列管式换热器说明书
目录
一、设计任务 (2)
二、概述与设计方案简介 (3)
2.1 概述 (3)
2.2设计方案简介 (3)
2.2.1 换热器类型的选择 (3)
2.2.2流径的选择 (5)
2.2.3流速的选择 (5)
2.2.4材质的选择 (6)
2.2.5管程结构 (6)
2.2.6 换热器流体相对流动形式 (6)
三、工艺及设备设计计算 (6)
3.1确定设计方案 (7)
3.2确定物性数据 (7)
3.3计算总传热系数 (7)
3.4计算换热面积 (8)
3.5工艺尺寸计算 (8)
3.6换热器核算 (10)
3.6.1传热面积校核 (10)
3.6.2．换热器内压降的核算 (11)
四、辅助设备的计算及选型 (12)
4.1拉杆规格 (12)
4.2接管 (12)
五、换热器结果总汇表 (13)
六、设计评述 (14)
七、参考资料 (14)
八、主要符号说明 (14)
九、致谢 (15)
一、设计任务
二、概述与设计方案简介
2.1 概述
在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。
换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。
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。
直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。
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。
紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。
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，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的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。
2.2设计方案简介
2.2.1 换热器类型的选择
根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
1.固定管板式换热器
这类换热器如图1-1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
2. U型管换热器
U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。
3.浮头式换热器
浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
4.填料函式换热器
填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
按照设计任务书的要求，冷流体流体果汁入口温度36℃，出口温度72℃，热流体是水，入口温度95℃，出口70℃，壳壁与管壁温差较大，基于这些要求，应选择填料函式换热器，填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。
2.2.2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：
（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便；
（2）腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，且清洗、检修方便；
（3）压强高的流体宜走管程，以免壳体同时受压；
（4）有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少；
（5）被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；
（7）流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数（Re＞100）下即可达到湍流，但也可在管内采用多管程；
（6）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。
（7）粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，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。
综合以上标准，本次设计为果汁走壳程，水走管程。
2.2.3流速的选择
介质
循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体流速
管程流速
1.0~
2.0 0.8~1.5 0.5~
3.0 >1.0 0.8~1.8 0.5~1.5 5~30
m/s
壳程流速
0.5~1.5 0.5~1.5 0.2~1.5 >0.5 0.4~1.0 0.3~0.8 2~15
m/s
由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。故拟取流速为0.5m/s。
2.2.4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。
2.2.5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。
2.2.6 换热器流体相对流动形式
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
本次设计采用逆流的流动方式。
三、工艺及设备设计计算
3.1确定设计方案
3.1.1．换热器类型：填料函式换热器 3.1.2．流体流动形式
两流体的温度变化情况：热流体进口温度：95℃，出口温度：70℃；
冷流体进口温度：36℃，出口温度：72℃。
为了增大平均温差，节省操作费用，本次设计采用逆流的流动方式。 3.1.3．管程安排
考虑到水较易结垢，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，所以使水走管程，果汁走壳程；由于果汁有弱酸性，又因不锈钢管较碳钢管有较好的抗酸腐蚀性，故选用mm 225?Φ的不锈钢管。
3.2确定物性数据
定型温度：对于一般液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。
故壳程果汁的定性温度为 ℃54272
36T =+=
管程流体的定性温度为 t=℃.5822
70
95=+
果汁在50℃下有关物性数据如下：3
0/1030m kg =ρ ；C kg J C p ??=/31830
C m W ??=/8.500λ；S P 10.813
