列管换热器设计示例
列管式换热器课程设计模板
食品工程原理课程设计说明书列管式换热器的设计姓名：学号：班级：年月日目录一、设计意义---------------------------------------------------------------3二、主要参数说明---------------------------------------------------------4三、设计计算---------------------------------------------------------------51、确定设计方案--------------------------------------------------------- -52、确定物性数据--------------------------------------------- -------------53、计算总传热系数--------------------------------------------------------64、计算传热面积-----------------------------------------------------------75、工艺结构尺寸-----------------------------------------------------------76、换热器核算--------------------------------------------------------------91）热量核算-------------------------------------------------------------9 2）换热器内流体的流动阻力---------------------------------------10 3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表------------------------127、选用一台合适的离心泵----------------------------------------------13四、参考文献----------------------------------------------------------------15阻力/ MPa 热流量/KW参考文献：1．刘积文主编，石油化工设备及制造概论，哈尔滨；哈尔滨船舶工程学院出版社，1989年。
换热器设计案例
一、设计任务二、设计方案简介2.换热器类型选择按照设计任务书的要求，冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。
鉴于要冷却的材料是果浆，流体压力不大，温度变化为80—20℃，管程与壳程的温度差较大（相差50℃以上），加上考虑清洗要求高等因素，本次设计我决定采用浮头式换热器。
浮头式换热器的结构如下图所示。
这种换热器有一端的管板不与壳体相连，可沿管长方向自由伸缩，即具有浮头结构，当壳体与管束的热膨胀不一致时，管束连同浮头可在壳体内轴向上自由伸缩。
这种结构不但彻底消除热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便与管内管间的清洗，维修。
因此，用材量大，造价高，结构复杂，但应用仍十分广泛。
考虑到水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下，综合考虑以上标准，确定果浆应走管程，水走壳程。
由于果汁有弱酸性，又因不锈钢管较碳钢管有较好的抗酸腐蚀性，故选用mm 225⨯Φ的不锈钢管。
由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
查阅资料管程一般液体流速0.5-3m/s ，易结垢液体>1m/s 。
故拟取流速为2m/s 。
三、工艺及设备设计计算3.1确定设计方案 3.1.1．换热器类型 浮头式换热器设计基本参数处理能力：5000kg/h设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃；果浆： 入口温度：80℃，出口温度：20℃。
3.1.2．流体流动形式为了增大平均温差，节省操作费用，本次设计采用逆流的流动方式。
3.2确定物性数据定性温度：对于一般液体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均 值。
故：果浆的定性温度为 ℃5022080T =+=水的定性温度为 t = ℃13.521710=+果浆在50℃下的有关物性数据如下：密度 ： 0ρ= 1058 kg/3m定压比热容： C po =3584 J/(kg·℃) 导热系数 ： 0λ =0.61 W/(m·℃)黏度 ： = 2×10-3 Pa·s水在13.5℃下的有关物性数据如下：密度 ： i ρ = 999.7 kg/3m定压比热容：C pi = 4191 J/(kg·℃) 导热系数 ： i λ= 0.58 W/(m·℃)黏度 ： i μ= 1.2×10-3 Pa·s3.3计算总传热系数 3.3.1热负荷Kw h KJ 67.298/101.075220)-(803.5845000T C q Q 60P0m0T =⨯=⨯⨯=∆=3.3.2平均传热温差 所以m t ∆=2121ln t t t t ∆∆∆-∆=()()10-2017-80ln 10-201780--=28.8（℃）3.3.3水用量640P0i Q 1.075210 