管壳式换热器设计 课程设计
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
最新整理管壳式换热器设计课程设计知识讲解
曙enan Polyteehpie University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 (1)第二章管壳式换热器简介 (2)第三章设计方法及设计步骤 (4)第四章工艺计算 (5)4.1 物性参数的确定. (5)4.2 核算换热器传热面积 (6)4.2.1 传热量及平均温差 (6)4.2.2 估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (10)5.1 换热管计算及排布方式 (10)5.2 壳体内径的估算 (12)5.3 进出口连接管直径的计算 (13)5.4 折流板 (13)第六章换热系数的计算 (19)6.1 管程换热系数 (19)6.2 壳程换热系数. (19)第七章需用传热面积 (22)第八章流动阻力计算 (24)8.1 管程阻力计算. (24)8.2 壳程阻力计算. (25)总结 (27)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140C冷却冷却到40 C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140C，出口温度40r(2)冷却水介质：入口温度26C，出口温度40T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。
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计一、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。
但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型高效率紧凑式换热器。
管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所示。
根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。
二、换热器的设计2.1设计参数参数名称壳程管程设计压力（MPa） 2.6 1.7操作压力（MPa） 2.2 1.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃） 250 75操作温度（℃） 220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口)流量（Kg/h） 40000 选定物料（-）石脑油冷却水程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。
3.设计装配图和重要的零件图。
2.3热工设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热面积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采用对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的水流量：==31372.8这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。
从而查《换热器设计手册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管子根数中心排管管程流通换热面积换热管长换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三角形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热面积计算实际换热面积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热面积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oαiαiorr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却水流入，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却水要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三角形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最大截面积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W管内冷却水污垢热阻：/W插入法得到=因此得到故2.2.4总换热面积由稳态传热基本方程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压力降管程压力降有三部分组成，可按照如下公式进行计算—流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa;—流体流经管箱进出口的压力降，Pa;—结构矫正因素，无因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压力降在允许范围内1.3.2壳程压力降采用埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压力降，Pa;--流体通过折流板缺口的压力降，Pa;—壳程压力降的结垢修正系数，无因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中心线的管子数，对三角形排列;--按壳程流通截面积计算的流速，。
管壳式换热器课程设计
目录前言 (2)第一部分，甲苯冷凝器的设计一、设计任务 (4)二、设计要求 (4)三、工艺结构尺寸 (6)（1）管径和管内流速 (6)（2）管程数和传热管数 (6)（3）平均传热温差校正及壳程数 (6)（4）传热管的排列和分程数法 (7)（5）壳体内径 (7)四、换热器主要传热参数核算 (8)（1）计算管程对流传热系数 (8)（2）计算壳程对流传热系数 (8)（3）确定污垢热阻 (9)（4）总传热系数 (9)第二部分，甲苯冷却器的设计一、试算并初选换热器规格 (11)（1）流体流动途径的确定 (11)（2）确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的型式 (11)二、计算总传热系数 (11)（1）计算热负荷 (11)（2）冷却水用量 (12)（3）计算平均传热温度差 (12)（4）总传热系数K (12)（5）估算换热面积 (12)三、工艺结构尺寸 (12)（1）管径和管内流速 (12)（2）管程数和传热管数 (12)（3）平均传热温差校正及壳程数 (13)（4）传热管的排列和分程方法 (14)（5）壳体内径 (14)四、换热器主要传热参数核算 (15)(1)壳程对流传热系数 (15)(2)管程对流传热系数 (16)(3)基于管内表面积的总传热系数 (16)(4)计算面积裕度 (17)化工原理课程设计任务书一、设计任务题目＃＃．＃万吨/年甲苯精馏塔冷凝冷却(水冷)换热系统工艺设计。
二、任务给定条件1.热流条件：流量为10500kg/h的甲苯蒸汽从120℃，0.14 MPa(绝压)冷凝到120℃，0.14 MPa(绝压) 甲苯液，再冷却到30℃；120℃甲苯汽相热焓140 Kcal/Kg，液相焓53 Kcal/Kg，30℃甲苯液相焓13 Kcal/Kg ；定性温度80℃时甲苯密度810Kg/m3 , 比热0.446(Kcal/Kg. ℃) 绝对粘度0.32(cp) ，比热0.104 (Kcal/(m.h. ℃)) 。
管壳式换热器设计课程设计
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。
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5.1 换热管计算及排布方式 .............................
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5.2 壳体内径的估算 ...................................
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5.3 进出口连接管直径的计算 ...........................
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5.4 折流板 ...........................................
