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过控换热器课程设计基础.

过控换热器课程设计基础.
过控换热器课程设计基础.

化工原理课程设计

课程名称:化工原理课程设计

课题:列管式换热器设计

学院:化学与生物工程学院

专业:过程装备与控制工程

班级: 2013级 1班

姓名:

学号:

指导老师:

目录

摘要 ......................................................................................................................................... - 1 - 化工原理课程设计任务书.......................................................................................................... - 2 - 1概述 .......................................................................................................................................... - 4 -

1.1换热器的主要特点及结构组成.................................................................................... - 4 -

1.2换热器的分类.............................................................................................................. - 5 -

1.3列管式换热器................................................................................................................ - 6 -

1.3.1 固定管板式换热器............................................................................................ - 6 -

1.3.2 浮头式换热器.................................................................................................... - 7 -

1.3.3 U型管式换热器................................................................................................. - 7 -

1.3.4 填料函式换热器................................................................................................ - 8 -

2.列管式换热器的工艺设计....................................................................................................... - 8 -

2.1选择换热器的类型........................................................................................................ - 8 -

2.2流程安排........................................................................................................................ - 8 -

2.3流速的选择.................................................................................................................... - 9 -

2.4冷热流体的定性温度及物性数据.............................................................................. - 10 - 3初步估算换热器的传热面积................................................................................................. - 10 -

3.1热流量.......................................................................................................................... - 10 -

3.3计算传热面积.............................................................................................................. - 11 -

3.4 冷却水用量................................................................................................................. - 11 - 4初选换热器的规格................................................................................................................. - 11 -

4.1 换热管管径和管内流速............................................................................................. - 11 -

4.2管程数和传热管数...................................................................................................... - 11 -

4.3换热管排列.................................................................................................................. - 12 -

4.4壳体内径...................................................................................................................... - 12 -

4.5折流板.......................................................................................................................... - 12 - 5换热器校核............................................................................................................................. - 13 -

5.1热流量的核算.............................................................................................................. - 13 -

5.2换热器内流体阻力核算.............................................................................................. - 16 -

6.设计总结................................................................................................................................ - 19 - 设计流程图................................................................................................................................ - 20 - 参考文献.................................................................................................................................... - 21 - 附录 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。

摘要

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。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等使用,应用十分广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度比较高,能够放热;另一种流体温度比较低,可以吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器,但其基本原理与前一致。换热器可分为间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、混合式换热器四种换热器。在现代社会中,由于能源的断减少,人们越来越重视换热器的节能效果。换热器在节能过程中有重要的作用,一方面提高这些换热器效率,可以减少能源的消耗;另一方面,用换热器来回收工业余热,可以显著地提高设备的热效率。

【关键词】换热器;热交换器;换热设备;间壁式;蓄热式;

化工原理课程设计任务书

一、设计题目:设计中型氮肥厂用变换气水冷立式列管换热器

二、设计条件

1.热流体:变换气,工作压力为1.4MPa,进口温度为65℃,要求降到38℃,变换气流量为95780 kg/h。

2.冷流体:水,进口温度为32℃,出口温度为42℃,操作压力为0.3MPa。

3.已知变换气及冷却水在定性温度下的物性数据:

密度

(kg/m3)黏度

(mPa·s)

比热容

(kJ/kg·K)

导热系数

(W/(m·K))

变换气12.83 0.0158 2.495 0.0806

冷却水993 0.718 4.178 0.622

4.两流体均无相变。

5.建厂地址:兰州地区

6.要求管程和壳程的阻力都不大于50kPa

三、设计步骤

1.掌握换热器设计概况、设计原则(以概论综述形式体现在说明书中)

2.确定设计方案

(1)选择列管换热器的类型

(2)确定冷热流体流动空间及流速

(3)确定冷热流体的定性温度及相关物性数据

3.初步估算换热器的传热面积。

4.初选换热器的规格

5.校核

(1)核算换热器的传热能力及传热面积,要求设计裕度不小于10%,不大于20%。(2)核算管程和壳程的流体阻力损失。

如果不符合上述要求重新进行以上计算。

5.将换热器主要结构尺寸和计算结果列表。

6.总结设计过程,绘制列管式换热器设计流程图。

四、设计要求

1.说明书采用统一封面和纸张;