3.66510/C t 4.191(17-10)miq kg h ⨯===⨯∆⨯ μ 03.3.4总传热系数K （1）管程传热系数：43e 10499.3102.17.9992021.0R ⨯=⨯⨯⨯==-iii i u d μρ>4000 (湍流区) 对流传热系数：C/39.650458.0102.14191102.17.9992021.0021.058.0023.0)()(023.034.038.034.0ii 8.0i i i i i ︒⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯==--m w C u d d p i i λμμρλα（2）壳程传热系数：假设壳程的传热系数10000=α W/(2m ·℃)污垢热阻 Rso=0.0003(m 2·℃)/WRsi=0.0002(m 2·℃)/W管壁的导热系数 λ=17.4W/(m·℃)0000011αλα++++=s m i si i i R d bd d d R d d K℃∙=++⨯⨯+⨯+⨯=2W/m 53.541100010003.00229.04.17025.0002.0021.0025.00002.0021.075.3735025.013.4计算换热面积2m T 2.198.2853.541298670t K Q 'm A =⨯=∆=考虑15%的面积裕度：208.22'15.1m A A ==3.5工艺尺寸计算 3.5.1 管径和流速取mm 225⨯Φ的不锈钢管,流速u=2m/s. 3.5.2 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2242860/(36001058)180.7850.02114v s i q n d uπ⨯==≈⨯⨯（根）按单管程计算，所需的传热管长度为： 传热管长：m n d A s 63.1518025.014.308.22L 00=⨯⨯==π按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目： 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -----------------------------班级： -------------学号： ----------- 姓名： ---- 日期： ---------------指导教师： ----------设计成绩：日期：换热器设计任务书目录1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1.设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
（1）固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。
U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右。
（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
(整理)列管式换热器多种方案设计 计算过程详细
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。
各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。
具体项目如下：设计要求：1.某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为30℃，出口温度自定。
2.物料（苯）的处理量为1000 吨/日。
3.要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。
1、换热器类型的选择。
列管式换热器2、管程、壳程流体的安排。
水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大3.干净的物流宜走壳程。
而易产生堵、结垢的物流宜走管程。
3、热负荷及冷却剂的消耗量。
=30℃，冷却介质的选用及其物性。
按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：冷却水出口温度设计为t2=0.727Χ10-3Pa.s密度ρ=994kg/m3粘度μ2导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：进口温度：80.1℃出口温度：40℃=1.15Χ10-3Pa.s密度ρ=880kg/m3粘度μ2导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s4、传热面积的计算。