0??=-a μ
水在80℃下有关物性数据：3
/.8971m kg =ρ ；C kg J C p ??=/4195
C m W ??=/674.0λ；S P 100.3553
??=-a μ
3.3计算总传热系数
3.3.1．热流量
Kw h KJ kg h kg 49.95/103.44C 36)-(72C 3.183KJ//3000T C W Q 5P00T =?=?????=?=
3.3.2平均传热温差
∵
221
23
34221=+=?+?=?t t t m 3.3.3水用量
h
kg W /328070)-(954.195103.44T C Q 5
P T =??=?= 3.3.4总传热系数K
①管程传热系数2874310
355.08
.9715.0021.0Re 3
=???=
=-μ
ρ
du >4000(湍流区) 对流传热系数：
②壳程传热膜系数：假设14000=α 查[2]附图9得：
管外污垢热阻C 00344.00R 20??=m 管内污垢热阻C 00172.00R 2
??=m i
不锈钢热导率C /142
??=m w λ
C
/5571400
1
00172.00229.001425.0002.0021.0025.0000344.0021.00345425.001
1
1
30
0000??=+
++??+?+?=
++++=
m w R d bd d d R d d K m i i i i αλα
3.4计算换热面积
2m T 02.65
.2855795490
T K Q S'm =?=?=
考虑15%的面积裕度：263.6'15.1S m S ==
3.5工艺尺寸计算
3.5.1．管径和流速：取mm 225?Φ的不锈钢管 流速u=0.5m/s 3.5.2.管程数和传热管数：
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
642.55
.0021.0785.0)
8.9713600/(32804
2
2
≈=???=
=
u
d q n i v
s π
（根）
按单管程计算，所需的传热管长度为： 传热管长：m n d s 7.146
025.014.393
.6S L 0=??==
π
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计的实际情况，现取传热管长l =4.5m ，则该换热器的管程数为:
管程数44.35
.43.15L N P ≈===
l 总根数：)(2446根=?=n
3.5.3．平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数：0.6136-4536-72P ==
0.6936
-7270
-95R ==
按双壳程四管程结构图，查图得：94.0=Φ?t
平均传热温差：℃8.265.2894.0'=?=??Φ=??m t m t t
3.5.4．传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距
mm d 322525.125.1P 0t =?==
横过管束中心线管数：)(42/241.1根==c n 隔板中心到其最近一排管中心距：mm 2262
32
62P Z t =+=+=
管心距为44mm 3.5.5．壳体内经
采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为：
mm n P D t 2.1397.0/123205.1/05.1=??==η
根据标准可取D=159mm
3.5.6．折流板
弓形折流板 高度为壳体内经的25%，则切去圆缺的高度mm h 75.3915925.0=?=
取h=150mm
折流挡板间距：mm 7.471593.03.0=?==D B 取B=100mm
折流挡板数目：)(441100
105.413
个=-?=
-=B l N B
3.6换热器核算
3.6.1传热面积校核
管程传热膜系数：3
.08.0)()(023.0λ
μμρλαp i i C du d =
管程流体流通截面积：2322
i 10077.2424
021.0785.044S m n d i -?=??=?
?=
π
管程流体流速：s m /45.010
077.2)
8.9713600/(3280u 3
i =??=- 2586910
355.08
.97145.0021.0Re 3
=???=
=
-μ
ρ
du 21.2674
.010355.04195Pr 3=??==
-λ
μ
p C
C /317521.225869021
.0647
.0023.0)
()(023.033.08.03
.08.0??=???
==m w C du d p i i λ
μμρλα
壳程传热膜系数：
对圆缺形折流板,可采用克恩公式：
14
.03/18.00)()()(''36.0w
p C du de μμλμμρλα=
当量直径，由正三角形排列得
m d d Pt de 02.0025
.014.3)025.04032.023(4)423(4'220202=??-?=-=
π
ππ
壳程流通截面积：
2t 00003478.0)032
.0025.01(159.01.0)P d -
BD(1S m =-??== s m /23.0003478.0)
10303600/(3000u i =?=
276410
.811030
23.0021.0Re 3
00=???=
=
-μρ
du
88.958
.0108.13183Pr 30
00=??==
-λμp C
C /165595.088.92764021
.058
.036.0314.03/155.0??=????
=m w i α 总传热系数K
管外污垢热阻C 00344.00R 20??=m 管内污垢热阻C 00172.00R 2
??=m i
不锈钢热导率C /142
??=m w λ
C
/5931655
1
00172.00229.001425.0002.0021.0025.0000344.0021.00345425.001
1
1
30
0000??=+
++??+?+?=
++++=
m w R d bd d d R d d K m i i i i αλα
传热面积校核：
2m T 01.68
.2659395490
T K Q S'm =?=?=
换热器试剂传热面积：2
048.85.424025.014.3d S m nl =???==π
传热面积裕度：H=
%1.29%10048
.801
.648.8%100'=?-=?-S S S
该换热器的面积裕度在15％-25％之间，则所设计换热器能够完成生产任务。
3.6.2．换热器内压降的核算
管程阻力：t P S F N N P P )(P 21i ?+?=?
2 =S N 串联壳程数 2
P 2
1i u d l ρλ?=?
4 P =N 管程数 )2
(3P 2
2i u ρ=?
