化工原理课程设计列管式换热器设计示例
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。
化工原理课程设计用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计
化工原理课程设计--用水冷却乙酸甲酯列管式换热器设计（三）设计实例操作条件：1、处理能力：二万吨/年乙酸甲酯。
2、热流体：入口温度88℃，出口温度42℃。
3、冷却介质：循环水，入口温度28 ℃，出口温度36℃。
4、允许压强降：不大于10kPa。
壳程总压力降小于5kpa, 管程总压力降小于10kpa5、每天24h连续运行。
（每年按 300天计）（四）确定设计方案1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体（乙酸甲酯）进口温度88℃，出口温度42℃；冷流体（循环水）进口温度28℃，出口温度36℃。
改换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较小，因此初步确定选用不带膨胀节的固定管板式换热器。
2 流动空间及流速的测定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，热水（乙酸甲酯）走壳程。
选用 25×2.5的碳钢管，管内流速取u i=0.5m/s。
（五）确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。
管内流体流态最好完全湍流。
Re>10000，d=0.02，μ=0.001，ρ=1000，故ui≥0.5m/ｓ一年的工作日一般300～340天。
可以自行选定。
m042.05.114.37.9953600/40.75384d2=⨯⨯⨯=）（取标准管管径为40mm。
（九）、换热器核算（1）热量核算图壳程摩擦系数f与Re的关系①壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用凯恩公式14.0w3/155.0oeored36.0）（μμλαPR=当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积m004.0032.0025.012.01.0td1oo=-⨯⨯=-=）（）（BDS壳程流体流速及其雷诺数分别为m020.0025.014.3)025.04032.023(4)423(42222=⨯-⨯=-=πππooe ddtd。
列管式换热器设计_课程设计说明书 精品
化工原理课程设计说明书列管式换热器设计专业：过程装备与控制工程学院：机电工程学院化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。
反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。
已知混合气体的流量为220301kg h ，压力为6.9MPa ，循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。
已知：混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg = ℃ 热导率10.0279w m λ= ℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=⨯ 循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg = K 热导率10.624w m λ= K 粘度310.74210Pa s μ-=⨯目录1、确定设计方案 ............................................................................................. - 5 -1.1选择换热器的类型 (5)1.2流程安排 (5)2、确定物性数据............................................................................................. - 5 -3、估算传热面积............................................................................................. - 6 -3.1热流量 (6)3.2平均传热温差 (6)3.3传热面积 (6)3.4冷却水用量 (6)4、工艺结构尺寸............................................................................................. - 6 -4.1管径和管内流速 (6)4.2管程数和传热管数 (6)4.3传热温差校平均正及壳程数 (7)4.4传热管排列和分程方法 (7)4.5壳体内径 (7)4.6折流挡板 (8)4.7其他附件 (8)4.8接管 (8)5、换热器核算 ................................................................................................ - 9 -5.1热流量核算 (9)5.1.1壳程表面传热系数.......................................................................................... - 9 -5.1.2管内表面传热系数.......................................................................................... - 9 -5.1.3污垢热阻和管壁热阻.................................................................................... - 10 -5.1.4传热系数........................................................................................................ - 10 -5.1.5传热面积裕度................................................................................................ - 10 -5.2壁温计算.. (10)5.3换热器内流体的流动阻力 (11)5.3.1管程流体阻力................................................................................................ - 11 -5.3.2壳程阻力........................................................................................................ - 12 -5.3.3换热器主要结构尺寸和计算结果................................................................ - 12 -6、结构设计 .................................................................................................. - 13 -6.1浮头管板及钩圈法兰结构设计 (13)6.2管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 (14)6.3管箱结构设计 (14)6.4固定端管板结构设计 (15)6.5外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (15)6.6外头盖结构设计 (15)6.7垫片选择 (15)6.8鞍座选用及安装位置确定 (15)6.9折流板布置 (16)6.10说明 (16)7、强度设计计算........................................................................................... - 16 -7.1筒体壁厚计算 (16)7.2外头盖短节、封头厚度计算 (17)7.3管箱短节、封头厚度计算 (17)7.4管箱短节开孔补强校核 (18)7.5壳体接管开孔补强校核 (19)7.6固定管板计算 (20)7.7浮头管板及钩圈 (21)7.8无折边球封头计算 (21)7.9浮头法兰计算 (22)参考文献 ....................................................................................................... - 23 -1、确定设计方案1.1选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
化工原理课程设计列管式换热器
———列管式换热器
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一、设计方案的确定
1、换热器类型的选择 2、流动空间的选择 3、流速的确定 4、流动方式的选择 5、流体出口温度的确定
二、列管式换热器的结构
三、列管式换热器设计计算
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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。
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优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2） 旁路漏流较水； 3）锻件使用较少； 4） 没有内漏。
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）
力之和 。一般进 、 出口阻力可忽略不计 ， 故管程总阻力的计算式为
每程直管阻力；
每程回弯阻力
式中 ΔPi 、ΔPr------分别为直管及回弯管中
因摩擦阻力引起的压强降 ，N/m2
Ft-----结垢校正因数 ，无因次 ，对于φ25×2.5mm的管子 ，取为1.4，
对于φ19×2mm的管子 ，取为1.5；
圆缺形
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. 圆盘形
两相邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2~ 1)倍 。板间距过小 ，不便于制造和检修 ，阻力也较 大 。板间距过大 ，流体就难于垂直地流过管束 ，使 对流传热系数下降。
我国系列标准中采用的挡板间距为：
固定管板式有100mm ， 150mm ，200mm ，300mm ，450mm ，600mm ， 700mm七种
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列管式换热器-(化工原理课程设计)
化工原理课程设计题目：列管式换热器设计班级：姓名：学号：指导教师：2015 年-2016 年学年第1 学期目录设计任务书 (3)前言 (4)一．工艺说明及流程示意图 (5)1. 工艺流程 (5)1.1酒精的工艺流程 (5)1.2 冷却流程图 (5)1.2.1白酒加工工艺流程 (5)1.2.2 冷却流程 (5)2. 工艺说明 (6)2.1 流体流入空间的选择 (6)2.2 出口温度的确定(含算法程序) (6)2.3 流速的选择 (7)2.4 计算平均温差 (8)二．流程及方案的论证与确定 (8)1. 设计方案的论证 (8)2. 确定设计方案及流程 (8)2.1 选择物料 (8)2.2 确定两流体的进出口温度 (9)2.3 确定流程 (9)2.4 换热器类型的选择 (9)三．设计计算及说明 (9)1. 流体物性的确定 (9)1.1 水的物性 (9)1.2无水乙醇的物性 (9)2. 初步确定换热器的类型和尺寸 (9)2.1计算两流体的平均温度差 (9)2.2计算热负荷和冷却水流量 (10)2.3 传热面积 (10)2.4 选择管子尺寸 (11)2.5 计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径 (11)2.6 根据管长和壳体直径的比值,确定管程数 (12)3. 核算压强降 (12)3.1 管程压强降 (12)3.2 壳程压强降 (12)4. 核算总传热面积 (14)4.1 管程对流传热系数α0 (14)4.2 壳程对流传热系数αi (14)4.3 污垢热阻 (15)4.4 总传热系数K’ (15)4.5 传热面积安全系数 (15)4.6 壁温的计算 (15)4. 7 偏转角的计算 (15)四．设计结果概要表 (16)五．对设计的评价及问题的讨论 (17)1.对设计的评价.................................................................................. . (17)2.问题的讨论.................................................................................. .. (17)六．参考文献 (18)1七．致谢八．附录：固定管板式换热器的结构图、花板布置图设计任务书一、设计题目：列管式换热器设计。
纯苯化工原理课程设计-列管式换热器的设计
