列管换热器的设计
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算设计步骤如下：第一步：确定换热器的需求首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。
这些参数将在后续的计算中使用。
第二步：选择合适的换热器型号根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。
常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。
第三步：计算表面积根据流体的热传导计算表面积。
换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。
根据这个公式，可以计算出所需的表面积。
第四步：确定管子数量和尺寸根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。
根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。
第五步：确定管板和管夹的尺寸根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。
管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。
第六步：确定换热器的材质和厚度根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。
常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。
通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。
第七步：校核换热器的强度对换热器的强度进行校核。
根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。
第八步：制定施工方案和图纸根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。
包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。
上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。
首先，需要计算流体的传热系数。
传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。
对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。
对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。
其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。
管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。
然后，根据热传导定律，计算换热器的传热量。
化工原理课程设计 列管式换热器
化工原理课程设计列管式换热器设计要求：设计一个列管式换热器，实现两种不同温度的流体之间的热量传递。
设计要求如下：1. 列管式换热器采用直管式结构，热传导介质为水和油；2. 设计流量分别为水流量 Q1 = 500 L/h，油流量 Q2 = 300 L/h；3. 设计温度分别为水的进口温度 T1i = 80℃，油的进口温度T2i = 120℃；4. 确定水的出口温度 T1o 和油的出口温度 T2o；5. 选择合适的换热器材料，确保换热效果良好；6. 根据设计参数计算所需的换热面积 A 和换热效率η。
设计方案：1. 确定管径和管长：首先根据水和油的流量和温度差，计算所需的换热面积。
然后确定换热器的尺寸，其中包括管径和管长。
2. 选择换热器材料：根据换热介质的性质和工作条件，选择合适的换热器材料，例如不锈钢。
3. 计算出口温度：根据热平衡原理，计算水和油的出口温度。
假设换热器满足热平衡条件，即水的热量损失等于油的热量增加。
4. 计算换热面积：根据换热器的尺寸和热传导方程，计算所需的换热面积。
5. 计算换热效率：根据热平衡原理和换热器的热传导性能，计算换热效率。
实施步骤：1. 根据设计流量和温度差，计算所需的换热面积。
假设水和油的传热系数均为常数，可以使用换热传导方程进行计算。
2. 根据所需的换热面积和理论计算值，选择合适的换热器尺寸。
3. 根据所选换热器材料，计算换热器的尺寸和管径。
假设管壁温度近似等于流体温度。
4. 根据热平衡原理，计算出口温度。
假设热平衡条件满足，即水的热量损失等于油的热量增加。
5. 根据所选材料和尺寸，计算换热效率。
假设换热器的热传导系数为常数，使用换热效率计算公式进行计算。
总结：本课程设计主要针对列管式换热器的设计，通过选择合适的换热器材料和计算换热器的尺寸，实现了水和油之间的热量传递。
根据设计要求，通过计算出口温度和换热效率，验证了设计方案的合理性。
设计过程需要考虑多方面的因素，如流体性质、流量和温度差等。
机械设计课件-列管换热器结构设计
2.标准法兰的选用 标准法兰有： JB4701 甲型平焊法兰 JB4702 乙型平焊法兰 JB4703 长颈对焊法兰
法兰标准有：GB9112~9125。 新的（容器）提出压力容器应优先推荐采 HG20592~ 20614以及HG20615~ 20635 换热器的接管法兰一般应选用管法兰，至于选 用哪一种标准，根据布管要求来选定