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
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计是一门很重要的课程，它使学生能够学习到管壳式换热器的基本原理，以及如何在工业界应用管壳式换热器。
在管壳式换热器课程设计中，首先学习相关的基本概念和原理，主要包括换热器的介绍、热交换、热传导和密封等。
接下来，学习管壳式换热器的分类和参数，然后着重介绍管壳式换热器的特点、分类、材料、设计特点，以及不同类型的管壳式换热器的应用和评估方法。
管壳式换热器的结构是很复杂的，因此最后要深入学习和探讨管壳式换热器的维护和设计过程，并了解温度、压力和焓之间的关系，最后还要计算和评估管壳式换热器的效率和参数。
经过仔细学习，学生将具备在工业界应用管壳式换热器的课程设计能力，从而能够更好地应用该技术。
化工原理管壳式课程设计
化工原理管壳式课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握管壳式换热器的基本结构、工作原理及在化工过程中的应用；2. 了解换热器类型选择、换热面积计算、流体流动与传热过程的相关理论知识；3. 掌握管壳式换热器设计中涉及的主要参数及其对换热效果的影响。
技能目标：1. 能够运用所学理论知识，进行管壳式换热器的选型、设计和校核；2. 学会运用相关软件或工具，对换热器进行模拟和优化；3. 培养解决实际工程问题中换热器相关问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理课程的学习兴趣，激发求知欲和探索精神；2. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，学会在团队中分工合作、共同解决问题；3. 增强学生的环保意识，认识到化工设备在节能减排方面的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握管壳式换热器基本知识和技能的基础上，提高解决实际工程问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，为未来从事化工领域工作奠定基础。
同时，注重培养学生的情感态度价值观，使其成为具有责任感、创新精神和实践能力的化工专业人才。
二、教学内容1. 管壳式换热器的基本概念与结构：包括换热器类型、基本结构、工作原理等，对应教材第3章第1节；2. 换热器选型与设计计算：涵盖换热器类型选择、换热面积计算、流体流动与传热过程相关理论知识，对应教材第3章第2节；3. 管壳式换热器的主要参数及其影响：分析壳程、管程流体流动与传热特性，探讨主要参数对换热效果的影响，对应教材第3章第3节；4. 换热器设计实例与校核：结合实际案例，运用所学知识进行换热器选型、设计与校核，对应教材第3章第4节；5. 换热器模拟与优化：介绍相关软件或工具的使用方法，对换热器进行模拟和优化，对应教材第3章第5节。
教学内容安排与进度：1. 第1周：管壳式换热器基本概念与结构；2. 第2周：换热器选型与设计计算；3. 第3周：管壳式换热器的主要参数及其影响；4. 第4周：换热器设计实例与校核；5. 第5周：换热器模拟与优化。
管壳式换热器设计-课程设计
一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1．管壳式换热器的结构设计包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。
2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和支座水压试验应力校核4. 支座结构设计及强度校核包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。
6. 编写设计说明书一份7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。
三、设计条件气体工作压力管程：半水煤气0.75MPa壳程：变换气 0.68 MPa壳、管壁温差55℃，tt ＞ts壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。
由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。
四、基本要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制；3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。
5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
五、设计安排六、说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。
3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。
（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计（1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。
管壳式换热器课程设计
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1.1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。
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。
总之，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。
应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。
热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。
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 (1)第二章管壳式换热器简介 (1)第三章设计方法及设计步骤 (2)第四章工艺计算 (3)4.1 物性参数的确定 (3)4.2核算换热器传热面积 (4)................................. 错误！未定义书签。
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第五章管壳式换热器结构计算 (6)5.1换热管计算及排布方式 (6)5.2壳体内径的估算 (9)5.3进出口连接管直径的计算 (10)5.4折流板 (10)第六章换热系数的计算 (14)6.1管程换热系数 (14)6.2 壳程换热系数 (15)第七章需用传热面积 (16)第八章流动阻力计算 (17)8.1 管程阻力计算 (18)8.2 壳程阻力计算 (19)总结 (20)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 (1)第二章管壳式换热器简介 (1)第三章设计方法及设计步骤 (2)第四章工艺计算 (3)4.1 物性参数的确定 (3)4.2核算换热器传热面积 (4)4.2.1传热量及平均温差 (6)4.2.2估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (9)5.1换热管计算及排布方式 (9)5.2壳体内径的估算 (12)5.3进出口连接管直径的计算 (12)5.4折流板 (13)第六章换热系数的计算 (17)6.1管程换热系数 (17)6.2 壳程换热系数 (17)第七章需用传热面积 (19)第八章流动阻力计算 (20)8.1 管程阻力计算 (21)8.2 壳程阻力计算 (22)总结 (24)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。
换热器课程设计---管壳式换热器
管壳式换热器目录第一章设计方案概述和简介......................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 概述 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.2 方案简介 ............................................................................................. 错误！未定义书签。
1.2.1 管壳式换热器的分类............................................................. 错误！未定义书签。
1.2.2 设计方案选定 (4)第二章换热器的设计计算 (5)2.1 物性参数的确定 (5)2.1.1定性温度，取流体进口温度的平均值 (5)2.1.2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 (5)2.2 估算传热面积 (5)2.2.1 计算热负荷 (5)2.2.2 确定冷却水用量 (6)2.2.3 传热平均温度差 (6)2.2.4初算传热面积 (6)2.2.5 工艺结构尺寸 (6)2.3换热器校核 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
2.3.1传热面积校核............................................................................ 错误！未定义书签。
管壳式换热器课程设计任务书.