列管式换热器的设计目录一丶设计任务·······························································二丶方案简介································································三丶方案设计································································1、确定设计方案·····························································2、确定物性数据·····························································3、计算总传热系数···························································4、工艺结构尺寸·····························································5、换热器核算·······························································四丶设计结果一览表··························································五丶设计总结····························································六丶参考文献································································附图·····································································列管式换热器的设计一丶设计任务书设计一个换热器，将纯苯液体从45℃加热到80℃。
化工原理课程设计-列管式换热器(热水冷却器)
化工原理课程设计-列管式换热器（热水冷却器）化工原理课程设计任务书课题名称列管式换热器(热水冷却器)课题性质工程设计类班级应用化学(一)班学生姓名 XXXXXX学号 20090810030117指导教师 XXXXXX目录目录 ------------------------------------------------------ 2 任务书---------------------------------------------------- 4一(设计题目 ------------------------------------------ 4二(设计的目的 ---------------------------------------- 4三(设计任务及操作条件 -------------------------------- 4四(设计内容 ------------------------------------------ 5 符号说明 -------------------------------------------------- 5 确定设计方案---------------------------------------------- 61.选择换热器类的 -------------------------------------- 62.流程的安排 ------------------------------------------ 6 确定物性数据---------------------------------------------- 6估算换热面积 ------------------------------------------ 81. 热流量 ----------------------------------------- 8 工艺结构尺寸---------------------------------------------- 91. 管径和管内流速 ------------------------------------ 92. 管程数和传热管数 ---------------------------------- 93.平均传热温差校正及壳程数 ---------------------------- 94.传热管排列和分程方法 ------------------------------- 105.壳体内径 ------------------------------------------- 106.折流板---------------------------------------------- 117.其它附件 ------------------------------------------- 118.接管------------------------------------------------ 11 换热器核算----------------------------------------------- 121.热流量核算 ----------------------------------------- 12(1)壳程表面传热系数 ----------------------------- 12(2)关内表面传热系数 ------------------------------- 13(3)污垢热阻和管壁热阻 --------------------------- 13(4)传热系数Kc ------------------------------------- 14(5) 传热面积裕度 -------------------------------- 142.壁温核算 ------------------------------------------- 15换热器内流体的流动阻力 ------------------------------- 16(1)管程流体阻力 --------------------------------- 16(2)壳程阻力 ------------------------------------- 17 换热器主要结构尺寸和计算结果表 -------------------------- 18 参考文献 ------------------------------------------------- 19 设计结果评价--------------------------------------------- 20 总结 ----------------------------------------------------- 22任务书一(设计题目热水冷却器的设计二(设计的目的通过对热水冷却器的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择合适的类型，同时还能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。
化工原理课程设计—列管式换热器.doc
设计任务书设计题目：设计一正丁醇冷却器设计条件⑴、处理能力：⑵、设备类型：列管式换热器（非定型式）⑶、操作条件：流体名称入口温度℃出口温度℃物料纯正丁醇冷却介质自来水允许压力降：热损失：按传热量的计算设计内容⑴、前言⑵、确定设计方案（设备选型、换热器材质）⑶、确定物性数据（冷却循环水的出口温度、纯正丁醇和水在物性温度下的物理性质）⑷、工艺设计初占换热面积、确定换热器基本尺寸（包括管径、管长、程数、每程管数、管子数排列、壁厚、换热器直径、流体进出管管径等计算）⑸、换热器计算①核算总传热系数（传热面积）②换热器内流体的流动阻力校核（计算压降）⑹、机械结构的选用①管板选用、管子在管板上的固定、管板和壳体连接结构②封头类型选用③温差补偿装置的选用④管法兰选用⑤管、壳程接管⑺、换热器主要结构尺寸和计算结果表⑻、结束语（包括对设计的自我评述及有关问题的分析讨论）⑼、换热器结构和尺寸（4#图纸）⑽、参考资料目录开始时期年月日结束时期年月日学生：牛俊健班级：73 学号：指导老师：冯伟流程图和工艺流程图冷却水出口管（温度：）纯正丁醇入口管（温度：）冷却水入口管（温度：）纯正丁醇出口管（温度：50℃）设计计算确定设计方案确定设备类型两流体的温度变化：①热流体的入口温度，出口温度；力体定性温度。
