性，同时在压力不太高时还可采用薄型管板），在一些要求较高的场合被广发的应用。
3.6管板与壳体的连接
浮头式换热器通常是把管板夹在壳体法兰与管箱法兰之间便于管壳程一起清洗。
3.7折流板
换热器内安装折流挡板是为了提高完程流体的对流传热系数。为了获得良好效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对于常用的圆缺形挡板，弓形切口太大或太小，都会产生流动“死区”，如图所示，不利于传热，且增加流体阻力。一般切口高度与直径之比为0.15——0.45，常见的有0.20和0.25两种。
a ——切口过小，板间过大
b ——切口适当
c ——切口过大
挡板的间距对壳程的流动有重要的影响，间距太大不能保证流体垂直流过管束，使得管外给热系数降低，间距太小又不方便检修，阻力损失也很大。一般采用间距为壳体的0.2-1.0倍。取折流板间距B=0.3D ，则 B=0.3×500=150mm ，可取B 为150mm 。
而对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要的影响。弓形缺口太大还是太小都有可能造成流体“死区”，既不利于传热也不利于流体的流动。一般来说，弓形缺口的高度可取壳程高度的0.1—0.4。据以上原理可以选择的缺口高度以及挡板常采用0.2和0.25采用弓形折流板，去弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为
h=0.25×600=130mm ，故可取h=130mm
折流板数目N B 1614.161350
6000
1≈=-=-=
t p l 折流板间距传热管长
3.8壳体直径及厚度
换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。根据计算出的实际管数、管径、
管中心距及管子的排列方法等，可用作图法确定壳体的内径。但是，当管数较多又要反复计算时，用作图法就太麻烦。一般在初步设计小，可光分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，于系列标准中查出外壳的直径。待全部设计完成后，仍应用作图法画出管子排列图。为了使管子排列均匀，防止流体走‘短流”，可以适当增减一些管子。
3.9管子在管板上的固定方法
管于在管板上的固定方法主要有胀接和焊接两种。其选择原则是必须保证管子与管板连接牢固，连接处不会产生泄漏。实际生产中，高温高压情况下有时采用胀接加焊接的方法，对非金属管和铸铁管也有采用垫塞法的。
3.10主要附件
①封头 封头有方形和圆形两种，方形用于小直径 (<400mm)的壳体，圆形用于大直径的壳体。
②缓冲挡板 为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料管口装设缓冲挡板。
③ 导流桶 壳程流体的进、出口和管扳问必存在有一段流体不能流动的空间(死角)，为了提高传热效果，常在管束外增设导流简，使流体进、出壳积时必然经过这个空间。
放气孔、排液孔 换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝气体和冷凝液等。
3.11材料选用
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有的。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、聚四氖乙烯和玻璃等。不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用。
4、 换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、 换热管
型号、壳体直径等)；
4.1初算传热面积
热量衡算查的煤油在平均温度85℃下的比热容为C kg kJ c p ο?=/22.21。水在平均温度35℃下的比热容为
C kg kJ c p ο?=/173.41，则热传量 ：
()()s KJ t t Wc Q p /17.83340-1302.2217.421=??=-=
冷却水量 ()()
s kg t t c Q W p /9657.192030173.417
.83321=-?=-=
1
对数平均温差 ()()()C
t t t t t m ο71.49204030130ln 204030130/ln 2121=?
?
?