1、分程隔板结构 分程隔板应采用与封头、管箱短节同等材 料、除密封面外，应满焊于管箱上。设计时要 求 管箱隔板的密封面与管箱法兰密封面，管板 密封 面与分程槽面必须处于同一几基面。结构 如图4-1 。 2、分程隔板厚度及有关尺寸 当承受脉动流体或隔板压差很大时，隔板 的 厚度应适当增厚，当厚度大于10mm的分程隔 板， 在距端部15mm处开始削成楔形，使端部保 持10mm 。
5.接管法兰的要求：
1
凹凸或榫槽密封面的法兰，密封面
向下，一般应设计成凸面或榫面，其他朝向
，则设计成凹面或榫面。
2
接管法兰螺栓通孔不应和壳程主轴
中心线相重合。
6.排气、排液管
排液的换热器应在壳程的 最高，最低点，分别设置 排气、排液接管 排气、排液接管的端部必须
与壳体或管结构箱壳体内壁 齐 其结构如图4-18、4-19。
ρv2>740kg/m.s2
防冲板的安装形式（图4-15）
五、接管
1.接管的一般要求：
1)接管不应凸出壳体内表面。 2)接管应尽量沿径向或轴向布置。 3)设计温度在3000C以上时，用整体法兰。 4)对利用接管仍不能放气和排液，应设置放气口 。 5)操作允许时，接管与外部管线的连接也可采用 焊接。 6)必要时可设置温度计接口、压力表及液面计接 口。
管板与隔板的连接形式 如图 (a)为隔板与管板焊接， (b)是隔板用螺栓联接在焊于管板的角铁上的
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流，通过管壁的传导传热作用，使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件：包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积：根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料：根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式：根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式，一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸：根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸，包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数：根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降：根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算：包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷：根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择：根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料，包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差：根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降：根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降，并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护：考虑到换热器的清洗和维护，要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述，列管式换热器的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时，还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
化工原理课程设计---列管式换热器的设计
化工原理课程设计---列管式换热器的设计列管式换热器是一种常用的换热器类型，其结构简单、传热效率高、维修方便等优点使其在工业生产中得到广泛应用。
该换热器由多个平行排列的管子组成，热流体和冷流体分别流过管内外，通过管壁传递热量，实现热量交换。
根据不同的流体流动方式，列管式换热器又可分为纵向流式和横向流式两种形式。
其中，横向流式换热器传热效率更高，但结构较为复杂，维修难度较大，因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择。
浮头式换热器的特点是管板和壳体之间没有固定连接，只有一个浮头，管束和浮头相连。
浮头可以在壳体内自由移动，以适应管子和壳体的热膨胀。
这种结构适用于温差较大或壳程压力较高的情况。
但是，由于管束和浮头的连接是松散的，因此需要注意防止泄漏。
U型管式换热器：U型管式换热器的管子呈U形，两端分别焊接在管板上，形成一个U型管束。
壳体内的流体从一端进入，从另一端流出，管内的流体也是如此。
这种结构适用于流体腐蚀性较强的情况，因为管子可以很容易地更换。
多管程换热器：多管程换热器是将管束分成多个组，每组管子单独连接到管板上，形成多个管程。
这种结构可以提高传热效率，但也会增加流体阻力。
因此，需要根据具体情况来选择多管程的数量。
总之，列管式换热器是一种广泛应用于化工及酒精生产的换热器。
不同的结构适用于不同的工艺条件，需要根据具体情况来选择合适的换热器。