②冷流体的入口温度，出口温度；冷流体定性温度。
冷热流体的最大温差，因此，选用列管式换热器。
确定壳程流体和管程流体流体经过管程和壳程的选择原则：①不清洁或易结垢的流体，应走容易清洗的管道，可走管程。
②腐蚀性流体应走管程。
③压力高的流体应走管程。
④有毒流体应走管程。
⑤被冷却的流体应走管程。
⑥饱和蒸汽应走壳程。
⑦黏度大的流体或流量小的流体应走壳程。
两种流体的物理性质如下表：物性流体定性温度密度㎏比热容㎏黏度导热系数纯正丁醇 2.649水 4.178综上所述，纯正丁醇走壳程，水走管程；且采用逆流。
初算换热面积热流量（的热损失）若换热器无相变化，且流体的比热容可取平均温度下的比热容，则式中——换热器的热负荷，;、——分别为冷、热流体的质量流量，㎏；、——分别为冷、热流体的平均比热容，（㎏）；、——冷流体的进、出口温度，、——热流体的进、出口温度，有效传热量冷却水用量（平均传热温差①平均温差先算出逆流的对数平均温差，再乘以考虑流动方向的校正因子，即Δ逆逆——按逆流计算的对数平均温度差，；式中逆——温度差校正系数，量纲为其中，，。
化工原理课程设计 列管式换热器
《材料工程原理B》课程设计设计题目：处理量10×104吨/年煤油冷却器的设计专业：班级：学号：姓名：日期：指导教师：设计成绩：日期：设计任务书目录一、概述 0二、设计方案说明 02.1 列管式换热器设计简介 02.2 列管式换热器的类型 (1)2.2.1 固定管板式 (1)2.2.2 浮头式换热器 (1)2.2.3 U型管式换热器 (2)2.2.4 填料函式换热器 (2)2.3 换热器类型的选择 (2)2.4 流体流径流速的选择 (2)2.5 材质的选择 (3)2.6换热器其他结构的选择 (3)2.6.1 管程结构 (3)2.7工艺流程草图 (4)三、换热器设计计算 (5)3.1确定计算方案 (5)3.1.1选择换热器的类型 (5)3.1.2流体流径流速的选择 (5)3.2 确定物性参数 (5)3.3 估算传热面积 (6)3.3.1 热流量 (6)3.3.2平均传热温差 (6)3.3.3 传热面积 (6)3.3.4 冷却水用量 (7)3.4 工艺结构尺寸 (7)3.4.1管径和管内流速 (7)3.4.2管程数和传热管数 (7)3.4.3 平均传热温差校正及壳程数 (8)3.4.4 传热管排列和分程方法 (8)3.4.5 壳体内径 (8)3.4.6 折流板 (9)3.4.7 接管 (9)3.5 换热器核算 (9)3.5.1 热流量核算 (9)3.5.1.1 壳程表面传热系数 (9)3.5.1.2 污垢热阻和管壁热阻 (11)3.5.1.3 传热系数K (11)3.5.1.4 换热器面积裕度 (11)3.5.2 换热器内流体阻力计算 (12)3.5.2.1 管程流体阻力 (12)3.5.2.2 壳程阻力 (12)3.6壁温核算 (13)3.7水泵 (14)四、换热器主要结构尺寸和计算结果表 (15)五、设计心得体会 (16)参考资料 (17)主要符号说明 (17)一、概述课程设计是学习化工设计基础知识，培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过这一实践教学环节，使学生掌握化工单元过程及设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅和正确使用技术资料，能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大提高，增强工程观念和实践能力。
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XXX学院本科课程设计题目：列管式换热器的设计专业： XXXXXXXX学院： XXXXXXXXXX学院班级：XXXXXXX姓名：XXXX学号：XXXXXXXXXX指导教师：XXXXXX浮头式换热器设计说明说书1概述1.1课程设计学习目的及其重要性设计是一项创造劳动，是设计者对许多构思加以综合，应用基础知识和专业知识去实现设计目标的一个过程。
化工原理课程设计是化工类相关专业的本科生运用化工原理及有关先修课程的基本知识去完成某一设计任务的一次较为全面的化工设计训练，可以增强我们独立学习，独立思考，独立分析的能力。
在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。
所以，课程实践是培养学生解决实际工程问题能力的有益实践。
通过课程设计，我们应该注重以下几个能力的训练和培养：1.初步掌握化工单元操作设计的基本方法和程序。
2.查阅资料，选用公式和搜集数据的能力。
3.树立既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性，并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。
4.提高运用工程语言表达设计思想的能力。
5.提高正确的进行工程计算和利用Auto CAD画图的能力。
6.提高用简洁明了的文字，清晰的图表来表达自己设计思想和撰写设计报告的能力。
1.2列管式换热器设计的重要性及其步骤1.2.1重要性：换热设备是化工工业应用典型的工艺设备，主要用于实现热量传递，使热量由高温流体传给低温物体。
一般来说，换热设备在化工厂装置中所占的比例在建设费用方面高达10%~40%。
因此从能源节省以及工厂投资的角度来讲，合理地选择和使用换热设备，可节省投资，降低能耗，具有重要意义。
随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。
化工原理课程设计1列管式换热器[1]
![化工原理课程设计1列管式换热器[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/fe2b686f1611cc7931b765ce0508763231127402.png)