2.方案和流程的选择要阐明理由;

3.设计过程思路清晰,内容完全;

五、设计成果

1.设计说明书(A4纸,不少于20页)

(1)内容包括封面、摘要、目录及页码、任务书、正文、小结、参考文献、附录或符号说明。

(2)格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计要求打印。

2. 变换气水冷立式列管换热器装配图(A1图纸手绘)

六、设计考核

1.设计是否独立完成,是否存在抄袭行为;

2.设计说明书的编写是否规范;

3.结构尺寸计算与图纸是否规范和正确;

4.答辩

七、参考资料

1.《化工原理及设备课程设计》李芳化学工业出版社

2.《化工原理》谭天恩(第四版)化学工业出版社

3. 《化工原理课程设计》贾绍义天津大学出版社

1概述

1.1换热器的主要特点及结构组成

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。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。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。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度高,放热;另一种流体温度低,吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器,但其基本原理与前一致。

它换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中,它们是上述这些行业的通用设备,占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展,能源消耗量不断增加,能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况,世界各国竞相采取节能措施,大力发展节能技术,

已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用,表现在两方面:一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器,提高这些换热器效率,显然可以减少能源的消耗;另一方面,用换热器来回收工业余热,可以显著地提高设备的热效率。换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。

1.2换热器的分类

换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构型式也不同,换热器的具体分类如下:

1.2.1换热器按传热原理可分为:

①间壁式换热器间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分

开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对流,两种流体之间进行换热。因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。

②蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

③流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器,是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器,多用于空气分离装置中。如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。

④混合式换热器混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器,又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离,这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如,冷水塔、气体冷凝器等。

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。

1.3列管式换热器

在化工企业中列管式换热器的类型很多,如板式,套管式,蜗壳式,列管式。其中列管式换热器虽在热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器,但它却具有结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广等特点,因此成为石油、化工生产中,尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。列管式换热器主要有固定管板式换热器、浮头式换热器、填函式换热器和U型管式换热器,而其中固定管板式换热器由于结构简单,造价低,因此应用最普遍。

1.3.1 固定管板式换热器

这类换热器操作简单、便宜。最大的缺点是管外侧清洗困难,因而多用于壳侧流体清洁,不易结垢或污垢容易化学处理的场合。当壳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,因此,一般管壁与壳壁温度相差50℃

以上时,换热器应有温差补偿装置,图为具有温差补偿圈(或称膨胀节)的固定管板式换热器。一般这种装置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。壳程压强超过6×105Pa时,由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿作用,就应考虑采用其他结构。

1.3.2 浮头式换热器

用法兰把管束一侧的管板固定到壳体的一端,另一侧的管板不与外壳连接,以便管子受热或冷却时可以自由伸缩。这种形式的优点是当前两侧传热介质温差较大时,不会因膨胀产生温差压力,且管束可以自由拉出,便于清洗。缺点是结构复杂,造价高。

1.3.3 U型管式换热器

此类换热器只有一个管板,管程至少为两程。由于管束可以取出,管外侧清洗方便,另外,管子可以自由膨胀。缺点是U型管的更换及管内清洗困难。

考虑到换热器管壁与壳壁温差不超过50 ℃,而且应用广泛,操作简单、

方便。用水冷却氨气不易结垢,所以选择带有补偿圈的固定管板式换热器。

1.3.4 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。

2.列管式换热器的工艺设计

2.1选择换热器的类型

所设计换热器用于制造氮肥,原料比较清洁,不易结垢,所以选用固定管板式换热器,其特点是结构简单,制造成本低,比较适合大型工厂。

2.2流程安排

冷、热流体流动通道的选择的一般原则:

①不洁净或易结垢的液体宜在管程,因管内清洗方便。

②腐蚀性流体宜在管程,以免管束和壳体同时受到腐蚀。

③压力高的流体宜在管内,以免壳体承受压力。

④饱和蒸汽宜走壳程,因饱和蒸汽比较清洁,表面传热系数与流速无关,而且冷凝液容易排出。

⑤流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜,因在壳程Re>100即可达到湍流。但这不是绝对的,如流动阻力损失允许,将这类流体通入管内并采用多管程结构,亦可得到较高的表面传热系数。

⑥若两流体温差较大,对于刚性结构的换热器,宜将表面传热系数大的流体通入壳程,以减小热应力。

⑦需要被冷却物料一般选壳程,便于散热。

综上所述本冷却器的管程走压缩后的热空气,壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。

①因为热空气的操作压力达到1.4Mpa,而冷却水的操作压力取0.3Mpa,如果热空气走管内可以避免壳体受压,可节省壳程金属消耗量;

②对于刚性结构的换热器,若两流体的的温度差较大,对流传热系数较大者宜走管间,因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近,可以减少热应力,防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。

③热空气走管内,可以提高热空气流速增大其对流传热系数,因为管内截面积通常比管间小,而且管束易于采用多管程以增大流速。

2.3流速的选择

表2-1 换热器常用流速的范围

介质

流速

循环

新鲜

一般

液体

易结垢

液体

低粘

度油

高粘

度油

管程流速,m/s 1.0~2

.0

0.8~1

.5

0.5~3 >1.0

0.8~1

.8

0.5~1

.5

5~3

壳程流速,m/s 0.5~1

.5

0.5~1

.5

0.2~1

.5

>0.5

0.4~1

.0

0.3~0

.8

2~1

5

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。故拟取循环水流速为1.2m/s 。

2.4冷热流体的定性温度及物性数据

① 热流体:变换气,工作压力为1.4MPa ,进口温度为65℃,要求降 到38℃,变换气流量为95780 kg/h 。

② 冷流体:水,进口温度为32℃,出口温度为42℃,操作压力为 0.3MPa 。

表2-1 已知变换气及冷却水在定性温度下的物性数据:

密度 (kg/m 3)

黏度 (mPa ·s)

比热容(kJ/kg ·K)

导热系数(W/(m ·K))

变换气 12.83 0.0158 2.495 0.0806 冷却水 993

0.718

4.178

0.622

3初步估算换热器的传热面积

3.1热流量

()()()

s kJ T T c w Q ph h /28.17923600/3865495.29578021=-??=-=3.2平均传热温差

按式(1-3)计算

()()()℃65.1232

384265ln

32384265ln t 2121=-----=???-?=?t t t t m 3.3计算传热面积

假设K=244W/(2m K ?),则

()()()27.58065.12244/28.1792t /m K Q A m ≈?=?=估

3.4 冷却水用量

()h kg t c Q w pc c /15443310

178.428.1792=?=?= 4初选换热器的规格

4.1 换热管管径和管内流速

选用Φ25mm ×2mm 较高级冷拔传热管(不锈钢),取管内流速i u =6m/s 。 4.2管程数和传热管数

9983600

0.6021.0785.083.12/95780785.02

2≈???==u V

n d i s 按单程管计算,所需的传热管长度为

()()()m n d A L s 30.7998025.014.3/3.57114.3/0=??=?=估 长度合适,可以按照单程管计算。

4.3换热管排列

采用正三角形排列法,根据换热管直径查表1-6可知管中心距为32mm 。

4.4壳体内径

按单管程结构,壳体内径按式(1-9)确定。

()()()

()mm d n D s 118725319981.1323211.1t 0=?+-?=+-=~

参考卷制壳体的公称直径(见表1-20),可取D=1300mm 。

表 2-2 压力容器的公称直径 mm

4.5折流板

采用弓形折流板,取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%,则切去的圆缺高度为260mm ;取折流板间距B=350mm.