平均温度差△t ′m =△t2−△t1ln △t2△t1=(80.1−38)−（40−30）ln 80.1−3840−30=27.2℃确定R 和P 值 R =T 1−T 2t 2−t 2=80.1−4038−30=5.01 P =t 2−t 1T 1−t 1=38−3080.1−30=0.16查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为△tm=△t’m ×0.9=27.2×0.9=24.5由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K （估计）为400W/（m ²·℃） 估算所需要的传热面积：S 0=QK(估计)△t m=740000400×24.5=75m ²5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数；由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm ×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s所需要的管子数目：n =4V d iπu i=4×(11.57/880)3.14×0.7×0.0152=122.1，取n 为123管长：l ′=S 0nπd 0=75123×3.14×0.015=12.9m按商品管长系列规格，取管长L=4.5m ，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。
列管式换热器的设计方案计算
列管式换热器的设计方案计算设计方案计算是列管式换热器设计的关键步骤之一，它能够帮助工程师选择适当的列管式换热器类型、尺寸和工作参数。
以下是一个1200字以上的列管式换热器设计方案计算的例子，供参考：1.确定换热器类型：首先需要确定所需的列管式换热器类型。
常见的列管式换热器类型有直流式、逆流式和交叉式。
根据实际应用需求和换热效果等因素选择适合的类型。
2.确定管束尺寸：根据换热介质的流量、温度和压力等参数，计算所需的列管式换热器的管束尺寸。
例如，可以根据热传导方程和设计参数等计算出所需的管束长度、直径和数量等。
3.计算流体参数：根据提供的流体性质数据，例如流体的温度、密度、粘度和热传导系数等，计算出流体的物性参数以及相应的流体换热参数。
这些参数是设计换热器的重要基础。
4.计算传热面积：传热面积是设计换热器的重要参数之一、根据热传导方程和传热区域的形状等计算出所需的传热面积。
通常，传热面积的计算可以根据传热系数、温差和传热介质流量等因素进行。
5.计算传热系数：传热系数是换热器设计中的另一个重要参数。
通过合适的实验或经验公式，计算出传热系数，并考虑到局部传热系数不均匀的因素。
这一步骤将有助于准确地估算传热过程。
6.确定换热器的管材和流体分配：根据所需的换热效果和介质性质等，选择适当的管材和流体分配方案。
例如，可以选择不锈钢、铜或铁等耐腐蚀性好的材料，并确定合适的管道连接方式。
7.计算换热器的压降和泄漏等：换热过程中会产生一定的压降和泄漏。
根据设计参数和所选的换热器类型、尺寸等，计算出合适的压降和泄漏。
这将有助于保证换热器的正常运行和工作效果。
8.最后的设计优化和评估：根据以上计算结果，对设计方案进行优化和评估。
可以借助计算机辅助设计软件或其他工程设计工具，优化换热器的结构、材料和工作参数等，以达到更好的换热效果和经济性。
需要注意的是，以上只是列管式换热器设计方案计算的一个简单示例，具体的设计计算过程和方法将根据具体的应用需求和设计要求而有所不同。
列管式换热器的设计
物性数据ρ２＝879 kg/m3
CP2＝1.813 kJ/kg·K
μ2＝4.4×10-4N·S/m2
λ2= =1.384×10-4kW/m·K
2、水蒸汽（下标1表示）的物性数据
定性温度 蒸汽压力200Kpa下的沸点为Ts＝119.6℃
物性数据ρ１＝1.1273 kg/m3
γ１＝2206.4 kJ/kg
蒸汽体积流量V＝Gν＝0.564×0.903＝0.510 m3/s
取蒸汽流速u’＝20 m/s
＝0.180m＝180mm
选用无缝热轧钢管（YB231-64）Φ194×6mm，长200mm。
3、冷凝水排出口
选用水煤气管 即Φ42.25×3.25mm，长100mm。
（七）、校核流体压力降
1、管程总压力降
1、列管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的一种换热器，它的结构简单、坚固、容易制造、材料范围广泛，处理能力可以很大，适应性强。但在传热效率、设备紧凑性、单位传热面积的金属消耗量等方面还稍次于其他板式换热器。此次设计所采用的固定管板式换热器是其中最简单的一种。
2、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，因此本次设计不采用热补偿装置。
实际管数n＝NT－NTb－n3＝169－23＝146根，每程73根排列管
实际流速
m/s
与初假设苯的流速u’2=0.55m/s相近，可行。
3、换热器长径比
符合要求（ ）
（五）、校核计算
1、校核总传热系数K值
（1）管内对流传热系数α2
W/m2·℃
（2）管外对流传热系数α1
式中：n为水平管束垂直列上的管数，n＝7；
列管式换热器(设计举例)
六、管束的分程方法
在设计中，如采用多管程，则需要在管箱中安装分程隔板。分程时，应使各程管子数目 大致相等，隔板形式要简单，密封长度要短。为使制造、维修和操作方便，一般采用为偶数 管程。 管程的分程方法常采用平行和 T 形方式。其中后管箱中隔板形式和介质的流通顺序见图 1—14。
七、壳体内径
换热器壳体内径取决于传热管数，管心距和传热管的排列方式。 对于单管程换热器，壳体内径由下式确定：
《列管式换热器》
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二、选取管长、确定管程数和总管数
选定了管径和管内流速后，可依下式确定换热器的单程管子数：
ns
V
4
(1—9)
2
d1 u
式中
n s — 单程管子数目；
V — 管程流体的体积流量， m 3 / s ；
d1 — 传热管内径， m ；
u — 管内流体速度， m / s .
