化工原理课程设计报告

课程设计任务书

设计题目：水冷却环己酮换热器的设计

一、设计条件

1、处理能力53万吨/年

2、设备型式列管式换热器

3、操作条件

a．环己酮：入口温度120℃，出口温度为43℃

b．冷却介质：自来水，入口温度20℃，出口温度40℃

c．允许压强降：不大于1×105Pa

d．每年按330天计，每天24小时连续运行

4、设计项目

a．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。

b．换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。

c．换热器的主要结构尺寸设计。

d．主要辅助设备选型。

e．绘制换热器总装配图。

二、设计说明书的内容

1、目录；

2、设计题目及原始数据(任务书)；

3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择；

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)；

5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)；

6、主体设备设计计算及说明；

目录

1. 前言 (1)

1.换热器简介 (1)

2. 列管式换热器分类： (2)

2. 设计方案简介 (2)

2.1换热器的选择 (2)

2.2流程的选择 (2)

2.3物性数据 (2)

3. 工艺计算 (3)

3.1试算 (3)

3.1.1计算传热量 (3)

3.1.2计算冷却水流量 (3)

3.1.3计算两流体的平均传热温度 (3)

3.1.4计算P、R值 (3)

3.1.5假设K值 (4)

3.1.6估算面积 (5)

3.1.7拟选管的规格、估算管内流速 (5)

3.1.8计算单程管数 (5)

3.1.9计算总管数 (5)

3.1.10管子的排列 (6)

3.1.11折流板 (6)

3.2核算传热系数 (6)

3.2.1计算管程传热系数 (6)

3.2.2计算壳程传热系数 (7)

3.2.3污垢热阻 (7)

3.2.4计算总传热系数 (7)

3.3核算传热面积 (7)

3.3.1计算估计传热面积 (7)

3.3.2计算实际传热面积 (8)

3.4压降计算 (8)

3.4.1计算管程压降 (8)

3.4.2计算壳程压降 (8)

3.5附件 (9)

3.5.1接管 (9)

3.5.2拉杆 (9)

4. 换热器结果一览总表 (10)

5. 设计结果概要 (11)

1.结果 (11)

6. 致谢 (12)

7. 附录 (13)

1.符号表含义及单位 (13)

2.管子排列方式图 (15)

3.换热器主要尺寸示意图 (16)

4.参考文献 (16)

5.ChemCAD运行结果 (16)

1.前言

1.换热器简介]1[

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。换热器是化工、石油、动力、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。

化工生产中所用的换热器类型很多。按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。按其结构分，有列管式、板式等。不同类型换热器，其性能各异，因此要了解各种换热器的特点，以便根据工艺要求选用适当类型，同时还要根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力等。

列管式换热器是目前应用最广泛的一种换热设备，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家已有系列化标准。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，但由于它有结构牢固。适应性大、材料范围广等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中仍占有绝对优势。

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结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能清洗。因此换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接顶盖，顶盖和壳体上有流体进出口管。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，由于两者热膨胀性质不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或管子从管板上松脱，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，为了安全起见，换热器应有温差补偿装置。靠膨胀节的弹性变形可以减少温差应力。但这种换热器只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强超过588kPa，时，由于补偿圈过早，难以伸缩而失去温差补偿的作用，此时就应考虑其他结构。

2)浮头式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，但在这块管板上连接一个顶盖，称为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式换热器的优点为：管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热流体的温差较大时，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，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，结构比浮头式换热器简单，造价也比浮头式换热器低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒介质。

4)U形管式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，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排管数目少。

对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其他特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能、流体的压力和温度、换热器管程与壳程的温度差的热负荷、检修清洗的要求等因素决定采用哪一类型的列管式换热器。