2022年788列管换热器.docx

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1、精品学习资源暨南高校 本科生课程设计列管换热器设计示例学 生 姓 名： 顏声威学号： 2007055088学院： 生命科学技术学院学系： 化学系专 业： 应用化学指 导 教 师： 曲爱兰教 师 单 位： 化学系暨南高校教务处2021 年 8 月 10 日欢迎下载精品学习资源目录一、设计任务书 3二、设计方案简介 42.1 换热器概述 42.2 换热器的结构形式 62.3 换热器材质的挑选 112.4 方案的确定 14三、工艺设计运算183.1 运算总传热系数 183.2 工艺结构尺寸193.3 换热器核算 21四、换热器内流体 244.1 运算总传热系数 244.2 工艺结构尺寸 24五、设计

2、结果汇总 27六、工艺流程图 28七、对设计过程的评述和有关问题的争论 29八、课程设计心得 31九、主要符号说明 33十、参考文献 34一 设计任务书欢迎下载精品学习资源1.1 设计题目列管式换热器 热水冷却器 的设计 ,处理才能： 32104,设备型式其列管式换热器 .1.2 操作条件1.热水：入口温度 140，出口温度 402.冷却介质：循环水，入口温度 30，出口温度 40 3.答应压降：不大于 105Pa4.每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行5.建厂地址 :广州地区1.3 设计要求及内容1）工艺设计：确定设备的主要工艺尺寸，如：管径、管长、管子数目、管程数目等，运算 K；

3、2）结构设计：确定换热器管板、换热器壳体的结构和尺寸；确定连接方式、管板的列管的排列方式、换热器的传热面积和流体阻力；800 1200轻油水340 910重油水60 280气体水17 280欢迎下载精品学习资源高沸点烃类蒸汽冷凝水60 170水蒸汽冷凝水沸腾2000 4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455 1020水蒸汽冷凝重油沸腾140 425水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝 低沸点烃类蒸汽冷凝水气体水1420 425030 300455 1140因此取 K 其中平稳值 1000 运算；2.1.3 换热器常用流速范畴2.1.4换热器反应流程图2.2 换热器的结构形式2.2.1 结构形式1. 管壳式换热器欢迎下

4、载精品学习资源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，它具有结构简洁，牢固耐用，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；管壳式换热器依据结构特点分为以下几种：（1） ） 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，这类换热器结构简洁，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的情形；（2） ） 浮头式换热器浮头式换热器的管板有一个不7 / 33欢迎下载精品学习资源与

5、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；（3） ） 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，结构简洁，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；2. 蛇管式换热器蛇管式换热器是管式换热器中结构最简洁，操作最便利的一种换热设备，通常依据换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉迷式和喷淋式两类；3. 套管式换热器套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管， 其内管用 U 型时管顺次连接，

6、外管与外管相互连接而成，其优点是欢迎下载精品学习资源结构简洁，能耐高压，传热面积可依据需要增减，适当地挑选管 内、外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流淌，有利于传热；此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热；2.2.2 列管式换热器的结构挑选换热器时 ,要遵循经济 ,传热成效优 ,便利清洗 ,复合实际需要等原就；换热器分为几大类：夹套式换热器，沉迷式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等；不同的换热器适用于不同的场合；而列管式换热器在生产中被广泛利用；它的结构简洁、牢固、制造较简洁、处理才能大、适应性大、操作弹性较大；特殊在

7、高压、高温顺大型装置中使用更为普遍；所以首选列管式换热器作为设计基础介质流经传热管内的通道部分称为管程；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2.3. 换热器材质的挑选2.3.1 材质的挑选1）换热器在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应依据设备的操作压力、操作温度；流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取；当然，最终仍要考虑材料的经济合理性；一般为了满意设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较简洁达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题；在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本；至于材料的

8、制造工艺性能，是与换热器的详细结构有着亲密关系；一 般 换 热 器 常 用 的 材 料 ， 有 碳 钢 和 不 锈 钢 ；碳钢价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳固，很简洁被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的；如一般换热器用的 普 通 无 缝 钢管 ， 其 常 用 的 材料 为 10 号 和 20 号 碳 钢 ；不锈钢奥氏体系不锈钢以 1Cr18Ni 9Ti 为代表，它是标准的 18-8 奥氏体不锈钢，有稳固的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能；正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管匀称，结构更为紧凑；我国换热器系列中，固