16

1-≈=

折流板间距换热管长

折流板数

接管直径计算

取1u =1m/s 壳程流体进出口接管

)

(6.2341

99314.33600154433

414.3V 411mm u d s =????==

按壳程接管最大允许流速表取整后取接管公称直径为250mm 。 取2u =13m/s,则

()

mm u V d 8.45013

83.1214.3360095783

414.34222=????==

按壳程接管最大允许流速表取整后取接管公称直径为450mm 。

壳径/mm 1300 总管数 1198

管程数 1 排列 正三角形 换热管尺寸/mm Φ25×2 管中心距/mm 32 实际传热面积/2

m 571.3 折流板间距/mm 350

管长/m 6.07 折流板形式 弓形折流板

5换热器校核

5.1热流量的核算

管内表面传热系数

n

p i i i c u d d ???

? ?

????

?

??=λμμρλα8

.0i 023.0

变换气被冷却,n 取0.3,管程流通面积

()2

2i 412.01192021.0785.0m A =??=

()

s m A w f h i /03.53600

412.083.1295780u =??==ρ

()

K

m ?=?

?

?

?????? ??????=23

.08

.0i /W 5.6290806.00000158.024*********.083.1203.5021.0021.00806.0023.0α 壳程表面传热系数

14

.03

/155

.0Pr

Re

36.0???

? ??=w u N μμ

壳程当量直径e d 和流速0u 为

()

m d d t e 020186.0025

.0025.04032.02344234d 2

20

02=????

? ???-?=????

?

?-=ππππ

()

2

000995.0032.0025.013.135.0d -1m t BD A =??? ??

-??=??? ?

?=

()

s m A w c /434.00995.03600993154433u 00=??==ρ

()

K

m W c u d w p e e ?=??

?

?

?????

?

?

??????

=???

? ?????

?

?????

?

??=23

/155

.014

.03

1

55

.000/8.313595.0622.0000718.0417*******.0993434.002019.002019.0622.036.0d 36.0μμλμμρλα

注:黏度校正系数为1。 污垢热阻和管壁热阻

查流体的污垢热阻表选取污垢热阻

;

/0001719.02W K m R di ?=

=

0d R 0.0008598㎡W K /?。

()()

C t T T m m S ?=+?=25.442/1m

式中 m T ---热流体平均温度; m t ---冷流体平均温度。

管材料选用不锈钢304,然后查表。利用内插法得到λ=16.80W/(m ·K)。

()m d d d d i

i 0229.0021.0025

.0ln 021.0025.0ln

d 00m =-=-=

④传热系数K ′计算

8

.313510008598.00229.0025.080.16002.0021.0025.00001719.0021.0025

.053.629111K 100000'

++?+?+?=++++=a R d d b d d R d d a d m i di i i λ

)/(7.2932'K m W K ?=得

⑤传热面积裕度

)(4.48265.127.29328.1792'

'

m t K Q A m

=?=?=

实际传热面积

4.548998702

5.014.30=???==nl d A π

%0.12%1004

.5484

.4824.548'=?-=-A A A

在合理范围内

5.2换热器内流体阻力核算

①管程流动阻力

P

s t i N N F P P P )(21?+?=?∑

033

.000476.021/1.0d

,1.02.85774,4.1,1,1i =======λε

ε,查莫迪图,得粗糙度

传热管相对为查得绝对粗糙度由e t P s R F N N

注:换热管绝对粗糙度数据,莫迪图见天津大学出版的《化工原理》 ui=5.03m/s ,ρ=12.83kg/m3, 则

)

(3.1530203.583.12021.06033.022

2Pa u d l p i i i =???=?ρλ

)

(9.486203

.583.1232

2

2Pa u p i

=??==?ρξ

Pa

Pa p i 5000)(28244.11)9.4681530(?=?+=?∑

则管程流动阻力在允许范围之内。 ②壳程阻力

s

t I N F p p p )(/

2

/

1?+?=?∑

15

.1,1==t S F N 流体流经管束的阻力

2

)

1(2

0u N n Ff p B c ρ+=?∑则

,其中,,434.0,16,1.1375.085774

5,5.005.0228

.00====?==-u N n n f F B c

)(177022434.0993)

116(38586.05.02

/

1Pa P =?+???=?