??-----=???-?=
?(以逆流计）
假定冷却器为壳层单程，管程6程的1-76型换热器，则 091.02013020301112=--=--=
t T t t P A 1020
3030
1301221=--=--=t t t T R A
修正系数 75.0=t F
所以 83.2687.083.30=?=?t
假设 总传热系数 (
)(
)
C m W C h m kcal K ο
ο
?=?=??=22
/75.290163.1250/250 则传热面积 23.10915.183
.2675.2901000
59.740m t K Q A m =???=?=
估 4.2计算换热器的概略尺寸
传热管采用碳钢材料，mm d 250=，mm d i 8.20=，管长去6m 则需要管子数t N ：
2316
025.03.1090=??==
ππl d A N t 为便于布管，一般采取管程的倍数，即234=t N 。管子布置。管壳内径m D i 600.0=,m D 575.0='。管间距mm P t 32=。正方形排列，折流板采用25%的圆缺性折流板，则错流管管排数13=c N 中心线或
中心线附近管子根数17=c n
每块折流板上传热空个191，固定拉杆空4个，因此195=B n ，折流板上圆缺部分管排数4=w N ，折流板上圆缺部分管子44根数，加上两根固定拉杆,46=w n 。 如是折流板数28=B N ，则折流板间隔：m N l h B 2.01
286
1
=+=
+=
4.3流体定性温度的确定
流体定性温度可取流体出入口温度的平均值，为更为准确期间，可利用图4-41进行计算：
c
c
h K K K C -= （h K —高温端中总热系数； c K —低温段总传热系数） 对于煤油 25.0=C
高温端温差：()
C t T t h ο
1003013021=-=-=? 低温端温差：()
C t T t c ο
20204012=-=-=?
所以
25.0100
20
==??h c t t 查图4-41，温度修正系数36.0=c F ，则 热流体定性温度：C T T F T T c h ο
4.72)40130(36.040)(212=-?+=-+=
冷流体定性温度：6.23)2030(36.020)(121=-?+=-+=t t F t t c c
4.4总传热系数K 的计算 (1)管侧传热膜系数i α
每程管侧的流道面积 22201131.06
216020.044
m n N d A t t i i =??=?
=
ππ
所以管内冷却水的质量流速： ]/([26.79001131
.09378
.82m s kg A W G i i ?===
查定性温度C t c ο6.23=时水的物性： )/(1047.691047.695
5m s kg s Pa ??=??=--μ
)/(174.4C kg kJ c p ο
?= 227511047.6926
.790020.0Re 5
=??=
=
-μ
i
i i G d
修正系数 40=H j 又 14
.03
1
???
? ?????
? ??=w p H i
i c j d μμλμλα
假定98.014
.0=???
?
??w μμ ，则
()[]
C m W c d j w p i H i ο?=????
?
??????=???
?
?????
?
??=-23
1
5314
.03
1/203298.062.01047.6910174.4020.062.040μμλμλα (2)壳层传热膜系数0α
热交换器中心线或距中心线最近的灌排上错流动的最大流道面积：
()()2
003.02.0025.017575.0m h d n D S c c =??-=-'=
热交换器中心线或距中心线最新管派上错流流动的最小质量流速： ()
2/14803
.044
.4m s kg S W G c h c ?===
查的定性温度下，煤油的物性： ()m s kg s Pa ??=??=--/1091.01091.03
3
μ
(
)C m W ο
?=/18.0λ ()
C kg kJ c p ο?=/0.2
正方形排列是冠群的当两只经用式（4-7)计算： 027.0025
.0025.04032.0422=??
??
???-=
ππe d m
则 41241091.0139
027.0Re 3
0=??==
-μ
e
e G d 1.1018.01091.010233=???==-λμp r c P
带入克恩公式：假设95.014
.0=?
??
?
??w μμ
)]/([5.47995.01.10412436.0027
.018
.0Pr Re 36.023155.014
.055.00c m w d w e ο?=????=
???
?
???=μμλ
α (3)污垢系数
查有关文献可知：管内侧 管外侧
另外，管子材质金属导热系数 (
)
C m W ο
?=/.60λ
(4)总传热系数K
()()02
.0025
.02032102.0025.000034.0202.0025.0025.0602020.0025.000017.0479111
100000?
+?++?-++=?++???? ??++=i
i i i m w s d d d d r d d t r K αλα
302=K
与前面假设的K 值比较，比较吻合。 （5）传热面积裕度
传热面积 23
4.5571
.493021017.833m t K Q Ac m =??=?=
该换热器实际传热面积为Ap
203.1102346025.014.3m lN d A t p =???==π
面积裕度%67.204
.914
.913.110=-=
-=
c
c
p A A A H
4.5管壁温度w t
()()()856.366.234.725
.479025.002.020325
.4793.230
00
=-?+??
? ??+
=-++
=c h i i c w t T d d t t ααα
查C ο36下煤油粘度s Pa w ??=-3105.14μ，水的粘度s Pa w ??='
-5
1083.58μ
对管程：937.01045.11091.014
.03314
.0=???
