化工原理课程设计汇总

缺点： 1）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大 的场合，管板与管头之间易产生温差应力而损坏； （为了减少热应力，通常在固定管板式换热器中设 置柔性元件．如：设置膨胀节．来吸收热膨胀差） 2）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合； 3）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决 定于管子寿命，故设备寿命相对较低。
按选定的管径和流速确定管子数目，再根据所需传 热面积，求得管子长度。实际所取管长应根据出厂 的钢管长度合理截用。
标准中管长有1.5m，2m，3m ，5m （4.5m ）， 6m和8m （9m）六种，其中以3m 、6m更为普遍。
管子的长度应与管径相适应，一般管长与管径之比， 即L/D约为4～6
若冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确 定两端温度的问题。
若其中一个流体已知进口温度，则出口温度应由设计者 来确定。
例如：用冷水冷却某热流体，冷却水进口温度可根据当地 气温条件作出估计，出口温度需根据经济衡算来决定。 ➢为节省水量，出口温度提高，则传热面积要大些； ➢为减少传热面积，出口温度降低，则要增加水量。
应力
上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。
先流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，再校核对流传热系数和压强降。
3、流速的确定
增加流速
对流传热系数↑ ，污垢热阻↓→总传热系数↑ →传热面积↓ 流动阻力↑和动力消耗↑
还需考虑结构上： 一定传热面积
高流速→管子数目↓→较长管子或增加程数
管子太长不易清洗，且管长都有一定标准；程数增加使平均 温度差下降
化工原理课程设计
———列管式换热器
设计的目的及要求
意义:化工原理课程设计是一个具有总结性的实践教 学环节。是综合应用本课程和相关课程知识，完成 以某单元操作为主的一次设计实践。为毕业设计和 今后从事技术工作打下一定的基础。
1.巩固和掌握本课程的主要知识； 2.培养综合运用所学知识去解决生产实际问题的能
1、换热器类型的选择 固定管板式换热器
固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。
接管 壳体
壳程
折流挡板
管程 封头（ 端盖、管箱）
管束
单管程固定管板换热器
管板
列管式换热器
★卧式安装特点：重心稳，维修方便，用于冷凝 时传热效果较好。但占地面积大，换热器内须装 支承板。
优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2）旁路漏流较少； 3）没有内漏。
常用的流速范围
流体种类 一般流体 易结垢流体
气体
流速 管程 壳程 0.5~3 0.2~1.5
>1
>0.5
5~30 3~15
不同粘度液体的流速
液体粘度 >1500 1500~500 500~100 100~35
35~1 <1
最大流速 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
4、流体两端温度的确定
缺点:
1)在管子的U型处易冲蚀，应控制管内流速; 2)管程不适用于结垢较重的场合;
可用的场合:
1)管程走清洁流体; 2)管程压力特别高; 3)管壳程金属温差很大，固定管板换热器连设置膨胀 节都无法满足要求的场合.
2、流动空间的选择
① 不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便 ② 腐蚀性流体宜在管内-避免壳体和管子同时腐蚀，便于清洗 ③ 压强高的流体宜在管内-免壳体受压，节省壳程金属消耗量 ④ 饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液及不凝性气体 ⑤ 有毒流体宜走管内，使泄露机会较少 ⑥ 被冷却的流体宜走管间-可利用外壳向外的散热作用 ⑦ 流量小或粘度大的液体，宜走管间-提高对流传热系数 ⑧ 若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管间-减少热
优点：
1)管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程； 2)壳程壁与管壁不受温差限制； 3)可在高温、高压下工作，一般温度T≤450℃，P ≤6.4MPa； 4)可用于结垢比较严重的场合； 5)可用于管程腐蚀场合。
缺点杂。
可用的场合： 1）管壳程金属温差很大场合； 2）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；
一般，设计时冷却水两端温度差可取为5~10℃。
二、列管式换热器的结构
1、管程结构
①换热管规格和排列的选择
换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此， 对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易结垢的流 体，管径应取得大些，以免堵塞。考虑到制造和维修的方便， 加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系列标准规定采用 Φ25mm × 2.5mm 和 Φ 19mm × 2mm两种规格。
U形管式换热器
U形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是， 只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在 同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管 有温差时，不会产生热应力。
优点：
１）管束可抽出来机械清洗； ２）壳体与管壁不受温差限制； ３）可在高温、高压下工作，一般适用于T≤500℃， P ≤10MPa; 4)可用于壳程结垢比较严重的场合。
6.熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范。
7.具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己设 计思想与设计成果的能力。
换热器：在不同温度的流体间传递热能的装置称
为换热器。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛 使用各种换热器，且它们是上述行业的通用设备， 占有十分重要的地位。
一、设计方案的确定
膨胀节结构
适用的场合： 1）管壳程金属温差不是很大的场合； 2）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗
的场合。
浮头式换热器
两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对 壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮头管板和浮 头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。 管束与壳体的热变形互不约束，因而不会主生热 应力。
力； 3.查阅资料，选用公示和搜集数据（包括从已发表
的文献、相关手册和从生产现场中搜集）的能力；
4.掌握化工设备的工艺设计程序、方法和有关的 设计原则。包括查阅技术资料、正确选择工艺参 数、搜集有关公式和使用图表手册的能力，以及 正确进行工程计算的能力；
5.树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计 内容。使理论正确、技术可行、操作安全、经济 合理。