河南理工大学管壳式换热器课程设计姓名 :李钦博学号 :311204000210学院 :机械与动力机械学院专业 :热能与动力工程班级 :热动 1201指导老师 :王华河南理工大学机械与动力工程学院能源与动力工程系 2016.3 管壳式换热器课程设计任务书一、设计题目:设计一台煤油冷却的换热器二、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 40℃。
3、允许压强降:不大于 100kPa 。
三、设备型式:管壳式换热器四、处理能力:14t/h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。
目录一. 设计概述 .............................................3 1.1热量传递的概念与意 .....................................3 1.2换热器的概念及意义 .....................................5 1.3管壳式换热器的简介 ....................................5 二 . 试算并初选换热器规格 ...............................6 2.1. 流体流动途径的确定 ...................................6 2.2. 物性参数及其选型 .....................................6 2.3. 计算热负荷及冷却水流量 . (7)2.4. 计算两流体的平均温度差 ...............................7 2.5. 初选换热器的规格 .....................................8 三 . 工艺计算 ..........................................9 3.1. 核算总传热系数 ......................................9 3.2. 核算压强降 ..........................................11 3.3经验公式 ..............................................12 四 . 设计评述 .........................................13 参考文献 (13)一 . 设计概述1.1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。
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计一、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。
但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型高效率紧凑式换热器。
管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所示。
根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。
二、换热器的设计2.1设计参数操作压力（MPa） 1.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃）250 75操作温度（℃）220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口)流量（Kg/h）40000 选定物料（-）石脑油冷却水程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。
3.设计装配图和重要的零件图。
2.3热工设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热面积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采用对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的水流量：==31372.8这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。
从而查《换热器设计手册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管子根数中心排管数管程流通面积换热面积换热管长度换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三角形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热面积计算实际换热面积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热面积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oα iαio rr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却水流入，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却水要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三角形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最大截面积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W管内冷却水污垢热阻：/W插入法得到=因此得到故2.2.4总换热面积由稳态传热基本方程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压力降管程压力降有三部分组成，可按照如下公式进行计算—流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa;—流体流经管箱进出口的压力降，Pa;—结构矫正因素，无因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压力降在允许范围内1.3.2壳程压力降采用埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压力降，Pa;--流体通过折流板缺口的压力降，Pa;—壳程压力降的结垢修正系数，无因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中心线的管子数，对三角形排列;--按壳程流通截面积计算的流速，。