? ????=?
??
?
??--w μμ
对壳程：98.01047.691083.5814
.05514
.0=???
? ????=?
??
?
??--w μμ
所以计算管侧、壳侧α时假定的
w
μμ
值是正确的。 4.6压力损失计算
(1).壳程
()Pa q l G p c c t 4
8
2
2107.2825
1027.166.33.1854.104.10?=?????=?=?ρ (2)管程
修正系数 9.11573Re =时的摩擦阻力系数009.0=t f 。直管部分的压力损失
Pa m kg d q G f p i c t i t t 2.23284/94.2375015
.010301027.126
6)360026.790(008.042ln 428
22==?????????==?ρ 管箱处压力损失
pa m kg q n G pr c t i 3.7276/48.7421030
1027.126)360026.790(4242
8
22
==??????==?ρ
管侧压力损失之和 Kpa Pa p p p r t p 3.1015.30560<=?+?=? 所以，管侧、壳侧的压力损失均满足要求，该设计可行。
5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；
参考文献
1）兰州石油机械研究所.换热器.北京：烃加工出版社，1998
2）大连理工大学化工机械系.化工设备设计.换热器设计，1989，（2）
3）《化工工程手册》编辑委员会.化学工程手册.北京：化学工业出版社，1991
4）上海化学工业设计院医药工程设计组.化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社，1996
5）化工设备设计全书编辑委员会.换热器设计.上海：上海科学技术出版社，1998
6）中华人民共和国国家标准GB151-89刚管制壳式换热器，国家技术局发布，1989
7）大连理工大学.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，1994
8）时均.化学工程手册.北京：化学工业出版社，1996（上卷）
9）聂海清.化工设备设计.北京：化学工业出版社，1991
6、设计评述
考虑到实际成产中物料本身的性质及化工生产的经济性等问题，本次设计主要采用列管式换热器，对换热器并联逆流操作。首先，由于列管式换热器具有结垢简单、坚固耐用、适用性强、制造材料广泛等独特有点，因而在换热设备中仍占有重要的地位。特别是在高温、高压和大型换热设备中仍占绝对优势。故本次设计采用列管式换热器；其次，根据逆流的平均温差比并流的大可以节省冷却剂或加热剂的用量，本次设计流程采用并联逆流操作。总的来说，根据所求的数据结果可以看出所确定的实验方法还是可以实行的。
课程设计需要学生自己作出决策，自己确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是增强工程观念、培养提高学生独立工作能力的有益实践。
通过本次的化工设计，我学到了很多知识，不仅把我们以前所学的理论知识好好的整理了一下，同时也增强了我将理论应用于实际创新的能力，培养了我们思考的能努力，即每设计意见东西都要好好地思考，尽量全面地全方位的考虑周全。在做设计的过程中，也培养了团队合作的能力；同时也体会到了共同努力、团队合作的乐趣！
《化工过程设备设计Ⅰ（一）》 说明书 设计题目：换热器的设计 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计日期： 设计单位：青海大学化工学院化学工程系
目录 前言 (4) 任务书 (5) 目的与要求 (6) 一、工艺设计方案 (8) 二、确定物性数据 (9) 三、估算传热面积 (9) 四、工艺结构尺寸 (10) 五、换热器核算 (12) 六、设计结果概要一览表 (17) 七、参考文献 (19)
前言 化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使学生得到化工设计的初步训练，为毕业设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心，训练学生非定型设备的设计和定型设备的选型能力。设计时数为3周，其基本内容为： (1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 (2)主要设备的工艺设计计算(含计算机辅助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。 (3)辅助设备的选型：典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。 (4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。 (5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。 (6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，设计方案简介，工艺计算及主要设备设计，辅助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参
——大学《化工原理》列管式换热器 课程设计说明书 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：年月日
目录 一、化工原理课程设计任务书............................................................................ . (2) 二、确定设计方案............................................................................ (3) 1.选择换热器的类型 2.管程安排 三、确定物性数据............................................................................ (4) 四、估算传热面积............................................................................ (5) 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量 五、工艺结构尺寸............................................................................ (6) 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体内径 6.折流挡板 (7) 7.其他附件 8.接管 六、换热器核算............................................................................ . (8) 1.热流量核算 2.壁温计算 (10) 3.换热器内流体的流动阻力 七、结构设计............................................................................ . (13) 1.浮头管板及钩圈法兰结构设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱结构设计 4.固定端管板结构设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.外头盖结构设计 7.垫片选择
换热器课程设计说明书 专业名称：核工程与核技术姓名：*** 班级：*** 学号：*** 指导教师：*** 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 2017 年 1 月 13 日