在使用过程中，需要注意保养和维护，及时清洗和更换损坏的部件，以保证换热器的正常运行。
换热器的一块管板与外壳用法兰连接，另一块管板不与外壳连接，这种结构称为浮头式换热器。
浮头式换热器的优点是管束可以拉出以便清洗，管束的膨胀不受壳体约束，因此在两种介质温差大的情况下，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。
但其缺点是结构复杂，造价高。
填料式换热器的管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也较低。
但壳程内介质有外漏的可能，因此不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
列管式换热器的设计
列管式换热器的设计列管式换热器的应用已有很悠久的历史。
现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。
为此本章对这两类换热器的工艺设计进行介绍。
列管式换热器的设计资料较完善，已有系列化标准。
目前我国列管式换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式(即列管式)换热器”(GB151)标准执行。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以热力设计最为重要。
不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投人使用的换热器在检验它是否满足使用要求对，均需进行这方面的工作。
热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备——例如泵的选择做准备。
当然，热力设计和流动设计两者是密切关联的，特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数。
结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸，等等。
在某些情况下还需对换热器的主要零部件——特别是受压部件做应力计算，并校核其强度。
对于在高温高压下工作的换热器，更不能忽视这方面的工作。
这是保证安全生产的前提。
在做强度计算时，应尽量采用国产的标准材料和部件，根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算，此处从略)。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：①根据换热任务和有关要求确定设计方案；②初步确定换热器的结构和尺寸；③核算换热器的传热面积和流体阻力；④确定换热器的工艺结构。
1.1设计方案的确定1.1.1换热器类型的选择（1）固定管板式换热器这类换热器如图2-1(a)所示。
列管式换热器的设计（化工原理课程设计）
列管式换热器的设计（化⼯原理课程设计）⽬录§⼀.任务书 (2)1.1.化⼯原理课程设计的重要性1.2.课程设计的基本内容和程序1.3.列管式换热器设计内容1.4.设计任务和操作条件1.5.主要设备结构图1.6.设计进度1.7.设计成绩评分体系§⼆.概述及设计要求 (4)2.1.换热器概述2.2.固定管板式换热器2.3.设计要求§三.设计条件及主要物理参数 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定3.5.计算总传热系数3.6.计算传热⾯积§四. ⼯艺设计计算 (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.换热管选型汇总4.5.换热管4.6.壳体内径4.7.折流板4.8.接管4.9.壁厚的确定、封头4.10.管板§五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.壁温核算5.3.流动阻⼒核算§六. 设计结果汇总 (18)§七. 设计评述 (19)§⼋. ⼯艺流程图 (19)§.九.符号说明 (21)§.⼗.参考资料 (22)§⼀.化⼯原理课程设计任务书1.1.化⼯原理课程设计的重要性化⼯原理课程设计是学⽣学完基础课程以及化⼯原理课程以后，进⼀步学习⼯程设计的基础知识，培养学⽣⼯程设计能⼒的重要教学环节，也是学⽣综合运⽤化⼯原理和相关选修课程的知识，联系⽣产实际，完成以单元操作为主的⼀次⼯程设计的实践。
通过这⼀环节，使学⽣掌握单元操作设计的基本程序和⽅法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选⽤公式和数据，运⽤简洁⽂字和⼯程语⾔正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学⽣养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树⽴正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的⼯作作风，提⾼学⽣综合运⽤所学的知识，独⽴解决实际问题的能⼒。
化工原理课程设计列管式换热器
化工原理课程设计列管式换热器化工原理课程设计是化学工程学科的重要环节，其设计的目的是让学生在理论基础知识的基础上，能够熟练掌握工业化学反应装置和过程的设计方法，并能灵活运用各种装置和工艺条件来实现设备的最优化。
其中列管式换热器是常用于化工生产过程中的一种重要装置，本文将对其进行详细介绍。
一、列管式换热器的结构与原理列管式换热器是通过管壳型构造，由许多纵向的管子构成，管子两侧通过流体工质进行换热。