4.1F =t 结垢校正因数
由Re=25869 传热管相对粗糙度ε/d=0.01 查[2]λ-Re 双对数坐标图得： λ=0.041 流速s m u i /45.0= 3
/8.971m kg =ρ
∴Pa 5.864245.08.971021.045.0041.0P 2
1=???
=? Pa 2.2952
45.08.9713P 2
2=??=?
.0KPa 13129894.142)2.2955.864()(P 21i ≈=???+=?+?=?Pa F N N P P t P S
10Kpa < 13.0 Kpa <100 Kpa 管程流动阻力在允许范围之内。
壳程阻力：')''(P '210t S F N P P ?+?=? 15.1''=t F
流体流经管束的阻力 2
)
1('P 2
01u N n Ff B c ρ+=? F=0.5
流体流过折流板缺口的阻力 2
)25.3('P 2
2u D h N B ρ-=? 2 =S N 串联壳程数 Re>500时，228
.000Re 5-=f
Pa 20122
23.01030)144(42764
55.0'P 2
228
.01=?+????=?-
Pa 19342
23.01030)15915025.3(44'P 2
2=???-?=?
总阻力:Pa Pa F N P P t S 4
210109075215.1)19342012(')''(P <=??+=?+?=?
所以壳程流动阻力也比较适宜。
四、辅助设备的计算及选型 4.1拉杆规格
由于壳体直径小于600mm ，所以拉杆选取外径12mm 的拉杆，共4根，均匀布置在管束外边缘。
4.2接管
4.2.1管程流体进出口接管
取接管内液体流速为s m u /5.11=
由 u d q v 224
1
π=
mm u
q d v
285
.114.3)
8.9713600/(3280442=???==∴π
圆整后可取管内径为30mm
4.2.2壳程流体进出口接管
取接管内液体流速为s m u /0.12= 由 u d q v 2241
π=
mm u q d v
320
.114.3)
10303600/(3000442=???==∴π
圆整后可取管内径为35mm
五、换热器结果总汇表
六、设计评述
通过本次的课程设计，使我对换热器的结构和工作原理有了进一步的理解。并在设计过程中掌握了一定的工艺计算方法。同时，也让我更深刻的了解到全局观念的重要性。
在设计换热器时：
首先要根据任务要求选择合适的换热器形式。通过对设计参数的核算，浮头式和填料函式换热器能够满足本次设计的基本需求。浮头式换热器虽然是从性能各方面看都是本次设计理想的换热器，但是对于同样能满足需求的两个换热器来说，填料函式换热器成本相对较低，结构简单，易于维修和清洗。所以综合考虑设计参数、经济等方面条件后，我最终选择了填料函式换热器。
其次，要选择合适的流体流径。根据选择的主要因素分析，有好多理论相互之间是矛盾的，并不能使条件一一满足。所以要抓住主要矛盾，依据传热效果好，清洗方便等具体情况分析，最终选择了水走管程，果汁走壳程。
根据平均传热温差校正系数P 、R 查表得t ?Φ应满足8.0>Φ?t 的要求。而在单壳程流动形式下达不到此要求，所以最终选择了双壳程的流动形式。
壳体流速为0.23m/s 在要求的0.2~1.5m/s 的范围内，同时各流体的流动形式均为湍
流（Re>4000）传热面积裕度为29% ，壳程压降Pa Pa 4
0109075P <=?流动阻力在允许范
围之内，管程压降.0KPa 13P i =?10Kpa < 13.0 Kpa <100 Kpa 流动阻力也在允许范围之内。
最终通过反复的核算，保证了这次设计所有参数均在设计要求之内，准确可行。
七、 参考资料
[1]．化工原理课程设计 申迎华 郝晓刚 主编 化学工业出版社 [2]．食品工程原理 冯骉 主编 中国工业出版社
八、主要符号说明
英文字母
B ——折流板间距，m ；
C ——系数，无量纲； d ——管径，m ；
D ——换热器外壳内径，m ； f ——摩擦系数； F ——系数；
h ——圆缺高度，m ；
K ——总传热系数，W/(m2·℃)； L ——管长，m ；
m ——程数； n ——指数； 管数； 程数； N ——管数； 程数；
NB ——折流板数； Nu ——努塞尔特准数； P ——压力，Pa ；
因数；
Pr——普兰特准数；q——热通量，W/m2；Q——传热速率，W；r——半径，m；
气化潜热，kJ/kg；R——热阻，m2·℃/W；
因数；
Re——雷诺准数；S——传热面积，m2；t——冷流体温度，℃；
管心距，m；T——热流体温度，℃；u——流速，m/s；W——质量流量，kg/s，V——体积流量，m3/s。希腊字母
α——对流传热系数，W/(m2·℃)；Δ——有限差值；
λ——导热系数，W/(m·℃)；μ——粘度，Pa·S；
ρ——密度，kg/m3；
ψ——校正系数。
下标
c——冷流体；
h——热流体；
i——管内；
m——平均；
o——管外；
s——污垢。
九、致谢
感谢纪莹老师辛勤的指导，使我们对课程设计有了详细的理论基础。
感谢图书馆给我们一个开放的借阅平台，使我们拥有丰富的参考资料。
感谢同学们指出了我设计上的错误，使我不断完善。
列管式换热器说明书
目录 一、设计任务 (2) 二、概述与设计方案简介 (3) 2.1 概述 (3) 2.2设计方案简介 (4) 2.2.1 换热器类型的选择 (4) 2.2.2流径的选择 (6) 2.2.3流速的选择 (6) 2.2.4材质的选择 (6) 2.2.5管程结构 (6) 2.2.6 换热器流体相对流动形式 (7) 三、工艺及设备设计计算 (7) 3.1确定设计方案 (7) 3.2确定物性数据 (8) 3.3计算总传热系数 (8) 3.4计算换热面积 (9) 3.5工艺尺寸计算 (9) 3.6换热器核算 (11) 3.6.1传热面积校核 (11) 3.6.2．换热器压降的核算 (12) 四、辅助设备的计算及选型 (13) 4.1拉杆规格 (13)
4.2接管 (13) 五、换热器结果总汇表 (14) 六、设计评述 (15) 七、参考资料 (15) 八、主要符号说明 (15) 九、致 (16) 一、设计任务
二、概述与设计方案简介 2.1 概述 在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。 换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。 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。 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互
化工原理设计：列管式换热器设计