目录 1 设计题目…………………………………………………………………………… 1.1 设计题目………………………………………………………………………1.2 团队成员……………………………………………………………………… 1.3 设计题目的确定过程………………………………………………………… 2 设计过程…………………………………………………………………………… 3 热力计算…………………………………………………………………………… 4 水力计算…………………………………………………………………………… 5 分析与总结………………………………………………………………………… 5.1 可行性评价和方案优选………………………………………………………5.2 技术分析………………………………………………………………………5.3 总结与体会……………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………附录计算程序………………………………………………………………………
1.1、设计题目 设计一台管壳式换热器，把 18000 kg/h 的热水由温度 t 1 ’冷却至 t 1 ”，冷却水入口温 度 t 2 ’，出口温度 t 2 ”，设热水和冷却水的运行压力均为低压。 初始参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 80℃； 热水出口温度 t 1 ”： 50℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 20℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 45℃； 1.3设计题目的确定过程 首先，我们小组集中讨论了本次课程设计内容，即换热器设计的内容和具体细节上的要求，然后在组内达成了共识——求同存异。在题目初始参数相同的情况下对后续的计算以及编程过程发挥各自的特长，并将自己存在的疑问于组内其他成员讨论，充分发挥组内成员的自主和协作能力，努力做到一个合格并且优秀的核专业学生应有的素质。 对于管壳式换热器的设计计算，我们查阅了相关的资料（在本说明书最后一并提到），第一次尝试选择参数，如下： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 46℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 并尝试进行初步计算，不过在后面进行有效平均温差的计算时，针对我们手头有限的资料（见附录3），为了保证R可查，将参数修正为以下值。 二次选择参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 42℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 继续往下计算，我们通过之前的知识，发现在换热器的设计中，除非处于必须降 ψ>，至少不小于0.8。 低壁温的目的，一般按照要求使0.9
x x x x x大学 化工原理课程设计题目煤油冷却器的设计 教学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 20XX年6月8日 目录
第一章绪论 (1) 第二章方案设计说明 (1) 2.1换热器的选型 (1) 2.1.1 换热器的分类 (1) 2.1.2 间壁式换热器 (1) 2.1.3 管壳式换热器 (1) 2.1.4 换热器的选型 (2) 2.2材质的选择 (2) 2.3换热器其他结构设计 (2) 2.3.1 管程机构 (2) 2.3.2 壳程结构 (2) 第三章管壳式换热器的设计计算 (3) 3.1确定设计方案 (3) 3.1.1 选择换热器类型 (3) 3.3.2 流动空间及流苏确定 (3) 3.2 确定物性参数 (3) 3.3 计算总传热系数 (4) 3.3.1 热流量 (4) 3.3.2 平均传热温差 (4) 3.3.3 冷却水用量 (4) 3.3.4 总传热系数 (4) 3.4 计算传热面积 (5) 3.5 工艺结构尺寸 (5) 3.5.1 管径和管内流速 (5) 3.5.2 管程数和传热管数 (5) 3.5.3 平均传热温差校正及壳程 (6) 3.5.4 传热管排列和分程方法 (6) 3.5.5 壳体内径 (6) 3.5.6 折流板 (7) 3.5.7 接管 (7) 3.6 换热器核算 (7)
3.6.1 热量核算 (7) 3.6.2 换热器内流体的流动阻力 (9) 第四章计算结果一览表 (11) 课程设计心得与体会 (12) 参文文献 (14) 附录（1）油冷却器的设计任务书 (15) 附录（2）符号说明 (16)
第一章绪论 工程设计是工程建设的灵魂，又是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带，它决定了工业现代化水平。设计是一项政策性很强的工作，它涉及政治、经济、技术、环保、法规等诸多方面，而且还会涉及多专业、多学科的交叉、综合和相互协调，是集体性的劳动。先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是工程设计人员应坚持的设计方向和追求的目标。而化工原理课程设计，是将所学的化工原理理论知识联系实际生产的重要环节。一方面，它要求综合运用物理，化学，化工原理，工程制图的理论知识，确定生产工艺流程和计算设备的尺寸；另一方面，又要求根据设计对象的具体特征，凭借设计者的经验（或借鉴前人的经验），灵活运用设计的诀窍，对所选设备，工艺过程以及各种参数进行合理的筛选，校正和优化，达到经济合理的生产要求。 第二章设计方案说明 2.1换热器的选型 2.1.1换热器的分类 换热器是化工，炼油工业中普遍应用的工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传给低温流体。根据传热方式可分为混合式换热器，蓄热式换热器，和间壁式换热器，其中间壁式换热器是工业中应用最为广泛的一类。其主要特点为：冷热流体被一固体间壁隔开，通过壁面进行转热。考虑到间壁式换热器设计技术比较成熟，而且国家在该类换热器的设计，制造，检验和验收等方面已有较为完善的设设计资料和系列化标准，因此选择间壁式换热器。 2.1.2间壁式换热器 按照传热面的形状和结构特点，间壁式换热器又可细分为管式换热器，如套管式，螺旋管式，管壳式，热管式；板面式换热器，如板式，螺旋式，板壳式等；扩展面式换热器，如板翅式，管翅式，强化的传热管等。在管式换热器中，管壳式换热器是应用最广泛的一种，该类换热器结构相对简单，造价不高，壳选用多种结构材料，管内清洗方便，处理量大，在高温条件下也能应用。考虑其诸上优点，以及生产任务均符合管式换热器的要求，选择管壳式换热器。 2.1.3 管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。它因结构简单、耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点而在换热设备中占据主导地位。管壳式换热器根据其结构特点分为：固定管板式换热器，浮头式换热器，U形管式换热器。以下主要介绍固定管板式换热器。 固定管板式换热器，管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体连接，与其他形式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），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。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
