化工原理课程设计说明书换热器的设计

化工原理课程设计说明书换热器的设计

计

中南大学

化工原理课程设计

2010年01月22日

目录

一、设计题目及原始数据（任务书） (3)

二、设计要求 (3)

三、列环式换热器形式及特点的简述 (3)

四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8)

五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热

面积、压强降等等） (10)

①物性数据的确定 (14)

②总传热系数的计算 (14)

③传热面积的计算 (16)

④工艺结构尺寸的计算 (16)

⑤换热器的核算 (18)

六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22)

七、主体设备计算及其说明 (22)

八、主体设备装置图的绘制 (33)

九、课程设计的收获及感想 (33)

十、附表及设计过程中主要符号说明 (37)

十一、参考文献 (40)

一、设计题目及原始数据（任务书）

1、生产能力：17×104吨/年煤油

2、设备形式：列管式换热器

3、设计条件：

煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C

冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C

允许压强降：不大于105Pa

每年按330天计，每天24小时连续运行

二、设计要求

1、选择适宜的列管式换热器并进行核算

2、要进行工艺计算

3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）

4、编写设计任务书

5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。）

三、列环式换热器形式及特点的简述

换热器概述

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

在换热器中，至少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的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。

在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，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加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。换热器按照换热介质不同可分为水-水换热器和汽-水患热器；按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式和热管式换热器。

1.表面式换热器

又称间壁式换热器。是指通过传热表面间接加热的换热器。由于表面式换热器冷热流体传热时被固体壁面所隔开，热流体和冷流体通过壁面进行热量传递，所以与直接接触式换热器相比，换热效率较低，常用在两种流体不容渗混的场合。主要有管式、容积式、板式、螺旋板式等形式。

2.管式换热器

是指由圆筒形壳体和装配在壳体内的带有管板的管束所组成的管式换热器。结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢;但传热系数低、占地面积大。管壳式换热器有固定管板式汽-水换热器、带膨胀节管壳式汽-水换热器、浮头式汽-水换热器、u彩管壳式汽-水换热器、波节型管壳式汽-水换热器、分段式水-水换热器等儿种类

型。

3.套管式换热器

是指由管子制成管套管等构件组成的管式换热器。

4.板式换热器

是指不同温度的流体交错在多层紧密排列的薄壁金属板间流动换热的表面式换热器。主要由传热板片、固定盖板、活动盖板、定位螺栓及压紧螺栓组成，板片之间用垫片进行密封。由于板片表面的特殊结构，能使流体在低流速下发生强烈湍动，从而强化了传热过程。板式换热器结构紧凑，拆洗方便，传热系数高，适应性大，节省材料，但板片间流通截面狭窄，易形成水垢和沉积物，造成堵塞，密封垫片耐热性差时易渗漏。此种换热器常用于供暖系统。板式换热器计算时应考虑换热便面污垢的影响，传热系数计算时应考虑污垢修正系数。

其中列管式换热器的应用已经有很悠久的历史。现在，它作为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，管板式换热器已成为高效、近臭的换热设备，大龄的应用于工业中。列管式换热器的资料较为完善，已有系列化标准。

列管式换热器有三种类型，分别为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器和填料函式换热器。

1.固定管板式：固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板

上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、

壳程温差而产生的热应力。

图1 固定管板式换热器

固定管板式换热器的特点是：旁路渗流较小；造价低；无内漏。在相同的壳体直径内，排管较多，比较紧凑；壳侧层清洗困难，加上膨胀节的方法不能照到管子的相对移动。比较适合温差不大或温差大而壳层压力不高的场合。

固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。

2.浮头式换热器：其两端管板只有一端与壳体完全固定，另一