9、定管板式多采纳正三角形排列；浮头式就以正方形错欢迎下载精品学习资源列排列居多，也有正三角形排列；2）管板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；胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的；胀接法一般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过 4 MPa，设计温度不超过 350的场合；换热效率高 , 热缺失小在最好的工况条件下 ,换热系数可以达到6000W/m2K,在一般的工况条件下 ,换热系数也可以在 30004000W/m2K左右, 是管壳式换热器的 35 倍；设备本身不存在旁

10、路, 全部通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流, 进行充分的换热；完成同一项换热过程 ,板式换热器的换热面积仅为管壳式的 1/3 1/4；2占地面积小重量轻除设备本身体积外 ,不需要预留额外的检修和安装空间；换热所用板片的厚度仅为0.60.8mm；同样的换热成效,板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四；3污垢系数低流体在板片间猛烈翻腾形成湍流 ,优秀的板片设计防止了死区的存在 ,使得杂质不易在通道中沉积堵塞 , 保证了良好的换热成效；4检修、清洗便利换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起, 当检修、清洗时 ,仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗；5产品适用面广设备最高

11、耐温可达 180,耐压2.0MPa ,特殊适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷 凝以及单元设备食品消毒等方面 ,在低品位热能回收方面 ,具有明显的经济效益；各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求；当然板式换热器也存在肯定的缺点 ,比如工作压力和工作温度不是很高 ,限制了其在较为复杂工况中的使用；同时由于板片通道较小 , 也不相宜用于杂质较多 , 颗粒较大的介质；2.3.3 管板式换热器的类型及工作原理板式换热器依据组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等欢迎下载精品学习资源形式；依据换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形 式； 依据密封垫可以分为粘结式和搭扣式；各种形式进

12、行组合可以满意不同的工况需求 ,在使用中更有针对性；比犹如样是人字形波纹的板片仍因采纳粘结式仍是搭扣式密封垫而有所不同 , 采纳搭扣式密封垫可以有效的防止胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀 , 并且设备拆装更加便利；又如焊接式板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器 , 可以达到 250 、 2. 5MPa ；因此同样是板式换热器, 因其形式的多样性 ,可以应用于较为广泛的领域 ,在大多数热交换工艺过程都可以使用；虽然板式换热器有多种形式 , 但其工作原理大致相同；板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起, 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流淌, 在板片波纹的作用下形成猛烈的

13、湍流, 犹如用筷子搅动杯中的热水 , 加大了换热的面积；冷热介质分别在换热板片的两侧流淌 ,湍流形成的大量换热面与板片接触, 通过板片来进行充分的热传递 ,达到最终的换热成效；冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割 , 或者通过大量的焊缝来保证 , 在换热板片不开裂穿孔的情形下, 冷热介质不会发生混淆；2.4方案的确定 2.4.1挑选换热器的类型两流体温度变化情形： 热流体进口温度140，出口温度40冷流体 循环水 进口温度30，出口温度 40；该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估量该换热器的管壁温顺壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器；

14、材料：碳素钢其中 R=D=400mm ； r=0.15D=60mm ； S=b=10mm；H=0.25D=100mm；h=3S=30mm；欢迎下载精品学习资源2.4.2 流淌空间及流速的确定 循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程；选用 252.5的碳钢管， 管内流速取 ui =1.0m/ ；2.4.3 基础物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值；壳程油的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 依据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据；可依据水的定性温度按以下各式求水的物性：式中水的定性温度，；3水的密度， kg/m ；水的比热， kJ/kg ；水的导热系

15、数， kW/导热系数i=0.626W/m粘度 i=0.000725Pas三 、传热过程工艺运算3.1 运算总传热系数欢迎下载精品学习资源3.1.1 热流量的运算3.1.2 平均传热温差3.1.3 冷却水用量3.1.4 总传热系数 K預设 K 值为 1000 进行以下运算3.1.5 运算传热面积因考虑 15的面积裕度，故3.2 工艺结构尺寸，取管内流速，选用管长为3m；横过管束中心线的管数 ：3）平均传热温差校正及壳程数 ： 平均传热温差校正系数；按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表；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