甲醇■甲醇换热器II的设计 第一部分设计任务书 一，设计题目 甲醇-甲醇换热器II的设计 二，设计任务 1,热交换量：8029.39kw 2,设备形式：长绕管式换热器 三，操作条件 ①甲醇：入口温度7.83°C,出口温度-31.68°C ②甲醇：入口温度-37.68°C,出口温度1.00°C ③允许压强降：管侧不大于1.5*105pa壳侧不大于2.9*10’pa. 四，设计内容 ①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 ②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积和传热系数。 ③换热器的主要结构尺寸设计。 ④主要辅助设备选型。 ⑤绘制换热器总装配图。 第二部分换热器设计理论计算 1,计算并初选换热器的规格
(1) 两流体均不发生相变的传热过程，管程，壳程的介质均为 甲醇。 (2) 确定流体的定性温度，物性数据。 管程介质为甲醇，入口温度为7.83°C,出口温度-31.68°Co 壳程介质也为甲醇，入口温度?37.68°C,出口温度1.00°Co 管侧甲醇的定性温度:打=7兀：型=-H.925 °C 。 2 壳侧的甲醇定性温度：仏=二门卑V —1&34°C 。 2 两流体在定性温度下的物性数据： ⑶传热温差 △ _ 7厂力)一72一" _ (7.83-1)-[-31.8 — (-37.68)] _ 6.83-6 —钳％ °C 」厂T- 7?83-(一31?68)_39?51 r-f " 1-(-37.68) ~ 38.68 ") p=hzk= 1—(—37S)=坯=085 「-匕 7.83-(-37.68) 45.51 … 由R 和P 查图得到校正系数为：处ul,所以校正后的温度为 = ^=6.406°C （查传热课本 P288） ,6.83 In ----- 6 [-31.8-(-37.68)]
课程设计任务书
一、摘要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。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。在换热器中，至少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。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益增强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。由于使用条件的不同，换热器可以有各种各样的形式和结构。在生产中，换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。 衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、安全可靠、节省材料、成本低，制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。 二、关键字 煤油，换热器，列管式换热器，固定管板式
目录 一、概述 (1) 二、工艺流程草图及设计标准 (1) 2.1工艺流程草图 (1) 2.2设计标准 (2) 三、换热器设计计算 (2) 3.1确定设计方案 (2) 3.1.1选择换热器的类型 (2) 3.1.2流体溜径流速的选择 (2) 3.2确定物性的参数 (3) 3.3估算传热面积 (3) 3.3.1热流量 (3) 3.3.2平均传热温差 (3) 3.3.3传热面积 (3) 3.3.4冷却水用量 (4) 3.4工艺结构尺寸 (4) 3.4.1管径和管内流速 (4) 3.4.2管程数和传热管数 (4) 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (4) 3.4.4传热管排列和分程方法 (5) 3.4.5壳体内径 (5) 3.4.6折流板 (5)
西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。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。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温
西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃； 内垫片易渗漏 U 型管式 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 填料 函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中
煤油冷却器的设计 一前言 1列管式换热器的种类 固定管板式换热器 管板式换热器浮头式换热器 填料涵式换热器 U型管换热器 2换热器的特点 列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种： 固定管板式换热器：固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。 浮头式换热器：浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。 填料涵式换热器：填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。 U型管换热器：U型管换热器的管子两端固定在同一管板上，管子两端可以自由伸缩，与其他管子机壳体无关。这种换热器结构比较简单，重量轻，适用于高温高压场合，但管清洗比较困难且管板利用率较差。 几种换热器的结构
3换热器的发展趋势 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，
提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷、空分及制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。 二设计任务及操作条件 1设计任务 生产能力（进料量） 80000 吨／年 2操作条件 1、煤油：入口温度：140℃ 出口温度：40℃ 2、冷却介质：自来水 入口温度：30℃出口温度：40℃，水压力为0.3MPa 3、允许压降：不大于105Pa 4、每年按330天计算，每天24小时运行 三设计方案 1换热器的类型 浮头式换热器如右图所示，两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热（或受冷）时，管子连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体抽出，便于清洗和检修，故浮头式换热器应用比较普
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
化工原理课程设计说明书列管式换热器设计 专业：过程装备与控制工程 学院：机电工程学院
化工原理课程设计任务书 某生产过程的流程如图3-20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为220301kg h ，压力为6.9MPa ，循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。 已知： 混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg =g ℃ 热导率10.0279w m λ=g ℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=?g 循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg =g K 热导率10.624w m λ=g K 粘度310.74210Pa s μ-=?g