其主要结构包括壳体、管板、管束、进出口法兰等部分。
换热原理是将热量从高温的流体传给低温的流体，实现两种流体之间的热量交换。
二、列管式换热器的特点和应用列管式换热器具有结构简单、换热效率高、应用范围广、容易清洗维修等特点。
其在化工生产中广泛应用于热回收、冷却、加热等方面，如在石油、化工、冶金、食品、制药、造纸等行业的反应过程中都有重要的应用。
三、列管式换热器的设计方法在设计列管式换热器时，主要需考虑的参数有流体介质、流量、温度、压力等等，其中最核心的是确定热量传递系数与压降。
常用的设计方法有总热传系数法、等效径法、NTU法等。
其中总热传系数法是最常用的方法，其计算的公式为：1/U = 1/hi + Δx/k + Δy/ho其中U为总热传系数，hi、ho分别为热传分界面内的内、外热传系数，k为扩散系数（介质传热系数），Δx、Δy为介质的平均厚度与壁层厚度。
在设计时应根据具体情况选用合适的计算方法。
四、列管式换热器的操作和维护在使用列管式换热器时，应注意清洗维护工作。
由于该装置的结构特殊，应定期进行化学清洗，以避免沉积物和腐蚀物堵塞换热器内壁。
同时还应注意防止介质的过于浓缩，以免产生结晶、沉积、腐蚀等情况。
综上所述，列管式换热器是化工生产中不可缺少的一种装置，其结构特殊、应用范围广泛、换热效率高，并且容易维护操作，是值得研究和推广的一种装置。
在化工原理的课程设计中，学生能够通过对列管式换热器的深入理解和设计方案的完善，培养出创新思维和实际操作能力，为将来化工行业的发展奠定坚实的基础。
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算一、需求分析在进行列管式换热器设计与计算之前，首先要明确用户需求。
包括换热介质的种类、流量、进出口温度、压力等参数。
通过对用户需求的分析，可以确定换热器的基本工况。
二、换热面积计算换热面积是列管式换热器设计的重要参数之一、常用的换热面积计算方法有经验公式法、传热负荷法和数值计算法。
其中最常用的方法是经验公式法。
经验公式法是通过已有的实验数据和经验公式来计算换热面积。
常用的经验公式有Dittus-Boelter公式、Sieder-Tate公式和Petukhov公式等。
选择适当的公式并对其进行解析，可以计算出换热器的换热面积。
三、流体参数计算在进行列管式换热器设计与计算之前，需要准确地确定流体的物性参数。
包括流体的热传导系数、粘度、比热容等。
这些参数的计算可以通过查表或者使用流体模拟软件来实现。
四、管道布置管道布置是列管式换热器设计的重要环节。
合理的管道布置可以提高换热效率，减小流体的压降。
通常情况下，采用等分流或者逆流布置方式。
在进行管道布置时，需要考虑管道的长度、中心距、管程数等因素。
五、管壳选型根据用户需求和换热介质的特点，选择合适的管壳材质和型号。
常见的管壳材质有碳钢、不锈钢、铜合金等。
在选择管壳型号时，要考虑流体进出口大小、壳体结构和安装方式等因素。
六、压降计算在进行列管式换热器设计与计算时，需要考虑流体在管内和管外的压降。
通过压降计算可以确定管道的尺寸、长度和流速等参数。
压降计算一般有几种方法，包括经验公式法、流体力学模拟法和试验法等。
七、材料选用在列管式换热器的设计与计算中，材料的选用非常重要。
常见的材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。
选择合适的材料，可以确保换热器的使用寿命和性能。
八、换热器结构设计换热器的结构设计包括换热管的排列方式、管道的长度和直径等。
这些参数的选择与具体的应用场景和换热介质有关。
换热器的结构设计要满足换热效率高、压降小和结构紧凑等要求。
总结：列管式换热器的设计与计算涉及多个方面，包括换热面积计算、流体参数计算、管道布置、管壳选型、压降计算、材料选用和换热器结构设计等。
列管式换热器课程设计
组装：将管子和管板组装成换热器
焊接：将换热器焊接成一体
检验：对换热器进行压力试验、泄漏试验等检验，确保其 质量和性能符合要求
焊接工艺和要求
焊接方法：采用电弧焊、气焊或激光焊等方法
焊接材料：选用耐腐蚀、耐高温、高强度的合金材料
焊接工艺参数：控制焊接电流、电压、速度等参数，保证焊接质量 焊接检验：进行无损检测，如X射线、超声波等，确保焊接质量符合要 求
Part Four
列管式换热器的传 热计算
传热系数的计算
传热系数的影响因素：包括 流体的性质、流速、温度、 压力等
传热系数的定义：表示单位 时间内单位面积上的传热量
传热系数的计算方法：包括 实验法、理论法和数值法
传热系数的应用：用于计算 换热器的传热量、传热面积
等参数
传热面积的计算
传热面积的定 义：换热器中 流体与壁面接
触的面积
计算公式： A=πD*L，其 中A为传热面 积，D为管径，
L为管长
影响因素：流 体的种类、温 度、流速、压
力等
计算方法：根 据流体的种类、 温度、流速、 压力等参数， 选择合适的计 算公式进行计
算
流体阻力的计算
流体阻力的定义：流体在流动 过程中产生的阻力
流体阻力的计算公式： f=1/2*ρ*v^2*A
检验和试验要求
压力试验：进行压力试验， 检查换热器是否泄漏
尺寸检查：检查换热器尺寸 是否符合设计要求
外观检查：检查换热器外观 是否完好，有无破损、变形 等
热工性能试验：进行热工性 能试验，检查换热器传热效
率是否符合设计要求
耐腐蚀试验：进行耐腐蚀试 验，检查换热器是否耐腐蚀