16、传热温差 ：由于平均传热温差校正系数大于0.8 ，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适；4）传热管排列和分程方法采纳组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采纳正方形排列；取管心距t=1.25d 0，就 t=1.25欢迎下载精品学习资源 25=31.25 32，又因隔板中心到离其最 . 近一排管中心距离按此式运算 ： S=t/2+6=32/2+6=22，因此 各程相邻管的管心距为44；5）壳体内径 ：采纳多管程结构，取管板利用率 0.7 ，就壳体内径为 ， 就壳体内径为：圆整可取 D1120；取折流板间距 B0.2D， 就 B0.2 1120=224mm，可取 B 为 250；折流板数

17、：折流板圆缺面水平装配；故 do=0.0025 ；欢迎下载精品学习资源传热系数 K错误 .传热面积 S该换热器的实际传热面积传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务；四、换热器内流体4.1.1 壁温运算由于管壁很薄，而且壁热阻很小；冬季操作时，循环水的进口温度将会降低；为确保牢靠，取循环冷却水进口温度为30，出口温度为 40运算传热管壁温；另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温上升，降低了壳体和传热管壁温之差；但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大；运算 中，应当按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零运算传热管欢迎下载精品学习资源壁温；于是有 :,式中液

18、体的平均温度和气体的平均温度分别运算为:0.4 39+0.6 15=24.6 140+40/2=90 传热管平均壁温 为壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=90 ；壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=90；壳体壁温顺传热管壁温之差为；4.1.2 换热器内流体的流淌阻力管程流淌阻力其中,由 Re，传热管相对粗糙度 0.01/20 0.005 ，查图 摩 擦 系 数 与 雷 诺 准 数 及 相 对 粗 糙 度 的 关 系 得，流速 =m/s ，所以有Pa欢迎下载精品学习资源 因此管程流淌阻力在答应范畴之内；壳程阻力其中,流体流经管束的阻力已知:，故壳程流淌阻力也比较相宜；化工原

19、理课程设计附录十一）欢迎下载精品学习资源五、设计结果汇总换热器主要结构尺寸和运算结果换热器主要结构尺寸和运算结果见表2-13换热器形式：固定管板式管口表2换热面积 m）:167.2符号尺寸用途连接型式工艺参数aDN80循环水平面入口名称管程壳程bDN80循环水平面出口物料名称循环水热水cDN50热水入凹凸面口操作压力， MPa0.40.3dDN50热水出凹凸面口操作温度，40/30140/40eDN20排气口凹凸面流量， kg/h415329.7740404.0404 fDN20放净口凹凸面定压比热容 kJ/kg.K ）4.1844.194附图流体密度， kg/m3 994975.88欢迎下载

20、精品学习资源流速， m/s0.7820.188传热量， kW4707.50总传热系数，W/m2K740.8传热系数，4074.32636.22污垢系数，0.0003440.0001722阻力降， MPa0.01160.0059程数21举荐使用材料碳钢碳钢W/mKmK/W管子规格252.5管数目/根 740管间距，mm折流板型式壳体内径， mm管长 lL ）32排列方式管长mm:3000正三角形上下1120间距 mm 150 切口高度25%保温层厚度， mm4.77折流板数 / 个11六、工艺流程图流体流经的空间：冷却水走管程缘由有以下几个方面，冷却水经常用江水或井水，比较脏硬度较高，受热简洁结

21、垢，在管内便于清理，此外，管内流体易于维护高速，可防止悬浮颗粒的沉积；可以降低传热面积 ,削减设备费用 ,故取出口温度为 30；欢迎下载精品学习资源煤油加热器换热器泵- 循环冷却水泵七、对设计过程的评述和有关问题的争论本次化工课程设计是对列管式换热器的设计，通过查阅有关文献资料、上网搜寻资料以及反复运算核实，本列管式换热器的设计可以说基本完成了；下面就是对本次设计的一些评述；本设计所需要的换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑这一因素，估量该换热器的管壁温顺壳体壁温之差欢迎下载精品学习资源较大，故本次设计确定选用浮头式换热器；易析出结晶、沉淀、污泥及其他沉淀物的流体，最好通入比