目录 1、确定设计方案 ............................................................................................. - 4 - 1.1选择换热器的类型 (4) 1.2流程安排 (4) 2、确定物性数据............................................................................................. - 4 - 3、估算传热面积............................................................................................. - 5 - 3.1热流量 (5) 3.2平均传热温差 (5) 3.3传热面积 (5) 3.4冷却水用量 (5) 4、工艺结构尺寸............................................................................................. - 5 - 4.1管径和管内流速 (5) 4.2管程数和传热管数 (5) 4.3传热温差校平均正及壳程数 (6) 4.4传热管排列和分程方法 (6) 4.5壳体内径 (6) 4.6折流挡板 (7) 4.7其他附件 (7) 4.8接管 (7) 5、换热器核算 ................................................................................................ - 8 - 5.1热流量核算 (8) 5.1.1壳程表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.2管内表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.3污垢热阻和管壁热阻...................................................................................... - 9 -5.1.4传热系数.......................................................................................................... - 9 -5.1.5传热面积裕度.................................................................................................. - 9 -5.2壁温计算. (9) 5.3换热器内流体的流动阻力 (10) 5.3.1管程流体阻力................................................................................................ - 10 -5.3.2壳程阻力........................................................................................................ - 11 - 5.3.3换热器主要结构尺寸和计算结果................................................................ - 11 - 6、结构设计 .................................................................................................. - 12 - 6.1浮头管板及钩圈法兰结构设计 (12) 6.2管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 (13) 6.3管箱结构设计 (13) 6.4固定端管板结构设计 (14) 6.5外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.6外头盖结构设计 (14) 6.7垫片选择 (14)
南京工业大学《材料工程原理B》课程设计 设计题目: 煤油冷却器的设计 专业：高分子材料科学与工程 班级：高材0801 学号: 1102080104 姓名: 夏亚云 指导教师: 周勇敏 日期： 2０10/12/30 设计成绩:
目录 一.任务书 (3) １.1．设计题目 1．2.设计任务及操作条件 1.3.设计要求 二.设计方案简介 (3) ２.1．换热器概述 2.２列管式换热器 2．3.设计方案的拟定 2.4.工艺流程简图 三．热量设计 (5) 3．1.初选换热器的类型 3.2.管程安排(流动空间的选择)及流速确定 ３.3.确定物性数据 3．4．计算总传热系数 ３.5.计算传热面积 四.工艺结构设计…………………………………………………………………………………………..-８- 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4．3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.传热管排列和分程方法 4.5．壳程内径及换热管选型汇总 4.6.折流板 4.7.接管 五．换热器核算…………………………………………………………………………………………．-13－ 5.１.热量核算 5.2.压力降核算 六.辅助设备的计算和选择……………………………………………………………………………１７ 6.1.水泵的选择 6.2.油泵的选择 七.设计结果表汇 (20) 八.参考文献． (20) 九.心得体会………………………………………………………………………………….…………… 2１附图：（主体设备设计图,工艺流程简图）
§一．化工原理课程设计任务书 1.1设计题目 煤油冷却换热器设计 1.2设计任务及操作条件 １、处理能力 15.8×１04t/y 2、设备型式列管式换热器 ３、操作条件 （１）煤油: 入口温度１4０℃，出口温度４０℃ (２)冷却介质：工业硬水,入口温度２0℃,出口温度4０℃ (3）油侧与水侧允许压强降：不大于１05 Pa （４）每年按３３０天计，每天24小时连续运行 (5)煤油定性温度下的物性参数: 1．3设计要求 选择合适的列管式换热器并进行核算 1．４绘制换热器装配图 (见Ａ４纸另附） §二．设计方案简介 2.1换热器概述 换热器是化工,炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂,换热器的费用约占总费用的１０％~20%，在炼油厂约占总费用3５％~40%。换热器在其他部门,如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此,设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,即简称换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
长沙学院 课程设计说明书 题目煤油冷却器的设计系(部) 生环系 专业(班级) 09应化2班 姓名 学号 指导教师宋勇
起止日期2012.5.28——2012.6.16 化工原理课程设计任务书 系主任___________ 指导教师____________ 学生__戴姣______ 2班 编号：2.2.7 一、设计题目名称：煤油冷却器的设计 二、设计条件： 1．煤油：入口温度：130℃，出口温度：50℃； 2．冷却介质，循环水（P为0.3MPa，进口温度28℃，出口温度40℃）3．允许压强降，不超过105Pa；