化⼯原理课程设计1列管式换热器[1]化⼯原理课程设计任务书材化学院专业班学⽣姓名学号：设计题⽬：列管式换热器设计设计时间：200 年⽉⽇——200 年⽉⽇指导⽼师：吴世彪设计任务：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，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度ε=0.1mm，要求两侧的阻⼒损失均不5设计内容：(1) 设计⽅案的确定及流程说明(2) 换热⾯积的估算(3) 管⼦尺⼨及数⽬计算(4) 管⼦在管板上的排列(5) 壳体内径的确定(6) 附件设计(选型)(7) 换热器校核（包括换热⾯积、压⼒降等）(8) 设计结果概要或设计⼀览表(9) 对本设计的评述或有关问题的分析讨论(10)参考⽂献图纸要求：1、换热器化⼯设备图（1＃图纸）安徽建筑⼯业学院材化学院化⼯系⽬录第⼀章⽂献综述 ···················································································································第⼀节概述··················································································································⼀、换热器的概念⼆、换热器的分类三、列管式换热器的标准简介四、列管式换热器选型的⼯艺计算步骤第⼆节换热器设备应满⾜的基本要求········································································⼀、合理的实现所规定的⼯艺条件⼆、安全可靠性三、安装、操作及维护⽅便四、经济合理第三节列管式换热器结构及基本参数········································································⼀、管束及壳程分程⼆、传热管三、管的排列及管⼼距四、折流板和⽀撑板五、旁路挡板和防冲挡板六、其他主要附件七、列管式换热器结构基本参数第四节设计计算的参数选择·······················································································⼀、冷却剂和加热剂的选择⼆、冷热流体通道的选择三、流速的选择四、流向的选择第⼆章列管式换热器的设计计算·························································································第⼀节换热⾯积的估算································································································⼀、计算热负荷⼆、估算传热⾯积第⼆节换热器及主要附件的试选 ·················································································⼀、试选管型号⼆、换热器结构⼀些基本参数的选择第三节换热器校核 ········································································································⼀、核算总传热系数⼆、核算压强降第四节设计结果⼀览表 ································································································第五节设计总结及感想································································································⼀、设计总结⼆、感想参考⽂献 ···························································································································第⼀章⽂献综述(略)第⼆章列管式换热器的设计计算第⼀节换热⾯积的估算⼀、计算热负荷(不考虑热损失)由于设计条件所给为⽆相变过程。
化工原理课程设计列管式换热器设计示例
列管式换热器设计说明书设计者：班级：姓名：学号：日期：指导教师设计成绩日期目录一、方案简介 (3)二、方案设计 (4)1、确定设计方案 (4)2、确定物性数据 (4)3、计算总传热系数 (4)4、计算传热面积 (5)5、工艺结构尺寸 (5)6、换热器核算 (7)三、设计结果一览表 (10)四、对设计的评述 (11)五、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）·································六、参考文献 (12)七、主要符号说明 (12)附图··········································································一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。
化工原理课程设计--列管式换热器设计说明书(完整版)
东莞理工学院《化工原理》课程设计说明书题目：列管式换热器的设计学院：班级：学号：姓名：指导教师：时间：目录一．化工原理课程设计任务书 (4)1.1 设计题目：列管式换热器的设计 (4)1.2 前言 (4)1.3 合成氨工业概述 (5)1.3.1 合成氨工业重要性 (5)1.3.2 合成氨的原料及原则流程 (5)1.4 世界合成氨生产技术及进展 (6)1.4.1 国外合成氨技术现状及发展 (6)1.4.2 我国合成氨技术的基本状况 (6)1.5 概述 (7)1.5.1 换热器概述 (7)1.5.2 固定管板式 (8)1.5.3 列管换热器主要部件 (8)1.5.4 设计背景及设计要求 (10)二.热量设计 (11)2.1 设计条件： (11)2.2 初选换热器的类型 (11)2.3 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 (12)2.4 初算换热器的传热面积SO (12)三.机械结构设计 (14)3.1 管径和管内流速 (14)3.2 管程数和传热管数 (14)3.3 换热器筒体尺寸与接管尺寸确定 (16)3.4换热器封头选择 (17)3.4.1 封头选型及尺寸确定 (17)3.4.2 封头厚度选取 (18)3.5 管板的确定 (19)3.5.1 管板尺寸 (19)3.5.2 管板与壳体的连接 (19)3.5.3 管板厚度 (20)3.6换热器支座及法兰选定 (20)3.7 换热器核算 (21)3.7.1管、壳程压强降计及校验 (21)3.7.2 总传热系数计算及校验 (23)四.设计结果表汇 (25)五.参考文献 (26)附：化工原理课程设计之心得体会 (26)一．化工原理课程设计任务书1.1 设计题目：列管式换热器的设计系（院）、专业、年级：学生姓名：学号：指导老师姓名：任务起止日期：1.2 前言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。
热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造在换热器的材料具有抗强腐蚀性能。
化工原理课程设计说明书——列管式换热器设计
操作
情况
操作压力
p/MPa
合理的压力降
△p/MPa
操作
情况
操作压力
p/MPa
合理的压力降
△p/MPa
减压
0~0.1（绝压）
P/10
中压
1~3（表压）
0.035~0.18
低
压
0~0.07
0.07~1
P/2
0.035较高压3~8来自表压）0.07~0.25
3.