《列管式换热器》
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管内流速的大小对于传热膜系数及压力降的影响较大，所以选择时要全面分析比较。一 般要求所选择的流速应使流体处于湍流状态，即雷诺系数大于 10000.只有在流体粘度过大 时， 为避免压力降过大才不得不采用层流状态。 特别对于传热阻力较大的流体或易结垢流体 应选取较大流速，以利于增加传热系数，降低结垢程度和结垢速度。另外还要考虑在所选择 的流速下， 换热器应有适当的管长和管程数， 并保证不会由于流体的动力冲击导致管子强烈 振动而损坏换热器。 列管式换热器中常见的流速范围见表(1—3)～(1—5)， 可在设计中参考。
二、加热剂或冷却剂用量
加热剂或冷却剂的使用量取决于工艺流体所需的热量及加热剂和冷却剂的进出口温度， 此外还和设备的热损失有关。 对于工艺流体被加热的情况， 加热剂所放出的热量等于工艺流 体所吸收的热量与热损失之和，即：
列管式换热器设计(水蒸气加热水)
食品工程原理课程设计设计书设计题目：列管式换热器的设计：学院班级：食品学院食科142班学号：：设计时间：2016.05.30~06.04目录一、换热器设计任务书 ............................................ 错误!未定义书签。
二、摘要 .................................................................... 错误!未定义书签。
三、初步选定换热器 ................................................ 错误!未定义书签。
四、设计计算 ............................................................ 错误!未定义书签。
五、收获 .................................................................... 错误!未定义书签。
六、参考文献 ............................................................ 错误!未定义书签。
附件一换热器主要结构尺寸和计算结果........ 错误!未定义书签。
附件二主要符号说明 ............................................................... - 15 -一、换热器设计任务书1、设计题目设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器2．设计任务及操作条件（1）处理能力130 t/h（2）设备型式列管式固定管板换热器（3）操作条件①水蒸气：入口温度147.7℃，出口温度147.7℃②冷却介质：自来水，入口温度10℃，出口温度80℃③允许压强降：管程10^4-10^5,壳程10^3-10^4（4）设计项目①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。
列管式换热器结构设计示例
二、操作条件的确定
二、操作条件的确定
3、载热体的选择（续） 在选择时应考虑以下几个原则： (1)载热体能满足工艺上的要求达到的加热(冷却)温度 (2)载热体的温度易于调节； (3)载热体的饱和蒸汽压小，加热过程不会分解； (4)载热体的毒性小．对设备的腐蚀性小； (5)载热体不易爆炸； (6)载热体的价格低廉，来源充分。
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1
6105 Re1.8
式中 α’——过渡流区域管程传热膜系数； α——由前面式求得
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算（续） （2）壳程传热膜系数 当换热器内无挡板时，壳程流体可按平行管束流动
考虑，仍可用上述管程传热膜系数关联式进行计算， 需将式中管内径用壳程管子当量直径de代替即可
Ri、R0——分别为管程和壳程的污垢热阻，K／W； A、A0、Am——分别为管程、壳程及管壳平均的传 热面积，m2； A——任一选定的作为计算K值的基准传热面积，m2； λm——管壁的导热系数，W／(m·K)； b——管壁的厚度，m。
三、传热计算基本方程
5、传热膜系数的计算 传热膜系数的关联式与传热过程是否存在相变、
21三传热计算基本方程2热负荷续有相变时w热或冷流体的流量kgsr冷凝或蒸发潜热jkg22三传热计算基本方程3有效平均温差在无相变的纯粹逆流或并流换热器中或一侧为恒温的其他流向的换热器中其有效平均温差采用对数平均温23三传热计算基本方程3有效平均温差续时可采用算术平均温差在其他流向的换热器中当无相变时有效平均温差为24三传热计算基本方程3有效平均温差续各种流动情况x下的校正系数可根据r和p两个参数查图得到也可以用数学解析法计算得到25三传热计算基本方程3有效平均温差续对应m壳程2mn管程ml23
三、传热计算基本方程
列管式换热器设计举例
列管式换热器设计举例（一）一、设计任务书（一）已知条件 1． 气体工作压力： 管程：半水煤气 0.70MPa 壳程：变换气0.68MPa2． 壳、管壁温差 50℃，ta > ts 。
3． 由工艺计算求得换热面积为 130 2m 。
（二）设计任务1．列管热交换器结构及工艺尺寸；2．绘制列管热交换器结构图。
3．选用适合并满足换热任务的标准型换热器。
二、换热器设计计算1．确定管子数n选5.225⨯φ的无缝钢管，材质为20号钢，管长 3 m 因 n l d F 均π= 所以 6133022********=⨯⋅⨯⋅==L d A n 均π 根其中因安排拉杆需减少6 根，实际近数为607 根。
2．管子排列方式、管间距确定采用正三角形排列，由表 查得层数为 13 层，查表 ，取管间距 mm 32=α。