4．每年按300天计；每天24 s。参考数据见表2.1,表2.2[1]。 表2.1.列管式换热器内的适宜流速范围 流体种类流速（ms） 管程壳程一般液体0.5~3 0.5~1.5 易结垢液体>1 >0.5 气体5~30 3~15 表2.2不同粘度液体的流速（以普通钢壁为例） 液体粘度 mPa．s ＞1500 1500～ 500 500～ 100 100～35 35～1 ＜1 最大流速 （ms） 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
2.3确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。 壳程流体（煤油）的定性温度为：℃ 管程流体（硬水）的定性温度为：℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。见表2.3[1] 表2.3.物性数据 密度（㎏m3）比热容（kJkg ?℃）粘度（Pa? s） 导热系数（Wm ?℃） 煤油825 2.22 7.15× 10-4 0.14 水34℃) 993.95 4.174 7.27× 10-4 0.62 2.4计算总传热系数 (1).煤油的流量 已知要求处理能力为16.5万吨煤油每年（每年按300天计，每天24小时连续运行），则煤油的流量为：
化工原理课程设计说明书列管式换热器的选用和设计
目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数 5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢
1化工原理课程设计任务书 欲用自来水将2.3万吨/年的异丁烯从300℃冷却至90℃，冷水进、出口温度分别为25℃和90℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于100kpa，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。 名称水异丁烯 密度 996 12 比热 4.08 130 导热系数 0.668 0.037 粘度 0.37×10^-3 13×10^-3 2.概述与设计方案简介 换热器的类型 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。 2.1换热器 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。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
1．设计题目及设计参数 (1) 1.1设计题目：满液式蒸发器 (1) 1.2设计参数： (1) 2设计计算 (1) 2.1热力计算 (1) 2.1.1制冷剂的流量 (1) 2.1.2冷媒水流量 (1) 2.2传热计算 (2) 2.2.1选管 (2) 2.2.2污垢热阻确定 (2) 2.2.3管内换热系数的计算 (2) 2.2.4管外换热系数的计算 (3) 2.2.5传热系数 K计算 (3) 2.2.6传热面积和管长确定 (4) 2.3流动阻力计算 (4) 3．结构计算 (5) 3.1换热管布置设计 (5) 3.2壳体设计计算 (5) 3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5) 3.4零部件结构尺寸设计 (6) 3.4.1管板尺寸设计 (6) 3.4.2端盖 (6) 3.4.3分程隔板 (7) 3.4.4支座 (7) 3.4.5支撑板与拉杆 (7) 3.4.6垫片的选取 (7) 3.4.7螺栓 (8) 3.4.8连接管 (9) 4．换热器总体结构讨论分析 (10) 5．设计心得体会 (10) 6．参考文献 (10)
1．设计题目及设计参数 1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数： 蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22； 蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃， 冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1 t " =7℃。 2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ， P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg m 04427.0v 3 1=，kg m v 3 400078.0= 图2-1 R22的lgP-h 图 制冷剂流量s kg s kg h h Q q m 667 .0250 4051054 10=-= -= 2.1.2冷媒水流量 水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3 ,c p =4.192KJ/(Kg ·K)
课程设计 课程名称化工原理课程设计题目名称煤油冷却器的设计
专业班级08级食品科学与工程（2）班学生姓名纪平平 学号50806022006 指导教师赵大庆 二O一O年十二月三十日
目录 1 《化工原理》课程设计任务书.......................................................................................................... - 1 - 1.1 设计题目..................................................................................................................................... - 1 - 1.2 原始数据及操作条件................................................................................................................. - 1 - 1.3 设计要求..................................................................................................................................... - 1 - 2 《化工原理》课程设计说明书.......................................................................................................... - 2 - 2.1 前言............................................................................................................................................. - 2 - 2.2 工艺流程图及说明..................................................................................................................... - 3 - 3 生产条件的确定.................................................................................................................................. - 