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器设计⼀、概述1.概述与设计⽅案简介1.1换热器在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中⾄少要有两种温度不同的流体，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。
在⼯程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并⽆本质上的差别。
换热器是化学⼯业、⽯油⼯业及其它⼀些⾏业中⼴泛使⽤的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使⽤，⽽且是⼀些化⼯单元操作的重要附属设备，因此在化⼯⽣产中占有重要地位。
由于⽣产中的换热⽬的不同，换热器的类型很多，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
特别是随着化⼯⼯艺的不断发展，新型换热器不断出现。
在换热器设计中，⾸先应根据⼯艺要求选择适⽤的类型然后计算换热所需传热⾯积，并确定换热器的结构尺⼨。
虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和⾦属耗量等⽅⾯不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐⽤、适应性强、制造材料⼴泛等独特的优点，因⽽在换热设备中仍占有重要的地位。
特别是在⾼温、⾼压和⼤型换热设备中仍占绝对优势。
1.2列管式换热器的选择列管式换热器的应⽤已有很悠久的历史，在化⼯⽣产中主要作为加热（冷却）器，冷凝器、蒸发器和再沸器使⽤。
现在，它被当作⼀种传统的标准换热设备在很多⼯业部门中⼤量使⽤，尤其在⽯油、化⼯、能源设备等部门所使⽤的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种。
按结构分为单管程、双管程和多管程，传热⾯积1～500m2。
列管式换热器按结构特点，主要分为以下四种：①固定管板式换热器；②浮头式换热器；③U形管式换热器；④填料函式换热器。
列管换热器主要特点：1．耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于⽆机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，⼏乎直到100℃都对其⽆破坏作⽤，对⼏乎所有溶剂在室温下均不溶解，⼀般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使⽤。
列管式换热器的设计计算
列管式换热器的设计计算
设计计算列管式换热器需要考虑多个因素，包括热负荷、传热系数、
综合热传导系数、管壁温度、传热面积等。
下面将介绍列管式换热器的设
计计算方法。
1.确定热负荷：首先需要确定需要换热的流体的温度差，以及流体的
流量。
根据热传导方程和换热面积乘以传热系数，可以计算出热负荷。
2.确定传热系数：传热系数是判断换热器传热效果的重要参数。
根据
换热器内外壁传热面积、内外壁综合热传导系数以及传热面积乘以壁面传
热系数，可以计算出传热系数。
3.确定综合热传导系数：综合热传导系数可以通过考虑换热器材料的
导热系数和传热面与环境之间的热传导路径来计算。
4.确定管壁温度：根据热传导方程和壁面传热系数，可以计算出管壁
温度。
5.确定传热面积：传热面积是换热器设计的重要参数之一、传热面积
的大小直接影响到换热器的传热效果。
传热面积可以通过测量换热器的长度、管道内径和管板数量来计算。
综上所述，列管式换热器的设计计算主要包括确定热负荷、传热系数、综合热传导系数、管壁温度和传热面积等参数。
根据这些参数可以得到换
热器的设计方案，以满足实际的换热需求。
列管式换热器的设计
列管式换热器的设计首先，列管式换热器的设计需要考虑所要处理的流体特性。
这包括流体的物性参数（如密度，粘度，热容量等）以及流体的腐蚀性和腐蚀程度。
根据流体的特性，设计人员可以选择合适的材料来制造换热器，以确保其能够承受流体的作用。
其次，设计人员需要考虑换热器的换热面积。
换热面积是决定换热器传热效率的重要因素。
对于需要大量传热的应用，设计人员可以采用多个并联的换热管束来增加换热面积。
此外，通过增加流体的流速，也可以增加换热面积。
第三，设计人员需要考虑流体的流动方式。
列管式换热器有两种基本的流动方式：并流和逆流。
在并流方式下，热量从一个流体传递到另一个流体，两种流体在整个换热过程中保持相同的流动方向。
而在逆流方式下，两种流体在换热器中相向而流。
逆流方式通常具有更高的换热效率，但并流方式在一些情况下也可以获得更好的效果。
另外，设计人员还需要考虑换热器的结构设计。
列管式换热器通常由一个或多个垂直安装的管束和一个水平放置的壳体组成。
设计人员需要确定管束和壳体的尺寸和布局，以确保流体可以在换热器中流动，并且能够实现足够的传热。
此外，列管式换热器的设计还需要考虑管束的支撑和固定，以及防止管道堵塞和泄漏的措施。
设计人员还需要考虑换热器的安全性，包括防止爆炸和压力过高的措施。
最后，设计人员还需要考虑列管式换热器的清洁和维护。
由于换热器内部易积聚污垢，因此需要定期清洗和维护以确保其正常运行。
设计人员可以考虑在换热器内部设置清洗装置，以便进行清洗和维护。
综上所述，列管式换热器的设计需要综合考虑多个因素，包括流体特性、换热面积、流动方式、结构设计、安全性等。
只有在考虑到这些因素的前提下，设计人员才能设计出高效、可靠且安全的列管式换热器。
列管式换热器的机械设计
列管式换热器的机械设计列管式换热器（Shell and Tube Heat Exchanger，简称STHE）是一种常见的换热设备，广泛应用于工业生产中的加热和冷却过程中。