流体通过折流板缺口的阻力

)

(44312

434

.0993)3.135.205.3(162)25.3(2

22/Pa u D B N p B =??-?==?ρ

总阻力

kPa

Pa p 50)(221334431177020<=+=?∑ 换热器壳程流动阻力也较适宜。 换热器的主要尺寸和计算结果

参数管程(热流体)壳程(冷流体)流量/kg·h-1 95780 154433

平均相对分子质量18

温度(进口/出口)/℃65/38 32/42

压力/Mpa 1.4 0.3

物性定性温度/℃

密度/kg·-3 12.83 933

定压比热容/kj·kg-1·k-1 2.495 4.178

黏度/pa·s 1.58×10-5 7.18×10-4 热导率/W·m-1·K-1 0.0806 0.622

普朗特殊

设备结构参数形式固定管板式台数 1

壳体内径/mm 1300 壳程数 1

管长/mm 6000 管心距/mm 32

管径/mm Φ25×2 管子排列三角形

管数目/根1197 折流板个

15

传热面积/m2 700 折流板间

0.35 管程数 1 材质

流速/m·s-1 6.0 0.377

表面传热系数/W·m-2·K-1 733.2 3300

污垢热阻/W·m-2·K-1 1.719×10-4 8.598×10-4 阻力/pa 17702 2824

热流量/kJ·s-1 1792.28

传热温差/℃12.65

传热系数/W·m-2·K-1 351.1

裕度/% 12.0%

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)

课程设计报告,列管式换热器设计

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,

列管式换热器课程设计

——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

化工原理课程设计管壳式换热器汇总

化工原理课程设计管壳式换热器汇总 公司内部档案编码:[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

设计一台换热器 目录 化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格 1. 流体流动途径的确定 2. 物性参数及其选型 3. 计算热负荷及冷却水流量 4. 计算两流体的平均温度差 5. 初选换热器的规格 工艺计算 1. 核算总传热系数 2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 设计一台换热器 二、操作条件: 1、苯:入口温度80℃,出口温度40℃。 2、冷却介质:循环水,入口温度35℃。

3、允许压强降:不大于50kPa。 4、每年按300天计,每天24小时连续运行。 三、设备型式: 管壳式换热器 四、处理能力: 99000吨/年苯 五、设计要求: 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。(要求按比例画出主要结构及尺寸) 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 1.设计概述 热量传递的概念与意义 1.热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移,简称传热。由热力学第二定律可知,在自然界中凡是有温差存在时,热就必然从高温处传递到低温处,因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 2. 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作,多需要进行加热和冷却,例如:化学反应通常要在一定的温度进行,为

化工原理课程设计——换热器的设计

中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目:煤油冷却器的设计 学院:化学化工学院 班级:化工0802 学号: 1505080802 姓名: ****** 指导教师:邱运仁 时间:2010年9月

目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计背景及设计要求 §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. 机械结构设计 (9) 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.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附:化工原理课程设计之心得体会 (30)

§一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力:40t/h 煤油 1.2.2.设备形式:列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油:入口温度160℃,出口温度60℃ (2).冷却介质:循环水,入口温度17℃,出口温度30℃ (3).允许压强降:管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3,黏度7.15×10-4Pa.s,比热容2.2kJ/(kg.℃),导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 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作用。 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。 换热器的类型按传热方式的不同可分为:混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛,如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类

管壳式换热器设计 课程设计

河南理工大学课程设计管壳式换热器设计 学院:机械与动力工程学院 专业:热能与动力工程专业 班级:11-02班 学号: 姓名: 指导老师: 小组成员:

目录 第一章设计任务书 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)

第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计:设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器,其处理能力为10t/h,且允许压强降不大于100kPa。 设计任务及操作条件 1、设备形式:管壳式换热器 2、操作条件 (1)煤油:入口温度140℃,出口温度40℃ (2)冷却水介质:入口温度26℃,出口温度40℃