3．换热器壳体直径的确定壳体内径为： ()l b D i 21+-=α 式中 i D —— 换热器内径；mb —— 正三角形对角线上的管子数；查表 ，取27=b ； l —— 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离；取02d l =。
因此 ()mm D i 932252212732=⨯⨯+-⨯=圆整后取壳体内径 mm D i 1000=4． 换热器壳体壁厚的计算 材料选用20R 钢，计算壁厚为 []PPD S ti-=φσ2式中 P —— 设计压力；取MPa P 01⋅=； mm D i 1000=850⋅=φ []MPa 101300=σ （设壳壁温度为300℃）； 换热器壳体壁厚为： mm S 865018501012100001⋅=⋅-⋅⨯⨯⨯⋅=取mm C 212⋅=，由表 ，得mm C 801⋅=圆整后实取 mm S n 8=5．换热器封头选择上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB1154—73 标准，封头为81000⨯Dg ，曲面高度mm h 2501=，直边高度mm h 402=，如图7-48所示，材料选用20R 钢。
列管换热器设计示例
列管换热器设计示例2.4 列管换热器设计举出例子某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质接纳轮回水，轮回冷却水的压力为0.4MPa，轮回水进口温度30℃，出口温度为40℃。
试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。
1．确定设计方案（1）选择换热器的类型两流身体的温度度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(轮回水)进口温度30℃，出口温度40℃。
该换热器用轮回冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，预计该换热器的管壁温文壳体壁温之差较大，是以初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。
（2）流动空间及流速简直定由于轮回冷却水较易结垢，为易于水垢洗濯，应使轮回水走管程，油品走壳程。
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均等值。
壳程油的定性温度为(℃)管程流体的定性温度为(℃)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
油在90℃下的有关物性数据如次：密度ρo=825 kg/m3定压比热容cpo=2.22 kJ/(kg·℃)导热系数λo=0.140 W/(m·℃)粘度μo=0.000715 Pa·s轮回冷却水在35℃下的物性数据：密度ρi=994 kg/m3定压比热容cpi=4.08 kJ/(kg·℃)导热系数λi=0.626 W/(m·℃)粘度μi=0.000725 Pa·s3．计较总传热系数（1）热流量Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) （2）均等传热温差(℃)（3）冷却水用量(kg/h)（4）总传热系数K管程传热系数W/(m·℃)壳程传热系数假定壳程的传热系数αo=290 W/(m2·℃)；污痕热阻Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W管壁的导热系数λ=45 W/(m·℃)=219.5 W/(m·℃) 4．计较传热平面或物体表面的大(m2)考虑 15％的平面或物体表面的大裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
X X X X 大学《材料工程原理B》课程设计设计题目: 5.5×104t/y热水冷却换热器设计专业： -—----———-——---—————-—-—---—-班级：—--——-——-—-—-学号: —--——-----—姓名： -—--日期：——-—-—-———-——--指导教师: —---—-----设计成绩: 日期：换热器设计任务书1.设计方案简介2.工艺流程简介3.工艺计算和主体设备设计4.设计结果概要5.附图6.参考文献1。
设计方案简介1.1列管式换热器的类型根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求,介绍几种常见的列管式换热器。
（1）固定管板式换热器这类换热器如图1—1所示。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单;在相同的壳体直径内，排管最多,比较紧凑;由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开,从而发生介质的泄漏。
（2）U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩,当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力.U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板,密封面少，运行可靠;管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大,壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右.（3）浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。
其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
