煤油冷却器课程设计

安阳工学院

课程设计说明书

课程名称：化工原理课程设计

设计题目：列管式换热器

院系：化学与环境工程学院

学生姓名：***

学号：************

专业班级：10高分子材料与工程(1)班

指导教师：***

2012年11月15日

课程设计任务

列管式换热器设计

[摘要]通过对列管式换热器的设计，首先要确定设计的方案，选择合适的计算步骤。查得计算中用到的各种数据，对该换热器的传热系数传热面积工艺结构尺寸等等要进行核算，与要设计的目标进行对照是否能满足要求，最终确定换热器的结构尺寸为设计图纸做好准备和参考，来完成本次课程设计。

[关键字] 换热器标准方案核算结构尺寸

目录

第一章概述 (4)

第二章方案的设计与拟定 (6)

第三章设计计算 (9)

3.1确定设计方案 (9)

3.1.1选择换热器类型 (9)

3.1.2流动空间及流苏的测定 (9)

3.2确定物性数据 (10)

3.3计算总传热系数 (11)

3.3.1壳程质量流量 (11)

3.3.2热流量 (11)

3.3.3平均传热温差 (11)

3.3.4冷却水用量 (11)

3.3.5总传热系数K (11)

3.4计算传热面积 (12)

3.5工艺结构尺寸 (13)

3.5.1管径和管内流速 (13)

3.5.2管程数和传热管数 (13)

3.5.3传热管排列和分程方法 (14)

3.5.4壳体内径 (14)

3.5.5折流板 (14)

3.5.6接管 (15)

3.6换热器核算 (15)

3.6.1热量核算 (15)

3.6.1.1壳程对流传热系数 (15)

3.6.1.2管程对流传热系数 (16)

3.6.1.3传热系数K (16)

3.6.1.4传热面积S (17)

3.6.2换热器内流体的流动阻力 (17)

3.6.2.1管程流动阻力 (17)

3.6.2.2壳程流动阻力 (18)

3.7换热器主要结构尺寸和计算结果 (19)

第四章设计小结 (20)

第五章收获与致谢 (22)

第六章参考文献 (23)

第一章概述

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。

在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。

换热器的分类

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：

一、换热器按传热原理分类

1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换

热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分类

1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相

的变化。

2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。

4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不

同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热

器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地

位。

第二章方案设计和拟订

根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的固定管板式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。在这里，冷水走管程，热水走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。计算出总传热系数，再计算出传热面积。根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为3m，算出传热管程，传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。

根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。我们设计的换热器的流体是冷热水，不易结垢，再根据造价低，经济的原则我们选用固定管板式换热器。

根据以下原则：(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。

(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，