化工原理课程设计——换热器的设计.(精选)

中南大学《化工原理》课程设计说明书

题目：煤油冷却器的设计

学院：化学化工学院

班级：化工0802

学号： **********

姓名： ******

指导教师：***

时间：2010年9月

目录

§一.任务书 (2)

1.1.题目

1.2.任务及操作条件

1.3.列管式换热器的选择与核算

§二.概述 (3)

2.1.换热器概述

2.2.固定管板式换热器

2.3.设计背景及设计要求

§三.热量设计 (5)

3.1.初选换热器的类型

3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定

3.3.确定物性数据

3.4.计算总传热系数

3.5.计算传热面积

§四. 机械结构设计 (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.壳程内径及换热管选型汇总

4.4.折流板

4.6.接管

4.7.壁厚的确定、封头

4.8.管板

4.9.换热管

4.10.分程隔板

4.11拉杆

4.12.换热管与管板的连接

4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型)

4.14.膨胀节的设定讨论

§五.换热器核算 (21)

5.1.热量核算

5.2.压力降核算

§六.管束振动 (25)

6.1.换热器的振动

6.2.流体诱发换热器管束振动机理

6.3.换热器管束振动的计算

6.4.振动的防止与有效利用

§七. 设计结果表汇 (28)

§八.参考文献 (29)

§附：化工原理课程设计之心得体会 (30)

§一.化工原理课程设计任务书

1.1.题目

煤油冷却器的设计

1.2.任务及操作条件

1.2.1处理能力：40t/h 煤油

1.2.2.设备形式：列管式换热器

1.2.3.操作条件

(1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃

(2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃

(3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa

(4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃)

1.3.列管式换热器的选择与核算

1.3.1.传热计算

1.3.

2.管、壳程流体阻力计算

1.3.3.管板厚度计算

1.3.4.膨胀节计算

1.3.5.管束振动

1.3.6.管壳式换热器零部件结构

§二.概述

2.1.换热器概述

换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。

表2-1 传热器的结构分类

式

釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮

双套管式

结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器

中

套管式

能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预

热器

螺旋管式

沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热

喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝

板

面

式

板式

拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间

换热

螺旋板式

可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低

温热能

伞板式结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净

板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高混合式适用于允许换热流体之间直接接触

蓄热式

换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热

能的场合

2.2.固定管板式

因设计需要，下面简单介绍一下固定管板式换热器。

固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。

1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴

图2.2.1.固定管板式换热器的示意图

2.3.设计要求

完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求：

（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。

（2）安全可靠

换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