25_换热器设计实例
连接型式 平面 平面 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面
V 36.93 / 994 ns 236.6 237 （根） 2 2 / 4d i ui 0.785 0.02 0.5
按单管程计算所需换热管的长度
L
S 211.2 11.4m nsd o 237 3.14 0.025
按单管程设计，传热管过长，现取传热管长 l 6m ，则该换热器 的管程数为 L 11.4 Np （管程） 2 l 6 传热管的总根数 N 237 2 474（根） 3.平均传热温差校正及壳程数
t 2 t1 40 30 T1 T2 140 40 P 0.091 R 10 T1 t1 140 30 t 2 t1 40 30 按单壳程双管程结构查单壳程 P R 图，因 R 10 ，P 0.091 得 0.82。 单壳程双管程属于1-2折流，现用1-2折流的公式计算平均温度差
ui2
对 25 2.5mm 的管子有 Ft 1.4 ， 且Np 2 ， Ns 1 管程阻力在允许的范围之内。
pi p1 p2 Ft N p N s 1373.7 371.3 1.4 2 1
4886Pa 105 Pa
2.壳程流动阻力
o 0.36
0.14 33000.55 11.341 / 3 1 487.7 W/m 2 C 0.020
2.管程对流给热系数 管程流通截面积
d i ui i i 0.023 i d i i
0 .8
cpi i i
（二）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，故选定冷却水走管程，
列管换热器设计实例
列管换热器的选用和设计的步骤
⑴ 确定流动路径，根据任务计算传热负荷，确定流体进、出的温度，选定 换热器形式，计算定性温度，查取物性，计算平均温差，根据温度校正系 数不小于0.8的原则，确定壳程数。
管子正方形排列，取F=0.3, Nc=1.1·n0.5=1.1×1920.5=15
p1'
0.3 0.8 15
20
795
0.567 2
2
9201
N/m2
l
6
N B h 1 0.3 1 19
p2
N
B
3.5
2h D
u0
2
2
19 (3.5
2 0.3 795 0.5672
)
0.6
2
6070
用热管制成的热管换热器对给热系数很小的气-气换热过程特别 有效，我们已经知道，当液体和气体换热时，常将管外表面翅 化以强化气体与管壁的传热，但对气-气传热的情况，管内的传 热强化则比较困难，热管是把管内的对流传热巧妙地转化为管 外表面的传热，从而可以采用加装翅片的方法进行强化。近年 来，利用热管换热器回收锅炉排出的烟气余热，以预热燃烧所 需要的空气，取得良好效果。
折流挡板
流体流经换热器的阻力 管程流体阻力 管程总阻力用下式计算
pi p1 p2 Ft Ns N p
⊿P1—流体流经直管的压力降，N/m2；
⊿p2—流体流经回弯管时的压力降，N/m2；
Ft—结垢修正系数，φ25×2.5mm，1.4，φ19×2mm，1.5 Ns—串联的壳程数； Np—管程数。
K Q 2778000 275 W/(m2·K)
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。
换热器设计计算范例
列管式换热器的设计和选用的计算步骤设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。
由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。
根据传热速率基本方程：当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。
可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。
◎初选换热器的规格尺寸◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。
◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。
◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。
◎计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。
或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。
这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。
◎核算总传热系数分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。
如果相差较多，应重新估算。
◎计算传热面积并求裕度根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。
即裕度为20%左右，裕度的计算式为：某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下：表4-18 设计条件数据试设计选择适宜的列管换热器。
解：（1） 传热量Q 及釜液出口温度a. 传热量Q以原料液为基准亦计入5%的热损失，按以下步骤求得传热量Q 。
列管式换热器的设计书