第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升,管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热,提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式,其中提高传热系数是强化传热的重点,主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前,管壳式换热器强化传热方法主要有:采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法,以获得粗糙的表面和扩展表面;用添加内物的方法以增加流体本身的绕流;将传热管表面制成多孔状,使气泡核心的数量大幅度增加,从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力;改变管束支撑形式以获得良好的流动分布,充分利用传热面积。 管壳式热交换器(又称列管式热交换器)是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子(称这些平行的管子为管束),让两种流体分别从管内空间(或称管程)和管外空间(或称壳程)流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中,管子根数很多,从而壳体直径比较大,以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小,使得流速很低,因而换热系数不高。为了提高流体的流速,可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板,使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数,称为程数,所以装了纵向隔板,就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时,则不论流体往复交错流动多少次,其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单,造价较低,选材范围广,处理能力大,还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战,但由于它的高度可靠性和广泛的适应性,至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同,因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大,换热器内将产生很大的热应力,导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此,当管束与壳体温度差超过50℃时,需采取适当补偿措施,

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。

管壳式换热器设计课程设计

河南理工大学课程设计 管壳式换热器设计 学院:机械与动力工程学院 专业:热能与动力工程专业 班级:11-02班 学号: 姓名: 指导老师: 小组成员:

目录 第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计:设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器,其处理能力为10t/h,且允许压强降不大于100kPa。

设计任务及操作条件 1、设备形式:管壳式换热器 2、操作条件 (1)煤油:入口温度140℃,出口温度40℃ (2)冷却水介质:入口温度26℃,出口温度40℃ 第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升,管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热,提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式,其中提高传热系数是强化传热的重点,主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前,管壳式换热器强化传热方法主要有:采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法,以获得粗糙的表面和扩展表面;用添加内物的方法以增加流体本身的绕流;将传热管表面制成多孔状,使气泡核心的数量大幅度增加,从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力;改变管束支撑形式以获得良好的流动分布,充分利用传热面积。 管壳式热交换器(又称列管式热交换器)是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子(称这些平行的管子为管束),让两种流体分别从管内空间(或称管程)和管外空间(或称壳程)流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中,管子根数很多,从而壳体直径比较大,以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小,使得流速很低,因而换热系数不高。为了提高流体的流速,可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板,使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数,称为程数,所以装了纵向隔板,就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时,则不论流体往复交错流动多少次,其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单,造价较低,选材范围广,处理能力大,还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战,但由于

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)

列管式换热器课程设计

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。

化工原理课程设计换热器设计

化工原理 课 程 设 计 设计任务:换热器 班级:13级化学工程与工艺(3)班 姓名:魏苗苗 学号:1320103090 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6)

2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17)

参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 设计一台换热器 二、操作条件:1、苯:入口温度80℃,出口温度40℃。 2、冷却介质:循环水,入口温度32.5℃。 3、允许压强降:不大于50kPa。 4、每年按300天计,每天24小时连续运行。 三、设备型式:管壳式换热器 四、处理能力:109000吨/年苯 五、设计要求: 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图。(要求按比例画出主要结构及尺寸) 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 六、附表: 1.设计概述 1.1热量传递的概念与意义 1.1.1热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移, 简称传热。由 热力学第二 定律可知,在 自然界中凡 是有温差存 在时,热就必 然从高温处 传递到低温 处,因此传热

列管式换热器课程设计

(封面) XXXXXXX学院 列管式换热器课程设计报告 题目: 院(系): 专业班级: 学生姓名: 指导老师: 时间:年月日 目录

1、设计题目(任务书) (2) 2、流程示意图 (3) 3、流程及方案的说明和论证 (3) 4、换热器的设计计算及说明 (4) 5、主体设备结构图 (10) 6、设计结果概要表 (11) 7、设计评价及讨论 (12) 8、参考文献 (12) 附图:主体设备结构图和花版设计图 一.任务书