流速（3-1）
式中 为管内体积流量；
3.
多管程列管式换热器，管程压力降
（3-2）
式中： 为直管中摩擦阻力引起的压力降，Pa；
为回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa；可由经验公式 估算
为结垢校正系数，无因次， 的换热管取1.4； 的换热管取1.5；
为串联的壳程数；
为管程数。
管内阻力损失
（3-3）
回弯阻力损失
（3-4）
管程总损失
（3-5）
为单程管长，m。
可以求得单程管长(2-10)
若选用6m长的管，4管程，则一台该换热器的总管数为 根。从谭天恩主编的化工原理第三版上册附录十九可查得浮头式换热器的主要参数，整理得表2-3
表2-3初选浮头式换热器的主要参数
项目
数据
项目
数据
壳径D（DN）
600mm
管尺寸
管程数Np(N)
4
管长l(L )
6m
表2-2列管式换热器中K值的大致范围
进行换热的流体
传热系数K
W·m-2·K-1
进行换热的流体
传热系数K
W·m-2·K-1
由气体到气体
化工原理课程设计—列管式换热器设计步骤
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九江学院
由于水蒸汽的对流传热系数比苯侧的对
流传热系数大得多，根据壁温总是趋近
于对流传热系数较大的一侧流体的温度
实际情况，壁温与流体温度相差无几，
化 工
因此本次设计不采用热补偿装置。
教
研
室
2019年7月30日星期二
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Thanks Attention
化 工 教 研 室
2019年7月30日星期二
1、热负荷即传热速率Q
化 2、平均温度差Δtm
工 教 研
3、选K值，估算传热面积A初
室
2019年7月30日星期二
8
九江学院
1、热负荷即传热速率Q
Q KAtm
化
工 教
Q mS 2cP2 t2 t1 mS1cP1 T1 T2
研
室 Q ms1r
2019年7月30日星期二
A A' 20% A
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六、进出口管径
苯进口管、出口管
化 工
水蒸汽进口管径
教 研
冷凝水排出口
室
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九江学院
1、苯进口管、出口管
取进口流速u1＝1m/s 进口直径
化 工 教 研
d 4V
u
室
选用无缝热轧钢管（YB231-64）
4
d
2 0
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九江学院
3、换热器长径比
确定长径比的取值范围
化
工
教
L
研 室
4~6 D
列管式换热器设计示例
列管式换热器设计试自行设计一台固定管板式换热器以完成苯车间用冷水冷却变换气的任务。
已知操作条件下变换气方面的数据：（1）根据任务要求，确定设计方案①类型的选择。
根据设计要求，采用固定管板式换热器②流动路径的选择。
由于变换气被冷却且要求压力降不允许超过30kpa ，按变换气走管内考虑；而冷却水为处理过的软水，结垢不严重，安排走管间（即壳程）③冷却介质的选用及其物性。
按已知条件给出，冷却介质为处理过的软水，根据全年最高温度设定为冷却水进口温度t 1=30℃，冷却水出口温度t 2=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：密度ρ=994.3kg/m 3粘度μ2=0.743Χ10-3Pa.s 导热系数λ=62.5Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.174 kJ/(kg.K) ④流速的选择，变换气在管内的流速取U=0.65m/s （2）初算换热器的传热面积So①热负荷及冷却介质消耗量的计算标准状况下变换气的质量流量Ws 1=3000t/day=125000kg/h热负荷 Q=WhCph(T 1-T 2)=125000Χ1.81Χ(80.1-40)=9072625kJ/h=2520KW 冷却水的消耗量 Ws 2=)(12t t C Q pc -=)3038(1000174.410009072625-⨯⨯⨯=271.7t/h②计算平均温度差Δtm ，并确定管程数。
选取逆流流向，先按单壳程单管程考虑，计算出平均温度差Δtm ’： Δtm ’=1212t t INt t ∆∆∆-∆=)3040()381.80()3040()381.80(-----IN =22.33℃ 有关参数 R=1221t t T T --=3038401.80--=5.01 ，P=1112t T t t --=301.803038--=0.16根据R,P 值，查《化工原理》上册P232可读得，温度校正系数Φw=0.88>0.8，可见用单壳程合适，因此平均温度差Δtm=Δtm ’Χ0.88=19.65℃③按经验数值初选总传热系数Ko （估），选取Ko （估）=480W/(m 2.K)④初算出所需传热面积So ’：So ’=tm o K Q ∆=65.1948010002520⨯⨯=267.18 m2（3）主要工艺及结构基本参数的计算①换热管规格及材质的选定。
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列管式换热器设计说明书设计者：班级：姓名：学号：日期：指导教师设计成绩日期目录一、方案简介 (3)二、方案设计 (4)1、确定设计方案 (4)2、确定物性数据 (4)3、计算总传热系数 (4)4、计算传热面积 (5)5、工艺结构尺寸 (5)6、换热器核算 (7)三、设计结果一览表 (10)四、对设计的评述 (11)五、附图（主体设备设计条件图）（详情参见图纸）·································六、参考文献 (12)七、主要符号说明 (12)附图··········································································一、方案简介本设计任务是利用冷流体（水）给硝基苯降温。