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计班级：09化工 设计者：陈跃 学号：20907051006 设计时间：2012年5月20 指导老师：崔秀云
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 .................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 .................................................................. - 10 - 2.蛇管式换热器 ........................................................................... - 11 - 3.套管式换热器 ........................................................................... - 11 - 1.3换热器材质的选择 .................................................................. - 11 - 1.4管板式换热器的优点 .............................................................. - 13 - 1.5列管式换热器的结构 .............................................................. - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理............................................ - 16 - 1.7确定设计方案.......................................................................... - 17 - 2.1设计参数................................................................................. - 18 - 2.2计算总传热系数...................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸.......................................................................... - 19 - 2.4换热器核算 ............................................................................. - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
列管式换热器设计方案计算过程参考
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
课程设计—列管式换热器
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)
列管换热器设计一般步骤
列管换热器设计一般步骤 1、作出流程简图。 2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。 5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。 7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。 8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。 9、核算Ｋ。 10、校核平均温度差D。 11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。 3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制换热器装配图 五、提出技术要求 六、编写设计说明书 3 1 2列管换热器设计步骤 常规的列管换热器的设计步骤如下。 (1) 输入已知条件:如热流体的生产任务qm2、T1、T2为已知，确定冷流体,则冷流体进口温度t1也为已知，再优化确定t2;确定管材的内径d1、外径d2、管长L,管间距l和挡板间距B;根据冷热流体的性质确定 污垢热阻Rd1和Rd2。 (2) 选择流体流通的通道和方向、管程数和壳程数。 (3) 计算冷流体流量qm1和热负荷。 (4) 计算逆流的Δtm和平均温度差修正系数ψ,再计算实际Δtm。 (5) 计算定性温度tm和Tm,选定流体物性方程,计算定性温度下的物性参数:ρ1, μ1, λ1, cp1, Pr1, ρ2, μ2, λ2, cp2, Pr2。 (6) 设定K的初值。 (7) 由传热速率式计算A。 (8) 由已知管材参数计算n, D。 (9) 计算S1, S2和Re1, Re2。 (10) 设定壁温tW,计算μ1μ1W0 14, μ2μ2W0 14。 (11) 计算α1, α2。 (12) 计算tWc,比较tW与tWc,如不符要求,重复步骤(10)～(12); (13) 计算Kc和Ac,比较A与Ac,考虑一定的安全系数,A>115% Ac,最终设计以A为换热器的传热面积。如 不符要求,重复步骤(6)～(13)。 在编制程序时,应把有关通用部分编制成独立子程序模块。 ①物性数据库,必须包括传热计算所需的冷热流体物性,如密度、黏度、比热容、导热系数、汽化潜热等， 饱和蒸汽、过热蒸汽的温度和压强的相关参数。 ②由于对流给热系数α的关联式很多,可以建立计算α的专用模块。 ③设备的尺寸模块,如系列化尺寸,对计算得到的设备尺寸应按标准系列进行圆整；又如已知列管数和管间 距计算各种排列的管壳的内径,并圆整列管数。 ④计算过程中的试差部分需要有相应的迭代计算子程序。
列管式换热器设计说明书