目录1.设计方案 (1)2.衡算 (1)2.1确定设计方案 (1)2.1.1选择换热器类型 (1)2.1.2管程安排 (1)2.1.3流体流速的安排 (2)2.2确定物性数据 (2)2.3估算传热面积 (2)2.3.1冷流量 (2)2.3.2热负荷 (2)2.3.3热废水用量 (2)2.3.4平均传热温差 (2)2.3.5初算传热面积 (3)2.4换热器工艺结构尺寸 (3)2.4.1管径和管内流速 (3)2.4.2传热管长 (4)2.4.3平均传热温差校正及壳程数 (4)2.4.4传热管排列和分程方法 (5)2.4.5壳体直径 (5)2.4.6折流板 (5)2.4.7接管 (5)3.换热器衡核算 (6)3.1传热面积校核 (6)3.1.1管程传热膜系数 (6)3.1.2壳程传热膜系数 (6)3.1.3总传热系数 (7)3.1.4传热面积校核 (7)3.2换热器内压降的核算 (8)3.2.1管程阻力 (8)3.2.2壳程阻力 (8)4.设备选型 (9)4.1换热管 (9)4.1.1换热管规格的选择 (9)4.1.2管子排列方式的选择 (9)4.2折流挡板 (9)4.3材料选用 (10)5.附录及图纸 (11)6.总结 (12)7.参考文献 (12)1.设计方案设计条件：反应器的工业污水经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从112℃进一步冷却至70℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。
已知液体的流量为6m 3·h -1,循环水的入口温度为38℃,出口温度为75℃,要求设计一台列管式换热器，完成该生产任务。
已知工业废水在112～70℃下的有关物性数据如下：密度330.987010/kg m ×，定压比热容()℃⋅kg kJ /1885.2，热导率℃⋅⋅−11755.0m W ，粘度s Pa ⋅×3103891.0．2.衡算2.1确定设计方案2.1.1选择换热器类型两流体温的变化情况：热流体进口温度112℃，出口温度70℃；冷流体进口温度38℃，出口温度为75℃；管束可以抽出，以方便清洗馆、可以用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
检查并调整图纸中的线条、颜色、字体等细节，确保图纸清晰易读， 符合规范要求。
关键节点参数设置与调整
设备参数设置
根据换热器、泵等设备的性能参 数，设置相应的CAD图纸中的属 性，如设备尺寸、处理能力、扬 程等。
管道参数调整
根据工艺流程需求和管道设计规 范，调整管道的直径、壁厚、材 质等参数，确保管道系统的安全 性和经济性。
阀门与控制点设置
在关键位置设置阀门以控制物料 流动，并根据控制需求设置相应 的控制点，如温度传感器、压力 传感器等。
流程图在课程设计中的作用
明确工艺流程
通过流程图可以清晰地展示物料在换热器中的流动过程， 帮助学生理解工艺流程和设备的相互关系。
指导设备布局与管道设计
流程图可以作为设备布局和管道设计的依据，有助于优化 设备布局和减少管道长度，提高系统的效率。
方式和换热器图纸中的局部结构。
建议措施
03
加强CAD制图技能的训练，提高图纸的准确性和规范
性。
经验教训分享与未来展望
经验教训
在课程设计过程中，应注重团队协作，合理分配任务，及时沟通交流，确保设计进度和 质量。
未来展望
随着CAD技术的不断发展，应积极探索新的设计理念和方法，提高课程设计的创新性 和实用性。同时，鼓励学生参与实际工程项目，将理论知识与实践相结合，提升综合素
流程图绘制步骤及规范
确定流程图的类型和范围
根据课程设计需求，明确要绘制的流程图类型（如工艺流程图、控制 流程图等）和所涵盖的范围。
绘制主要设备和管道
使用CAD软件中的绘图工具，按照比例和规范要求，绘制出换热器、 泵、阀门等主要设备以及连接它们的管道。
添加流向箭头和标注
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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入口
名称
管程
物料名称 循环水
操作压力， MPa 操作温度， ℃ 流量，kg/h 流体密度， kg/m3 流速，m/s
0.4 29/39 32353 994
0.497
壳程 油 0.3 140/40
b DN80 循环水 平面 出口
c DN50 油品入 凹凸面 口
d DN50 油品出 凹凸面 口
e DN20 排气口 凹凸面
取标准管径为50 mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u＝1.5 m/s，则接管内径 为
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
当量直径，由正三角形排列得
(m)
壳程流通截面积 (m) 壳程流体流速及其雷诺数分别为
普兰特准数 粘度校正
W/(m2·℃) ②管程对流传热系数
由Re＝13628，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＝0.497 m/s，ρ＝994 kg/m3，所以
管程流动阻力在允许范围之内。 ②壳程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs Ns＝l，Ft＝l 流体流经管束的阻力
流体流过折流板缺口的阻力
mm:6000
管间距，32 排列方式 正三角
mm
形
折流板型上下 间距， 150 切口高
式
mm
度25%
壳体内 450 保温层厚
径，mm
度，mm
（1）热流量 Qo=WocpoΔto=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) （2）平均传热温差
(℃) （3）冷却水用量 (kg/h) （4）总传热系数K 管程传热系数
W/(m·℃) 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·℃)
(℃) 管程流体的定性温度为
