煤油冷却器的设计

化工原理课程设计

专业：化学工程与工艺班级：______________ 指导老师：______________姓名：______________ 学号：______________

摘要

热量传递不仅是化工、能源、宇航、冶金、机械、石油、动力、食品、国防等各工业部门重要的单元操作之一，它还在农业、环境保护等其他部门中广泛涉及。作为该单元操作的设备---换热器在化工、炼油装置中所占的比例，在建设费方面达20%-50%之多。因此，无论从能源的利用，还是从工厂的效益来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要的意义。随着经济的发展，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增强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理等方面的研究也日益活跃。

在诸多类型的换热器中以间壁式的应用最为普遍。此类换热器中，以管壳式应用最广。本设计的任务就是完成一满足生产要求的管壳式换热器的设计或选型。

管壳式换热器设计或选型的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。由总传热速率方程可知，要计算换热器的传热面积，得确定总传热系数和平均温度差。由于总传热系数与换热器的类型、尺寸、流体流道等诸多因素有关，而平均温度差与两流体的流向、辅助物料终温的选择等有关，因此管壳式换热器设计或选型需考虑许多问题，通过多次试算和比较才能设计出适宜的换热器。

换热器的工艺设计计算有两种类型，即设计计算和校核计算，包括计算换热面积和造型两方面。设计计算的目的是根据给定的工作条件及热负荷，选择一种适当的换热器类型，确定所需的换热面积，进而确定换热器的具体尺寸。校核计算的目的则是对已有的换热器校核它是否满足预定要求，这是属于换热器性能计算问题。无论是设计计算还是校核计算，所需的数据包括结构数据、工艺数据和物性数据三大类。其中结构数据的选择在换热器设计中最为重要。对于列管式换热器的设计包括壳体型式、管程数、管子类型、管长、管制排列形式、折流板型式、冷热流体流动通道等方面的选择。工艺数据包括冷热流体的流量、进出口温度、进口压力、允许压力降及污垢系数。物性数据包括冷热流体在进出口温度或定性温度下的的密度、比热容、粘度、导热系数等。

本设计针对煤油冷却的问题设计一换热器。通过对兰州地区水资源情况、常年气温情况、水价、水质等综合考虑，最后确定冷却水的用量、进出口温差等。并根据工艺过程所规定的条件，如传热量、流体的热力学参数以及在该参数下的物性进行热力学和流体力学计算。经过优化，使设计的换热设备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。

关键词：换热器，选型，工艺设计，核算

目录

1.文献综述 (4)

1.1换热器简介 (4)

1.2列管式换热器的类型 (4)

1.3列式换热器设计一般要求 (5)

1.4管壳式换热器设计时应考虑的问题 (6)

1.5其他主要附件 (7)

2.任务书 (8)

2.1设计题目 (8)

2.2设计条件 (8)

2.3设计要求 (8)

2.4设计成果 (9)

2.5时间安排 (9)

3.工艺设计 (9)

3.1确定设计方案 (9)

3.1.1选择换热器的类型 (9)

3.1.2流动空间及流速的确定 (9)

3.2确定物性数据 (9)

3.3试算和初选换热器的规格 (10)

3.3.1计算热负荷和冷却水流量 (10)

3.3.2计算两流体的平均温度差 (10)

3.3.3初选换热器规格 (10)

3.4核算总传热系数 (11)

3.4.1管程对流传热系数 (11)

3.4.2壳程对流传热系数 (12)

3.4.3污垢热阻 (12)

3.4.4总传热系数 (13)

3.5核算压强降 (13)

3.4.1管程压强降 (13)

3.4.2壳程压强降 (14)

3.6附件的选择 (15)

3.7换热器主要结构尺寸和计算结果 (17)

4.符号说明 (18)

5.谢辞 (19)

6.参考文献 (20)

1.文献综述

1.1换热器简介

换热器就是用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备;板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。

1.2主要管壳式换热器类型、优缺点及其使用对象

管壳式换热器是目前应用最广的传热设备。与前述各类换热器相比，主要优点是：单位体积具有的传热面积大，传热效果好；此外，结构简单，所需材料来源较广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。

管壳式换热器中，由于两流体的温度不同，管束和壳体的温度也不同，所以它们的热膨胀程度也有差别。当两流体温度差较大（500C以上）时，就可能用于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂。因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有以下几种形式。

（1）固定管板式换热器

一般适用于壳体与管束间的温度差低于50℃，壳程压力小于6kgf/cm2的情况。这种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流体应是较清洁且不易结垢的物料。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，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管较多，比较紧凑；由于这种结构使壳侧清洗困难，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，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质的泄露。为此常在外壳上焊一膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。由此