(一)设计题目: 列管式冷却器设计 (二)设计任务: 将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度 (三)设计条件: 1.处理能力:G=学号最后2位×300t物料/d; 2.冷却器用河水为冷却介质,考虑广州地区可取进口水温度为20~30C;加热器用热水或水蒸气为热源,条件自选; 3.允许压降:不大于105Pa; 4.传热面积安全系数5~15% 5.每年按330天计,每天24小时连续运行。 (四)设计要求: 1.对确定的设计方案进行简要论述; 2.物料衡算、热量衡算; 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸; 4.计算阻力; 5.选择合宜的列管换热器并运行核算; 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构(3号图纸)、花板布置图(3号图纸); 7.编写设计说明书(包括:①.封面;②.目录;③.设计题目;④.流程示意图;⑤.流程及方案的说明和论证;⑥设计计算及说明;⑦主体设备结构图;⑧设计结果概要表;⑨对设计的评价及问题讨论;⑩参考文献。) (五)设计进度安排: 备注:参考文献格式: 期刊格式为:作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号(期号):起止页码。专著格式为:作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。 二.流程示意图

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)

管壳式换热器设计讲解

目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图

广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数: 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1)学生独立完成设计。 2)换热器设计要结构合理,设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3)图纸要求:图面整洁、布局合理,线条粗细分明,符号国家标准,尺寸标注规范,使用计算机绘图。 4)说明书要求: 文字要求:文字通顺,语言流畅,书写工整,层次分明,用计算机打印。 格式要求: (1)课程设计封面;(2)任务书;(3)摘要;(4)目录;(5)正文,包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程;对所设计的换热器总体结构的讨论分析;正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等;(6)参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1)按照设计计算结果,编写详细设计说明书1份; 2)绘制换热器的装配图1张,拆画关键部件零件图1~2张。

列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)

X X X X 大学 《材料工程原理B》课程设计 设计题目: 5.5×104t/y热水冷却换热器设计 专业: ----------------------------- 班级: ------------- 学号: ----------- 姓名: ---- 日期: --------------- 指导教师: ---------- 设计成绩:日期:

换热器设计任务书

目录 1.设计方案简介 2.工艺流程简介 3.工艺计算和主体设备设计 4.设计结果概要 5.附图 6.参考文献

1.设计方案简介 1.1列管式换热器的类型 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。固定管板式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。

1化工原理课程设计(换热器)解析

一、设计题目: 设计一台换热器 二、操作条件: 1、煤油:入口温度140℃,出口温度40℃。 2、冷却介质:循环水,入口温度35℃。 3、允许压强降:不大于1×105Pa。 4、每年按330天计,每天24小时连续运行。 三、设备型式: 管壳式换热器 四、处理能力: 114000吨/年煤油 五、设计要求: 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图(要求按比例画出主要结构及尺寸)。 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

第1章设计概述 1、1热量传递的概念与意义[1](205) 1、1、1 传热的概念 所谓的传热(又称热传递)就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。由热力学第二定律可知,凡是有温差存在时,就必然发生热量从高温处传递到低温处,因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。 1、1、2 传热的意义 化工生产中的很多过程和单元操作,都需要进行加热和冷却,如:化学反应通常要在一定的温度进行,为了达到并保持一定温度,就需要向反应器输入或输出热量,又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中,都要向这些设备输入或输出热量。所以传热是最常见的重要单元操作之一。无论是在能源,宇航,化工,动力,冶金,机械,建筑等工业部门,还是在农业,环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。此外,化工设备的保温,生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题,由此可见;传热过程普遍的存在于化工生产中,且具有极其重要的作用。归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况:①强化传热过程,如各种换热设备中的传热。 ②削弱传热过程,如设备和管道的保温,以减少热损失。 1、2 换热器的概念与意义[2] 1、2、1 换热器的概念 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备,简称为换热器。在换热器中至少要有两种不同的流体,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。 1、2、2 换热器的意义 热交换设备是工业生产中为实现物料之间热量传递的一种工艺设备。在化工、炼油、动力、原子能等众多的工业部门和行业中,广泛使用加热器、冷却冷凝器及其他热交换设备来满足一定的工艺生产条件;由这些设备构成的换热系统的状况,对整个化工过程的正常进行及整个化工系统的投资与操作费用关系重大。在一般化工厂的建设中,换热器约占总投资的10%-20%[3];在石油炼厂中,换热器约占全部工艺设备投资的35%-40%[3]。因此,在能源日趋紧张的今天,合

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:

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