22、较简洁进行机械清洗的空间， 而浮头式换热器的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，不会产生热效应力；对于浮头式换热 器，一般易在管内空间进行清洗；所以挑选浮头式换热器较合适；本设计挑选了冷却水走管程，煤油走壳程的方案；由于本设计所要冷却的煤油的流量不是很大，故挑选所需的换热器为单壳程、4 管程，可以达到了设计的要求，且设计的列管式换热器所需的换热面积较合适，运算得的面积裕度也较合适，这样所损耗的热量相对来说不会很大；至于本设计能否用在实践中生产，或者生产的效率是否会很低，这些只有在实践中才能详细的说明；课程设计需要同学自己做出决策，自己确定试验方案、挑选流程、查取资

23、料、进行过程和设备的运算，并要对自己的挑选做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最抱负的方案和合理的设计；所以，课程设计是增强工程观念、培育提高同学独立工作才能的有益实践；通过本次设计，我学会了如何依据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中挑选出较适合的资料，依据资料确定主要工艺流程，主要设备，及运算出主要设备及帮助设备的各项参数及数 据；明白到了工艺设计运算过程中要进行工艺参数的运算；通过设计不但巩固了对主体设备图的明白，仍学习到了工艺流程图的制 法；通过本次设计不但熟识了化工原理课程设计的流程，加深了对欢迎下载精品学习资源冷却器设备的明白，而且学会了更深化的利用图书馆及网上资源，

24、 对前面所学课程有了更深的明白；但由于本课程设计属我第一次设计，而且时间比较短，查阅的文献有限，本课程设计仍有较多地方不够完善，不能够进行有效牢靠的运算；八、课程设计心得这是我们人生中第一次做课设，也是第一次比较系统的将理论与实际相联系 把握了查阅资料，选用公式和搜集数据 包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集 的才能；2 树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并留意到操作时的劳动条件和环境爱护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的才能；3 培育了快速精确的进行工程运算的才能；4 学会了用简洁的文字，清楚的图表来表达自己设计思想的才能；从设计结果可看出

25、，如要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是由于热水的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和 K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大. 通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的挑选非常重要；在这次设计过程中，我学到了不少东西；比如，是可以运算出来的，虽然运算结果难免与实际有肯定冲突，但是仍是有肯定指导意义的，特殊是在考虑了一些实际情形后，便几乎不会有什么冲 突；通过本次设计使我们懂自己查找资料，在以后的学习和生活中都是很有实际意义的，同时令明白我们学习了课本学问与实际应用的关系；欢迎下载精品学习资

26、源九、主要符号说明热水的定性温度T冷却水定性温度t热水密度o冷却水密度i热水定压比热容cpo冷却水定压比热容cpi热水导热系数o冷却水导热系数i欢迎下载精品学习资源热水粘度o冷却水粘度i热流量Wo冷却水流量热负荷Qo平均传热温差总传热系数管程雷诺数温差校正系数管程、壳程传热系数初算初始传热面积传热管数初算实际传热面积S管程数壳体内径D横过中心线管数折流板间距B管心距t折流板数管程压力降NB接管内径当量直径壳程压力降面积裕度H十、参考文献1. 武汉高校 , 化学工程基础，高等训练出版社 ,2001.2. 马江权，化工原理课程设计其次版）， 江苏工业学院，2007.3. 眶国柱, 史启才 , 化工单元过程及设备课程设计，北京：化学工业出版社， 2002.3. 钟理化工原理 上），天津：化学工业出版社， 2021欢迎下载精品学习资源4. 钟理化工原理 下），天津，化学工业出版社， 20215. 陈英南常用化工单元设备的设计，上海：华东理工高校出版社， 19966. 梅慈云化工原理课程设计，广州，华南理工高校出版社，1990欢迎下载