换热器的设计.

化工原理课程设计题目:管壳式换热器设计

学生姓名: 王忠

系别: 应用化学系

专业: 化学类

年级: 13级

学号: 201340600203

成绩:

1 前言 (3)

1.1 换热器简述 (3)

1.2 换热器分类 (3)

1.2.1 按传热方式 (3)

1.2.2 按换热器的结构分类 (3)

1.2.3 市场规模及前景 (3)

2 管壳试换热器设计 (4)

设备工艺设计计算如下 (4)

2.1 确定设计方案 (4)

2.1.1 选定换热器类型 (4)

2.1.2 选定流体流动空间及流速 (4)

2.3.1计算热负荷 (5)

2.3.2计算冷却水用量 (5)

2.3.3计算逆流平均温差 (5)

2.3.4初选总传热系数 (5)

2.3.5估算总传热面积 (5)

2.4工艺结构尺寸 (6)

2.4.1管径和管内流速 (6)

2.4.2管程数和传热管数 (6)

2.4.3平均传热温差校正及壳程数首先计算P和R参数： (6)

2.4.4传热管排列和分程方法 (6)

2.4.5壳体内径 (7)

2.4.6折流板 (7)

2.4.7其他附件 (7)

2.4.8接管 (7)

2.5换热器核算 (8)

2.5.1传热能力核算 (8)

2.5.3换热器内流体的流动阻力 (10)

2.6换热器主要工艺结构参数和结果一览表 (11)

1.1 换热器简述

在工业生产中，为了工业流程的需要，往往需要进行各种不同方式的热量变换，如：加热、冷却、蒸发和冷凝等，换热器就是用来实现上述热量交换与传递的设备。通过各种设备，一边使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足生产工艺的需要。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。

1.2 换热器分类

1.2.1 按传热方式

换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。

混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。

蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。

1.2.2 按换热器的结构分类

可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。1.2.3 市场规模及前景

2016年换热器行业规模突破1000亿元，2020年实现由换热器生产大国迈入世界换热器强国的行列的奋斗目标，为加快振兴我国装备制造业做出贡献。产品精度、性能、寿命和可靠性达到同期国外大公司同类产品水平，重大装备配套换热器实现国产化：设

计和制造技术达到同期圈外大公司水平，有一批核心技术的自主知识产权；有3-5家拥有自主知识产权和世界知名品牌、国际竞争力较强的优势企业；行业生产和销售总规模位居世界前列，有2-3家内资控股企业进入世界换热器销售额前10名；行业生产集中度达到80以上。这些都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用。

2 管壳试换热器设计

某厂用地下水冷凝水蒸气，允许压强降不大于1.0MPa，每年按330天计，每天24h 连续进行。热水入口温度85℃、出口温度60℃，循环水入口温度25℃、出口温度50℃，处理能力为2.0×105 t/a

设备工艺设计计算如下

两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进行设计。

2.1 确定设计方案

2.1.1 选定换热器类型

两流体温度变化情况：热流体入口温度为85℃，出口温度为60℃；冷却水入口温度为25℃，出口温度为50℃。

两流体的定性温度如下：

热流体的定性温度T m=(85+60)/2=72.5℃

循环水的定性温度t m=(50+25)/2=37.5℃

两流体的温差T m-t m=72.5-37.5=35℃（<50℃）

由于两流体温差不大，且热流体污垢较少故可选用固定管壳式换热器。

2.1.2 选定流体流动空间及流速

因循环冷却水较易结垢，为便于污垢清洗故选用地下水走管程，水蒸气走壳程。同

u=1.10m/s。

时选用 25mm×2.5mm的较高级冷拔碳钢管，管内流速取

i

2.2 确定物性数据

查化工原理附录，两流体在定性温度下的物性数据见下表。

2.3估算传热面积 2.

3.1计算热负荷 按管间水蒸气计算，即

h kg m 25252.5)2433010100.2351=⨯⨯⨯=

=

-=)(2111T T C m p Q kw 732.7360060-8510178.425252.53

=÷⨯⨯⨯）（ 2.3.2计算冷却水用量 忽略热损失，则水的用量为

h kg s 25253.4kg 7.01255010178.410732.73

3

==-⨯⨯⨯）

（

2.3.3计算并流平均温差 并流温差 =

∆，并m t 91.27]

)2585(50)-[(60ln )

2585()5060(=----℃

2.3.4初选总传热系数

查传热手册，参照总传热系数的大致范围，同时考虑到合成器压力较高，故可选用较大的传热系数，现假设=K 1250）（℃2⋅m W 。 2.3.5估算总传热面积

=

∆=，并m t 'K Q A 2

321m 91

.27250110732.7=⨯⨯

考虑10.5%的面积裕度 A =222m 2350.1'15.1=⨯=A