4 - 4 换热器的设计计算.............................................................................................................................. - 4 - 4.1 选择换热器类型......................................................................................................................... - 4 - 4.2 流动空间及流速的确定............................................................................................................. - 4 - 4.3 确定物性数据............................................................................................................................. - 4 - 4.4 计算总传热系数......................................................................................................................... - 5 - 4.4.1 热流量............................................................................................................................ - 5 - 4.4.2 平均传热温差................................................................................................................ - 5 - 4.4.3 冷却水用量.................................................................................................................... - 6 - 4.4.4 总传热系数.................................................................................................................... - 6 - 4.5 计算传热面积............................................................................................................................. - 7 - 4.6 工艺结构尺寸............................................................................................................................. - 7 - 4.6.1 管径和管内流速............................................................................................................ - 7 - 4.6.2 管程数和传热管数........................................................................................................ - 7 - 4.6.3 平均传热温差校正及壳程数 ........................................................................................ - 7 - 4.6.4 传热管排列和分程方法................................................................................................ - 8 - 4.6.5 壳体内径........................................................................................................................ - 8 - 4.6.6 折流板............................................................................................................................ - 8 - 4.6.7 接管................................................................................................................................ - 9 - 4.7 换热器核算................................................................................................................................. - 9 - 4.7.1热量核算......................................................................................................................... - 9 - 4.7.2 换热器内流体的流动阻力...........................................................................................- 11 - 5 设计结果汇总表................................................................................................................................ - 13 - 6 设计评述............................................................................................................................................ - 14 - 7 心得体会.............................................................................................................................................. - 15 - 8 参考文献............................................................................................................................................ - 16 -