本文将从机械设计的角度，详细介绍STHE的设计要点和过程。
首先，STHE的机械设计需要考虑以下几个方面：1.强度计算：列管式换热器承受有一定压力的流体介质，因此设计时需要进行强度计算。
首先，需要知道换热器的最大工作压力和温度，这取决于具体的工艺要求。
然后，根据材料的强度特性，进行应力和变形的计算，确定合适的壳体和管子的尺寸，以满足工作条件下的安全要求。
2.流体动力学：为了提高换热效率，流体在壳体和管子之间需要保持一定的流速和流动方式。
应根据具体的换热需求，选择合适的流体速度和流型，以确保流体能够充分接触和传热。
此外，还需要考虑流体的流动阻力，根据流速和壳体内部结构计算阻力损失，确保换热器的正常运行。
3.材料选择：根据流体介质的性质和工作条件，选择合适的材料用于制造壳体和管子。
常见的材料有不锈钢、碳钢、铜合金等。
在选择材料时，需要考虑材料的耐腐蚀性、强度特性和可焊性等因素。
同时，还需要根据具体的工艺要求，选择合适的密封材料，确保换热器的安全可靠。
4.定位布局：根据现场的空间条件和工艺要求，设计合理的定位布局是机械设计中的重要环节。
需要确保换热器可以方便地进行安装、维修和清洗。
此外，还需要考虑换热器与其他设备的衔接方式和管道布置，以确保流体的传输顺畅和效率高。
5.热力学性能：在热力学设计中，需要考虑每种流体传热过程的特点，如对流传热、传导传热和辐射传热等。
根据具体的换热需求，选择合适的流速、管道直径和换热面积，以实现给定的传热效果。
此外，还需要进行优化设计，以提高换热器的换热效率和节能性能。
以上是列管式换热器的机械设计的主要要点，下面将介绍设计的具体过程。
1.确定换热器的工作条件和要求，包括温度、压力、流量等参数。
2.根据工作条件，选择合适的材料用于制造壳体和管子。
列管式换热器的设计和选用
ft :
管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5， 正方形排列取1.4
Pt
N
3 P
改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面 的损失
Pt P允 必须调整管程数目重新计算
实例
② 壳程阻力损失
Ps
Ff0 NTC N B
1
N
B
3.5
2B D
fs
u02 2
NB : 折流板数目 NTC : 横过管束中心线的管子数 B: 折流板间距 D: 壳体内径
一、列管式换热器的选用原则
1. 冷、热流体流动通道的选择的一般原则 a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 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。 e) 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。 f) 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。 g) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。
二.设计步骤
1.计算换热器的热通量
2.作出适当的选择并计算 t m 3.根据经验估计传热系数K估 ，计算传热面积 A
4.计算冷、热流体与管壁的
5.压降校核 6.计算传热系数，校核传热面积
1.计算换热器的热通量
根据已知条件 T1 、T2 、Cp1 、Cp2、qm1 ， 求Q
Q qm1C p1 T1 T2
R2
λ－管壁导热系数，W/m.℃；
列管换热器的设计说明书
列管换热器的设计说明书设计说明书一、项目背景列管换热器是指通过管道将两种不同介质进行热交换的设备，广泛应用于化工、石油、能源等行业。
本设计说明书旨在为进行列管换热器的设计提供详细指导。
二、设计要求1、换热器需要能够保证高效的热交换效果；2、设计过程中要考虑介质流体的物性参数、压力等因素；3、设计要满足相关法律法规标准；4、设计材料应具有良好的耐腐蚀性能。
三、设计流程1、确定换热器的工况参数：包括介质流量、温度差、压力等；2、确定换热器的结构形式：选择适合的管束结构；3、计算传热面积：根据工况参数计算所需传热面积；4、确定管束布置：根据工况参数和传热面积计算结果确定管束布置；5、确定换热器外形尺寸：根据管束布置确定换热器外形尺寸；6、确定材料选择：根据介质性质和工艺要求选择合适的材料；7、绘制设计图纸：绘制换热器的总图、管束图和管板图等。
四、设计内容详细说明1、工况参数：a： A介质流量：__________b： B介质流量：__________c： A介质温度：__________d： B介质温度：__________e：压力：__________2、结构形式选择：经过综合考虑，本设计采用__________结构形式。
3、传热面积计算：根据工况参数，计算得出所需传热面积为__________。
4、管束布置：根据传热面积计算结果，确定管束布置方式为__________。
5、外形尺寸：经过计算，确定换热器的外形尺寸为__________。
6、材料选择：根据介质性质和工艺要求，选择适合的材料为__________。
7、设计图纸：设计完成后绘制换热器的总图、管束图和管板图等详细图纸。
附件：本设计说明书涉及的附件包括设计图纸、工况参数表、材料选择表等。
法律名词及注释：1、法律名词1：解释1；2、法律名词2：解释2；3、法律名词3：解释3：。
化工原理课程设计列管式换热器
可用旳场合:
1)管程走清洁流体;
2)管程压力尤其高;
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 满足要求旳场合.