利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.选择换热器时,要遵循经济,传热效果优,方便清洗,复合实际需要等原则。
换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。
不同的换热器适用于不同的场合。
而列管式换热器在生产中被广泛利用。
它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。
尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。
所以首选列管式换热器作为设计基础。
二、方案设计某厂在生产过程中，需将硝基苯液体从93℃冷却到50℃。
处理能力为1×105吨/年。
冷却介质采用自来水，入口温度27℃，出口温度37℃。
要求换热器的管程和壳程的压降不大于10kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换热器。
（每年按300天，每天24小时连续运行）1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度93℃，出口温度50℃冷流体。
冷流体进口温度27℃，出口温度37℃。
从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。
（2）流动空间及流速的确定由于硝基苯的粘度比水的大，因此冷却水走管程，硝基苯走壳程。
另外，这样的选择可以使硝基苯通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。
同时，在此选择逆流。
选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/ｓ。
2、确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程硝基苯的定性温度为：℃＝＋＝5.7125093T管程流体的定性温度为：℃＝＋＝3223727t管内流体流态最好完全湍流。
Re>10000，d=0.02，μ=0.001，ρ=1000，故ui≥0.5m/ｓ出口水温是可以自行改动的。
冷却水温差最好在5～10℃一年的工作日一般300～340天。
可以自行选定。
流程安排说理要充分。
根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
硝基苯在71.5℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo=1154 kg/m3定压比热容 cpo=1.558kJ/(kg ·℃)导热系数 λo=418.4×30.9×10-5＝0.129 W/(m ·℃) 粘度 μo=0.000979 Pa ·s冷却水在32℃下的物性数据：密度 ρi=994.3kg/m3定压比热容 cpi=4.24 kJ/(kg ·℃)导热系数 λi=0.618 W/(m ·℃) 粘度 μi=0.000818 Pa ·s3．计算总传热系数 （1）热流量Wo=1×105×1000÷300÷24≈13889kg/hQo=Wocpo Δto=13889×1.558×(93-50)=930479.7 kJ/h=258.5 kW （2）平均传热温差℃1.3727503793ln )2750()3793(ln't 2121≈-----=∆∆∆-∆=∆t t t t m（3）冷却水用量h g Q W O /k 3.21945273724.4930479.7t c i pi i =-⨯=∆=）（（4）总传热系数K 管程传热系数12115000818.03.9945.002.0p u d iii i e =⨯⨯==μR4.0ii pi 8.0i i i i i i i c p u d d 023.0）（）（λμμλα=4.038.0618.0000818.0104.241211502.0618.0023.0）（⨯⨯⨯⨯⨯=℃）（⋅=m /2.2618W（5）壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；污垢热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W 管壁的导热系数λ=45 W/(m ·℃)o so m o i o i i i o 1d bd d d d d 1αλα＋＋＋＋R R K =2901000712.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.02.2618025.01＋＋＋＋⨯⨯⨯⨯=℃）（⋅=m /400W 4、计算传热面积3m ''24.191.37400105.285tKQ S =⨯⨯=∆=考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S''=1.15×19.24=22.12m 25、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速及管长选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s ，选用管长为3m 。