摘要： 列管式换热器属于间壁式换热器，冷热流体通过换热管壁进行热量的交换。参照任务书的任务量,需设计年冷却15000吨乙醇的列管式换热器，设计时先确定流体流程，壳程走乙醇，其进、出口温度都为80℃，相变放出潜热，井水走管程冷却乙醇，进口温度为32℃，出口温度为40℃。再进行热量衡算、传热系数校核，初选冷凝器的型号，然后通过进行设备强度校核等一系列的计算和选型，最终确定的设计方案为固定管板式换热器，所选用型号为BEM400-2.5-30-9/25-2 Ⅰ，换热器壳径为400mm，总换热面积为27.79m2,管程为2，管子总根数为60，管长6000 mm,管束为正三角排列，两端封头选取标准椭圆封头。 关键词：列管式换热器，乙醇，水，温度，固定管板式。 Abstract: The tube type heat exchanger is a dividing wall type heat exchanger, fluids with different temperatures exchange heat by means of tube wall’s heat transfer.According to the assignment, A tube type heat exchanger which has a process capacity of .?4 1510t/a is needed. The ethanol flow in the shell,the temperature in the entrance and exits is 80℃.The water which cool the ethanol flow in tubes, the inlet and outlet temperatures are 32℃and 40℃.Then by taking series calculating to confirm the module of the heat exchanger . After the design of intensity designing and a series calculating and choosing , the last result of our design is the fasten-board heat exchanger. The style of the heat exchange is 9 BEM400 2.530 2 25 Ⅰ ----, and the diameter of the receiver is 400mm ,The area of the heat exchange is 27.79 m2, The heat-exchanger in cludes two tube passes,one shell passes and 60 tubes.And the length of tubes is 6000mm . Tubes are ranked of the shape of triangle ，the envelops are oval-shaped.
列管式换热器的设计
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 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。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
列管式换热器设计
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。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，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，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。 （2）浮头换热器：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，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
中文版列管式冷却器说明书
中文版列管式冷却器说明 书 Prepared on 24 November 2020
冷却器 产品使用说明书 中国广东 郁南县中兴换热器有限公司 一﹑概述 郁南县中兴换热器有限公司是广东中兴液力传动有限公司下属生产热交换器的专业厂家，主要产品有GLC﹑GLL﹑LQ型系列列管式冷却器，BR型系列板式冷却器, FL型﹑KL型、YOFL型（液力偶合器专用）系列空气（风）冷却器及各种热交换器，换热面积从～800m2。产品广泛使用在电力﹑冶金﹑矿山﹑机械﹑船舶﹑化工﹑空调、食品以及液压润滑行业，将工作介质换热（冷却）到规定的温度。 列管式冷却器由进出端盖﹑壳体﹑管束﹑后端盖、密封件及紧固件等组成，冷却介质（水）一般从换热管内通过，被冷却介质（油）从换热管外壳体内通过，冷热介质通过换热管传热，使被冷却介质温度下降。 列管式冷却器一般采用优质铜管﹑不锈钢管﹑钛管等作为换热管，管程可采用单回程、二回程或多回程，管程数增加使冷却介质流通时间加长，提高换热效果,换热管束上一般采用弓形折流板，使被冷却介质（油）在壳程内的流道为S形，达到被冷却介质（油）与换热管充分接触目的。 空气冷却器由进出端盖、本体、后端盖、风机、密封件、紧固件等组成，换热管采用单金属或双金属高效复合管。空气冷却器采用空气（风）作为冷却介质，具有工作稳定、无介质混合、运行费用低、节能环保、维护方便的优点。 二﹑型号及参数
三﹑使用说明 1﹑首先检查冷却器型号与规定要求是否相符，资料附件是否齐全（见装箱单），检查冷却器外观是否破损，紧固螺栓是否松动，冷却器出厂时已进行压力试验和清洗，一般不允许拆动紧固螺栓，确需拆卸清洗的，清洗完后必须进行压力试验，无泄漏、无异常方可使用。 2﹑冷却器安装前须确认进入冷却器的介质压力不大于冷却器铭牌标示设计压力。冷却器一般安装在系统回路或系统中压力相对较低处，必要时设置压力保护装置。列管式冷却器介质为油水时，油侧压力一般应大于水侧压力。试车前应在系统中设计傍路防止过高压力冲坏冷却器。连接冷却器的管道和系统须清洗干净，进入冷却器的介质须进行过滤，严防杂质堵塞和污染冷却器，以免影响冷却器效果。 空气冷却器安装应考虑进出风顺畅，在1米内无阻挡物。安装在室外时，应设置遮盖，防曝晒、防雨淋，以提高换热效率和使用寿命。 3﹑安装时须检查冷却器介质进出口无堵塞，将冷却器与介质管道连接紧密无泄漏。 4﹑冷却器工作时，先打开冷却器出口阀门，缓慢打开冷介质（水）进入阀，再缓慢打开热介质（油）进入阀，调整介质进入流量，以达到最佳效果。注意在打开冷却水进口阀门时不要过快，否则使换热管表面产生导热性很差的“过冷层”影响换热效果。 5﹑冷却器接通介质后，应检查各部位有无泄漏，并注意排尽冷却器中的气体，以提高换热效率和减少腐蚀。 6﹑在冬季冷却器停用时应放尽介质，防止介质冻结澎胀损坏冷却器。长期停用，应将冷却器拆下进行清洗、防锈等维护保养。
换热器计算步骤..
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 N （10）计算管数 T （11）校核管流速，确定管程数 D和壳程挡板形式及数量等 （12）画出排管图，确定壳径 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