2、流动空间旳选择
3、流速旳拟定
4、流动方式旳选择
除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、 热流体还能够作多种多管程多壳程旳复杂 流动。当流量一定时，管程或壳程越多， 表面传热系数越大，对传热过程越有利。 但是，采用多管程或多壳程必造成流体阻 力损失，即输送流体旳动力费用增长。所 以，在决定换热器旳程数时，需权衡传热 和流体输送两方面旳损失。
5、流体出口温度旳拟定
若换热器中冷、热流体旳温度都由工艺条件所要求，则不存在 拟定流体两端温度旳问题。若其中一流体仅已知进口温度，则 出口温度应由设计者来拟定。例如用冷水冷却一热流体，冷水 旳进口温度可根据本地旳气温条件作出估计，而其出口温度则 可根据经济核实来拟定：为了节省冷水量，可使出口温度提升 某些，但是传热面积就需要增长；为了减小传热面积，则需要 增长冷水量。两者是相互矛盾旳。一般来说，水源丰富旳地域 选用较小旳温差，缺水地域选用较大旳温差。但是，工业冷却 用水旳出口温度一般不宜高于45℃，因为工业用水中所含旳部 分盐类（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）旳溶解度 随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成传热 性能很差旳污垢，而使传热过程恶化。假如是用加热介质加热 冷流体，可按一样旳原则选择加热介质旳出口温度。
取管长应根据出厂旳钢管长度合理截用。 我国生产系列原则中管长有1.5m，2m， 3m，4.5m，6m和9m六种，其中以3m和 6m更为普遍。同步，管子旳长度又应与管 径相适应，一般管长与管径之比，即L/D约 为4～6
列管式换热器的设计步棸
列管式换热器的设计步棸1.试算并初选设备规格(1）确定流体在换热器中的流动途径。
(2）根据传热任务计算热负荷Q 。
(3）确定流体在换热器两端的温度，选择列管式换热器的型式；计算定性温度，并确定在定性温度下流体的性质。
(4）计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数。
(5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值。
(6）由总传热速率方程Q=KS△tm ，初步算出传热面积S ，并确定换热器的基本尺寸（如d、 L、n 及管子在管板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。
2.计算管、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压强降。
检查计算结果是否合理或满足工艺要求。
若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。
3.核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数ai和ao,确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K'，比较K的初始值和计算值，若K'/K =1.15~1.25，则初选的设备合适。
否则需另设K值，重复以上计算步骤。
通常，进行换热器的选择或设计时，应在满足传热要求的前提下，再考虑其他各项的问题。
它们之间往往是互相矛盾的。
例如，若设计的换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换器的表面积，可能使总传热系数和压强降低，但却又要受到安装换热器所能允许的尺寸的限制，且换热器的造价也提高了。
此外，其它因素（如加热和冷却介质的用量，换热器的检修和操作）也不可忽视。
设计者应综合分析考虑上述诸因素，给予判断，以便作出一个适宜的设计。
4、换热器的计算1.给定的条件(1）热流体的入口温度t1'、出口温度t1";(2）冷流体的入口温度t2'、出口温度t2";2.流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程,哪一种种流体流经壳程,下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为为例)(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内,以便于清洗管子。
列管式换热器设计
第一章 列管式换热器的设计1.1概述列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。
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，但是它具有结构牢固，适应性大 ，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。
目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。
例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。
1.2列管换热器型式的选择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：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。
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。
为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
（2）浮头换热器：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，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，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，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
检查并调整图纸中的线条、颜色、字体等细节，确保图纸清晰易读， 符合规范要求。
关键节点参数设置与调整
设备参数设置
根据换热器、泵等设备的性能参 数，设置相应的CAD图纸中的属 性，如设备尺寸、处理能力、扬 程等。
管道参数调整
根据工艺流程需求和管道设计规 范，调整管道的直径、壁厚、材 质等参数，确保管道系统的安全 性和经济性。
阀门与控制点设置
在关键位置设置阀门以控制物料 流动，并根据控制需求设置相应 的控制点，如温度传感器、压力 传感器等。
流程图在课程设计中的作用
明确工艺流程