（2）管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数根实943025.014.312.22ld o s =⨯⨯==πA N按单程管计算其流速为s m W /21.049402.014.3)3.9943600/(3.219454n d 3.9943600/u 2s 2i i =⨯⨯⨯=⨯=π）（按单管程设计，流速过小，宜采用多管程结构。
则该换热器管程数为221.05.0u u i p ≈==N (管程)传热管总根数 N=94 (根)（3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数43.2235627503793==--=R41.0562337932750==--=P按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。
可得90.0t =∆φ平均传热温差℃39.331.3790.0t 't m =⨯=∆⋅=∆∆m t φ（4）传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
取管心距t=1.25 d0，则t=1.25×25=31.25≈32(mm)横过管束中心线的管数根117.10941.1≈==C N中心管束排列11根管，即正六边形可排5层。
则实际排管数设为102根，其中4根拉杆，再扣除11根中心管束（隔板占据）则实际换热器为87（5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7mm4.3897.0983205.1t 05.1=⨯==ηND圆整可取D ＝400mm（6）折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为h ＝0.25×400＝100mm ，故可取h ＝100 mm 。
取折流板间距B ＝0.5D ，则B ＝0.3×400＝200mm ，可取B 为200。
折流板数 NB=传热管长/折流板间距折流板圆缺面水平装配。
（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内硝基苯流速为 u ＝1.0 m/s ，则接管内径为u4d 1=⋅=πV取标准管径管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速 u ＝1.5 m/s ，则接管内径为m072.05.114.33.9943600/3.219454d 2=⨯⨯⨯=）（取ф76mm ×6.5mm 无缝钢管。
6．换热器核算 （1）热量核算①壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式14.0w3/155.0oeo r e d 36.0）（μμλαP R =当量直径，由正三角形排列得m 020.0025.014.3)025.04032.023(4)423(42222=⨯-⨯=-=πππo o e d d t d壳程流通截面积m 0175.0032.0025.014.02.0t d 1o o =-⨯⨯=-=）（）（BD S壳程流体流速及其雷诺数分别为4503000979.01154191.002.0e /m 191.00175.011543600/13889u o o =⨯⨯==⨯=R s）（普兰特准数8.11129.0000979.010558.1r 3=⨯⨯=P粘度校正 114.0w≈）（μμ℃）（⋅=⨯⨯⨯⨯=23/155.0o m /6.86618.114.1063202.0129.036.0W α②管程对流传热系数4.08.0iii r e d 023.0P R λα=管程流通截面积22i m 0148.02/9802.0785.0=⨯⨯=S管程流体流速6.10064000818.03.994414.002.0Re s/m 414.00148.03.9943600/3.21945u i i =⨯⨯==⨯=）（ 普兰特准数℃）⋅=⨯⨯⨯==⨯⨯=24.08.0i 3/(3.24026.51.1089102.0618.0023.06.5618.0000818.01024.4r m W P α③传热系数K℃）（＋＋＋＋＋＋＋＋⋅=⨯⨯⨯⨯==2oso m o i o i i i o m /5.3476.8661000712.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.03.2402025.011d bd d d d d 1W R R K αλα与假定的K 值相差13%④传热面积S3m ''201.375.347105.258t K Q S =⨯⨯=∆=该换热器的实际传热面积Sp2o p m 2.22119806.03025.014.3l d ≈-⨯-⨯⨯==）（）（N S π该换热器的面积裕度为%1120202.22%100''p =-=⨯-=SS S H（2）换热器内流体的压力降①管程流动阻力∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp Ns=1, Np=2, Ft=1.52u 2u d l 222i1⋅=∆⋅=∆ρξρλP P ，由Re ＝10064.6，传热管相对粗糙度0.01/20＝0.005，查莫狄图得λi ＝0.037 W/m ·℃，流速ui ＝0.414m/s ，ρ＝994 .3kg/m3，所以a k 10a 5.218525.16.2559.472a6.2552414.03.9943a9.4722414.03.99402.03037.0i 2221P P P P P P P ＜）（=⨯⨯+=∆=⨯⨯=∆=⨯⨯⨯=∆∑管程压力降在允许范围之内。