列管式换热器设计课程设计说明
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)
列管式换热器课程设计说明书
列管式换热器课程设计说明书 1.工原理课程设计任务书 一、设计题目：设计一煤油冷却器 二、设计条件： 1、处理能力 160000吨/年 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 允许压力降：0.02MPa 热损失：按传热量的10%计算 每年按330天计，每天24小时连续运行 三、设计容 4、前言 5、确定设计方案（设备选型、冷却剂选择、换热器材质及载体流入空间的选择） 6、确定物性参数 7、工艺设计 8、换热器计算 （1）核算总传热系数（传热面积） （2）换热器流体的流动阻力校核（计算压降） 9、机械结构的选用 （1）管板选用、管子在管板上的固定、管板与壳体连接结构 （2）封头类型选用 （3）温差补偿装置的选用 （4）管法兰选用 （5）管、壳程接管 10、换热器主要结构尺寸和计算结果表 11、结束语（包括对设计的自我评书及有关问题的分析讨论） 12、换热器的结构和尺寸（4#图纸） 13、参考资料目录
2.流程图 3.工艺流程图水（30℃） 煤油（140℃）浮头式换热器 水（50℃） 可循环利用 产品： 煤油（80℃）
4.设计计算 4.1设计任务与条件 某生产过程中，用自来水将煤油从140℃冷却至80℃。已知换热器的处理能力为160000吨/年，冷却介质自来水的入口温度为30℃，出口温度为50℃，允许压力降为0.02MPa ，热损失按传热量的10%计算，每年按330天计，每天24小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 4.2设计计算 4.2.1确定设计方案 （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1T 140℃，出口温度2T 80℃， 冷流体进口温度1t 30℃，出口温度2t 50℃。 进口温度差1T -1t =110℃＞100℃，因此初步确定选用浮头式换热器。 （2） 管程安排 由于自来水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使 换热器热流量下降，而且管程较壳程易于清洗，再加上热流体走壳程可以使热流体更易于散热，减小能耗，所以从总体考虑，应使自来水走管程，混合气体走壳程。 4.2.2确定物性参数 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 110280140=+= T ℃ 管程流体的定性温度为 402 5030=+=t ℃ 查资料得，煤油在110℃下的有关物性数据如下： 水在40℃下的有关物性数据如下：
化工原理课程设计列管换热器讲解
《化工原理课程设计》报告 换热器的设计 年级2008级 专业化学工程与工艺
设计者姓名刘国雄 设计单位西北师范大学化学化工学院完成日期2010年 11 月 25 日
目录 概述 1.1.换热器设计任务书................................................................................................................ - 6 - 1.2换热器的结构形式................................................................................................................ - 9 - 2.蛇管式换热器.......................................................................................................................... - 9 - 3.套管式换热器.......................................................................................................................... - 9 - 1.3换热器材质的选择.............................................................................................................. - 10 - 1.4管板式换热器的优点.......................................................................................................... - 11 - 1.5列管式换热器的结构.......................................................................................................... - 12 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理...................................................................................... - 13 - 1.7确定设计方案...................................................................................................................... - 14 - 2.1设计参数.............................................................................................................................. - 14 - 2.2计算总传热系数.................................................................................................................. - 15 - 2.3工艺结构尺寸...................................................................................................................... - 16 - 2.4换热器核算.......................................................................................................................... - 18 - 2.4.1.