通过流程图可以清晰地展示物料在换热器中的流动过程， 帮助学生理解工艺流程和设备的相互关系。
指导设备布局与管道设计
流程图可以作为设备布局和管道设计的依据，有助于优化 设备布局和减少管道长度，提高系统的效率。
方式和换热器图纸中的局部结构。
建议措施
03
加强CAD制图技能的训练，提高图纸的准确性和规范
性。
经验教训分享与未来展望
经验教训
在课程设计过程中，应注重团队协作，合理分配任务，及时沟通交流，确保设计进度和 质量。
未来展望
随着CAD技术的不断发展，应积极探索新的设计理念和方法，提高课程设计的创新性 和实用性。同时，鼓励学生参与实际工程项目，将理论知识与实践相结合，提升综合素
流程图绘制步骤及规范
确定流程图的类型和范围
根据课程设计需求，明确要绘制的流程图类型（如工艺流程图、控制 流程图等）和所涵盖的范围。
绘制主要设备和管道
使用CAD软件中的绘图工具，按照比例和规范要求，绘制出换热器、 泵、阀门等主要设备以及连接它们的管道。
添加流向箭头和标注
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一设计题目
某炼油厂用柴油将原油预热。
柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，试选用一台适当型号的列管式换热器。
二课程设计的目的和要求
课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
(1)查阅资料，选用公式和搜集数据的能力；
(2)迅速准确的进行工程计算的能力；
(3)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
三课程设计的内容和步骤
1.完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。
说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：
（1）封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）；
（2）课程设计题目；
（3）设计方案简介；
（4）工艺设计计算；
（5）设计结果汇总
（6）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；
（7）参考文献。
课程设计说明书的用纸大小为作业本大小的，全部同学的纸张大小要统一，不要有大有小。
通过工艺计算确定换热器的类型和大小，在2号图纸上画出换热器的主要结构及尺寸。
2. 课程设计的步骤
①布置任务；（星期一上午）
②阅读指导书和查阅资料；（星期一下午）
③设计计算,绘图和编写说明书；（星期二——星期五）
最好在星期四下午之前完成课程设计的所有内容，最迟星期五上午必须上交课程设计说明书和图纸。
四、设计计算的步骤及有关内容
1.冷热流体流动通道的选择
a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；
b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；
c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；
d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；
e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；
f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；
g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100
Re即可达到湍流。
但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。
以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。
2.确定冷热流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式。
（固定管板式、u形管式、浮头式）
3.根据传热任务计算热负荷。
4.计算平均温度差，并根据温度差校正系数不小于0.8的原则，决定壳程数。
5.根据总传热系数的经验值范围，确定K估
6.由总传热速率方程计算传热面积，并确定换热器的基本尺寸。
（壳体直径、管程数、管数、管长、管子直径、管子排列方式、折流挡板型式及间距），计算实际的传热面积。
管子规格可选：19×2mm,25×2.5mm
管长可选：1.5m，2.0m，3.0m，6.0m，其中3.0m，6.0m最常用
管子排列方式：三角形排列，正方形排列，正方形错列，其中三角形排列最常用（化工过程及设备设计，化学工业出版社，涂伟萍主编，第十页，表1-2）
壳体直径：D=a(b-1)+2e
a:管心距a=1.25d0(d0为管子外径)
b:正三角形排列：b=1.1n,正方形排列：b=1.19n
e: 管束中心线上最外层中心岛壳体内壁的距离e=1.1～1.5d0
计算后壳体直径应圆整到标准尺寸。
（化工过程及设备设计，化学工业出版社，涂伟萍主编，第十二页，表1-4）
折流挡板：圆缺型和圆盘型，圆缺型最常用，缺口高度一般取壳体直径的20%，折流挡板的间距系列为：100mm, 150mm, 200mm, 300mm, 450mm, 600mm, 800mm, 1000mm
传热面积：A
实=
01
nπd(L.)
L为管长
7.计算总传热系数及传热面积
（1）计算管程对流传热系数080023.n λα.Re Pr d
=
（2）计算壳程的对流传热系数圆缺形折流挡板，α的计算式：
14.03155.0)(Pr Re 36.0w
u N μμ= 液体被加热 ≈1.05，液体被冷却 ≈0.95。
定性温度：进、出口温度平均值；
特征尺寸：○11当量直径d e
正方形排列：02
02)785.0(4d d t d e π-= 三角形排列：0
202)785.023(4d d t d e π-= ○
2流速u 根据流体流过的最大截面积S max 计算 )1(S 0max t
d hD -= 式中 h ——相邻挡板间的距离；
D ——壳体的内径。
（3）确定污垢热阻，根据课本172页表4-6取值
（4）计算总传热系数K 计，代入总传热方程计算A 计
8. 实际的传热面积与经过计算得到的传热面积相比，应该有10%-25%的裕量。
五、主要参考书：
1.
化工原理课程设计 2.
化工过程及设备设计 3.
常用化工单元设备设计 4.
化工制图 5.
传热过程及设备 014
.w μμ⎛⎫ ⎪⎝⎭014.w μμ⎛⎫ ⎪⎝⎭。