管壳式换热器设计-课程设计
管壳式换热器设计-课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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 (1)第二章管壳式换热器简介 (2)第三章设计方法及设计步骤 (4)第四章工艺计算 (5)物性参数的确定 (5)核算换热器传热面积 (5)传热量及平均温差 (6)估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (9)换热管计算及排布方式 (9)壳体内径的估算 (12)进出口连接管直径的计算 (13)折流板 (13)第六章换热系数的计算 (18)管程换热系数 (18)壳程换热系数 (19)第七章需用传热面积 (21)第八章流动阻力计算 (23)管程阻力计算 (24)壳程阻力计算 (25)总结 (27)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。
化工原理课程之管壳式换热器课程设计
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化工原理课程设计任务书一．设计任务用初温为20℃的冷却水，将流量为（4000+200×学号）kg/h的95%（体积分率）的乙醇水溶液从70℃冷却到35℃；设计压力为1.6MPa，要求管程和壳程的压降不大于30kPa，试选用适当的管壳式换热器。
二．设计要求每个设计者必须提交设计说明书和装配图(A2或A3)。
1．设计说明书必须包括下述内容：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、符号说明、参考文献以及设计自评等。
2．设计计算书的主要内容应包括的步骤:1) 计算热负荷、收集物性常数。
根据设计任务求出热流体放热速率或冷流体吸热速率，考虑了热损失后即可确定换热器应达到的传热能力Q；按定性温度确定已知条件中未给出的物性常数。
2) 根据换热流体的特性和操作参数决定流体走向（哪个走管程、哪个走壳程）；计算平均温差。
3) 初步估计一个总传热速率常数K估，计算传热面积A估。
4) 根据A估初选标准换热器；5) 换热面积的核算。
分别按关联式求出管内、外传热膜系数，估计污垢热阻，求出总传热速率常数K 核，得出所需传热面积A需，将A需与A实际进行比较，若A实际比A需大15%-25%，则设计成功；否则重新计算。
6) 管程和壳程压力降的核算。
7)接管尺寸的计算。
3．符号说明的格式：分为英文字母、希腊字母，要按字母排序，要写出中文名称和单位；4．参考文献的格式：按GB7714-87的要求。
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、乙醇水溶液：入口温度70℃，出口温度35℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度20℃。
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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 (1)第二章管壳式换热器简介 (1)第三章设计方法及设计步骤 (2)第四章工艺计算 (3)4、1 物性参数的确定 (3)4、2核算换热器传热面积 (4)4、2、1传热量及平均温差 (4)4、2、2估算传热面积 (6)第五章管壳式换热器结构计算 (7)5、1换热管计算及排布方式 (7)5、2壳体内径的估算 (10)5、3进出口连接管直径的计算 (10)5、4折流板 (10)第六章换热系数的计算 (15)6、1管程换热系数 (15)6、2 壳程换热系数 (16)第七章需用传热面积 (17)第八章流动阻力计算 (19)8、1 管程阻力计算 (20)8、2 壳程阻力计算 (20)总结 (22)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就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就是强化传热,提高对苛刻的工艺条件与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、扩大传热面积与增大传热温差等方式,其中提高传热系数就是强化传热的重点,主要就是通过强化管程传热与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,以获得粗糙的表面与扩展表面;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)就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)与管外空间(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。
这就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就是结构简单,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与广泛的适应性,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,以消除或减少热应力。
根据所采用的补偿措施,管壳式换热器可以分为以下几种:固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、双重管式换热器及填料函式换热器。
第三章设计方法及设计步骤在设计换热器时,如果只作简单估算,或盲目加大传热面积的安全系数就会造成浪费。