热流量核算............................................................................................................... - 18 - 2.4.2.壁温计算................................................................................................................... - 20 - 2.4.3．换热器内流体的流动阻力.................................................................................... - 21 -
列管式换热器
江西科技师范大学 食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称列管式换热器的设计 专业班级11级食品科学与工程 学号20111912 20111878 20111911 学生姓名胡利君吕亚琼钟翠 指导教师常军博士 2012 年11月06日
目录 1.概述 (1) 1.1设计方案 (1) 1.1.1设计条件 (1) 1.1.2选择换热器类型 (1) 1.1.3传热器管程安排 (2) 1.2设计换热器的要求 (2) 2.衡算 (2) 2.1传热面积的计算 (2) 2.1.1定性温度的确定 (3) 2.1.2计算平均传热温差 (3) 2.1.3初算传热面积 (3) 2.2工艺结构尺寸 (3) 2.2.1管径和管内流速 (3) 2.2.2管程数和传热数管数 (3) 2.2.3平均传热温差校正及壳程数 (4) 2.2.4传热管排列和分程方法 (4) 2.2.5壳体直径 (4) 2.2.6折流板 (4) 2.2.7接管 (5) 2.3换热器核算 (5) 2.3.1传热面积校正 (5) 2.3.2壳程传热膜系数 (6) 2.3.3污垢热阻和壁管热阻 (6) 2.3.4换热器内压降得核算 (7) 3.总结 (8) 4.附录 (9) 4.1计算总表 (9) 4.2设备选型表 (10) 5.图纸 (11) 6.参考文献及资料 (12)
1.概述 1.1设计方案 换热器是化工、石油、食品及其他许多部门的通用设备，在生产中常用的一种换热机械装置。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发皿和再沸器等。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、间璧式。 本设计以列管式换热器为模型，以进口温度5℃、出口温度70℃、流量为30m3/h为设计条件，针对列管式换热器生产过程中最主要的设备部件进行模拟设计和选型，本论文进行工艺设计、主要设备及附件尺寸的设计。 1.1.1设计条件 两流体的温度变化情况：热流体进口温度160℃，出口温度105℃；流体进口温度5℃，出口温度70℃。冷流体的流量为30m3/h。 1.1.2 选择换热器的类型 列管式换热器可分为固定管板式换热器、浮头式换热器和U型管式换热器。该换热器用饱和水蒸气加热，冬季操作时，其进口温度会降低，故而会加大管壁温度和壳体温度之差，所以温差较大。同时，在清洗和检修时，整个管束可以从壳体中抽出，因此应选用浮头式换热器。 1.1.3传热管管程安排 由于水较易结垢，如果流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；因此，饱和水蒸汽应走壳程，水走管程。 1.2设计换热器的要求 （1）合理的实现所规定的工艺条件 传热量流体的物热力学参数与物理化学性质是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量，其具体做法如下。 ①增大传热系数?在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。 ②提高平均温差？对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可以提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力，在允许的条件下，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。 ③妥善布置传热面？例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距和排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动性质，错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片，以增大传热面积，更有利于热量的传递 （2）安全可靠 换热器是压力容器，在进行强度，刚度，温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》
列管式换热器
列管式换热器 一、概述 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。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。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，因而对换热器的要求也日益加强。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。二、列管式换热器简介 列管式换热器(Tube heat exchanger)是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。 三、列管式换热器结构特点 列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。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。 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。 1