(℃) 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo=825 kg/m3 定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.140 W/(m·℃) 粘度 μo=0.000715 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据： 密度 ρi=994 kg/m3 定压比热容 cpi=4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.626 W/(m·℃) 粘度 μi=0.000725 Pa·s 3．计算总传热系数
总阻力∑ΔPo＝1202＋636.2＝1838.2(Pa)＜10 kPa
壳程流动阻力也比较适宜。
③换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见
表2-13。
表2-13换热器主要结构尺寸和计算结果
管口表Biblioteka 换热器形式：固定管板式换热面积（m2）:48
符 尺寸 用途 连接型
号
式
工艺参数
a DN80 循环水 平面
6000 825
f DN20 放净口 凹凸面 附图
0.137
传热量，kW 366.7
总传热系 310.2
数，W/m2·K
传热系数， 2721
476
W/m2·K
污垢系数， 0.000344 0.000172
m2·K/W
阻力降，MPa 0.00173
0.00184
程数
2
1
推荐使用材 碳钢
碳钢
料
管子规格ф25×2.5 管数116 管长
横过管束中心线的管数
(根) （5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率η＝0.7，则壳体内径为
(mm) 圆整可取D＝450mm （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＝0.25×450＝112.5(mm)，故可取h＝110 mm。 取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×450＝135(mm)，可取B为150。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块) 折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u＝1.0 m/s，则接管内径 为
2.4 列管换热器设计示例
某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为 0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入 口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产 任务。 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140℃，出口温度40℃冷流体(循 环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬 季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和 壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热 器。 （2）流动空间及流速的确定 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，油品 走壳程。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。 壳程油的定性温度为
管程流通截面积 (m2) 管程流体流速
普兰特准数
W/(m2·℃) ③传热系数K
=310.2 W/(m·℃) ④传热面积S
(m2) 该换热器的实际传热面积Sp ( m2) 该换热器的面积裕度为
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 （2）换热器内流体的流动阻力 ①管程流动阻力 ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNsNp Ns=1, Np=2, Ft=1.5
按单程管计算，所需的传热管长度为
(m) 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m， 则该换热器管程数为
(管程) 传热管总根数 N=58×2=116(根) （3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数
按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表。但R=10的点在图 上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一图线，可得 φΔt=0.82 平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.82×39=32(℃) （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)
=219.5 W/(m·℃) 4．计算传热面积
(m2) 考虑 15％的面积裕度，S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。 5．工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速 选用ф25×2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/s。 （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