只有进行比较详细的计算,才能使投入运行的热交换器,在安全与经济方面得到可靠保证。
换热器一般的设计方法及设计步骤如下:（1）根据设计任务搜集有关的原始资料,并选定热交换器类型等。
（2）确定定性温度,并查取物性数据。
（3）由热平衡计算热负荷及热流体或冷流体的流量。
（4）选择壳体与管子的材料。
（5）选定流动方式,确定流体的流动空间。
（6）求出平均温差。
（7）初选传热系数K0,并初计算传热面积F。
（8）设计换热器的结构包括:选取管径与管程流体流速;确定每程管数、管长、总管数;确定管子排列方式、管间距、壳体内径与连接管直径等;确定壳侧程数及折流板的数目、间距、尺寸等壳程结构尺寸;初确定传热面积。
（9）管程换热器计算及阻力计算。
当换热系数远大于初选传热系数且压降小于允许压降时,才能进行下一步计算。
（10）壳程换热计算。
根据采用结构,假定壁温与计算换热系数。
（11）校核传热系数与传热面积。
根据管、壳程换热系数及污垢热阻、壁面热阻等,算出传热系数K 及传热面积F 。
（12）核算壁温。
要求与假定的壁温相符。
(13)计算壳程阻力,使之小于允许压降。
第四章 工艺计算在换热器设计中,根据所选换热器类型与所给已知条件,计算出煤油的流速与水的流速等,然后计算出传热面积。
工艺设计中包括了物性数据的确定、传热量及平均温差、初选传热系数、估算传热面积其具体运算如下所述。
4、1 物性参数的确定表3-1 水与煤油的操作参数定性温度:对于一般气体与水等低黏度流体,其定性温度可以取流体进出口温度的平均值。
煤油的定性温度为:111'''1804011022m C t t t++===o (1)水的定性温度:221'''26403322m C t t t++===o (2)由定性温度条件下查物性表得出水与煤油的物性参数,如比热、密度、黏度导热系数。
所查结果见表2-2:表3-2 水与煤油的物性参数4、2核算换热器传热面积选择热水走壳程,冷水走管程。
这就是因为:被冷却的流体走壳程可便于散热,而传热系数大的流体应走管程,这样可降低管壁的温差,减少热应力。
由煤油的每小时产量(一天24小时连续运行)可以计算出煤油流量:1100002.777783600M M kg s t === (3)式中M 表示煤油的年产量;M 1表示煤油流量;t 表示时间。
煤油的普朗特常数:11110.0005152 2.43512.16310.01026p r c P μλ⨯=== (4) 式中P r1表示煤油的普朗特常数;μ1表示煤油的黏度;c p1表示煤油的比热;λ1表示煤油的导热系数。
水的普朗特常数:22220.000742240176 4.677550.6623p r c P μλ⨯=== (5) 式中Pr2表示煤油的普朗特常数;μ2表示煤油的黏度;cp2表示煤油的比热;λ2表示煤油的导热系数。
4、2、1传热量及平均温差一般情况下,工程上常用热损失系数ηc 来估算损失的热量。
ηc 通常取0、02～0、03。
ηL 取用0、98。
由上面的计算结果与已知条件代入下式可以得出煤油的传热量:()()1111'''2.77778 2.435180400.98928.004p LQ M c kW t t η=-=⨯⨯-⨯= (6) 式中Q 表示传热量;M 1表示煤油流量;ηL 热负荷修正系数。
由以上的计算结果及已知条件,可以计算出冷却水量:()()2222928.00415.8807'''4.1764026p Q M kg sc tt===⨯-- (7)式中M 2代表冷却水量;c p2代表水的比热;计算两种流体的平均传热温差时按单壳程,两管程计算。
按逆流设计换热器:煤油 180℃40℃ 水 40℃ 26℃ 从而,''''''max min 11221,'''max 12'''min 21m ct t t t t t t t t t In In t t t ∆-∆-+-∆==∆-∆-18040402618040402654.7211InC -+-=--=o(8)温差修正系数Ψ取决于两个无量纲参数P 及R :'''22''1240260.090909118026t t P t t --===--(9)'''11'''2218040104026t t R t t --===-- (10)式(9)中,参数R 具有两种流体热容量之比的物理意义。
式(10)中参数P 的分母表示换热器中水理论上所能达到的最大升温,因而P 的值代表该换热器中水的实际升温与理论上所能达到的最大升温之比。
所以,R 的值可以大于1或小于1,但P 的值比小于1。
1P Inψ-=10.0909091In-=(11)0.829935=式中Ψ表示温度修正系数。
1,0.82993554.721104504149m m c t t ∆=ψ∆=⨯=(12)式中Δt 1m,c 表示有效平均温差。
4、2、2估算传热面积根据题意,初选传热系数,传热系数的选择依据经验数值表3-3表3-3 传热系数的选择依据经验数值表根据表3-3初选传热系数K 0=240W/(m 2、℃)由以上的计算结果及已知条件可以估算出传热面积:'2'0928.00100085.141224045.4149m Q F m K t ⨯===∆⨯ (13)式中'F表示估算的传热面积;K0表示初选传热系数;Δt m表示有效平均温差;Q表示传热量。
由于85、1412㎡面积过大,所以需要两台换热器,才能符合工业设计要求。
实际的传热面积要考虑一定的裕度,此换热器考虑的裕度为10%。
则一台换热器面积为51㎡。
第五章管壳式换热器结构计算5、1换热管计算及排布方式管子构成换热器的传热面,它的材料应根据工作压力、温度与流体腐蚀性、流体对材料的脆化作用及毒性等决定,可选用碳钢、合金钢、铜、石墨等。
小直径的管子可以承受更大的压力,而且管壁较薄;同时,对于相同的壳径,,可排列较多的管子,因此单位体积的传热面积更大,单位传热面的金属秏量更少。
所哟,在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下,采用较小直径的管子。
如果管程走的就是易结垢的流体,则应选用较大直径管子。
表4-1 换热管的规格及排列方式/mm在此,选用Ø25×2、5的碳钢管,采用无缝焊接工艺。
管程内水流速可以在表4-2选用:表4-2热交换器内常用流速范围m/s循环水新鲜水低粘度油高粘度油气体1、0～2、00、8～1、5、8～1、80、5～1、55～300、5～1、50、5～1、50、4～1、00、3～0、82～15 管程内水的流速选用ω2=1m/s。