化工原理课程设计换热器设计

化工原理

课

程

设

计

设计任务：换热器

班级：13级化学工程与工艺（3）班

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学号：**********

目录

化工原理课程设计任务书 (2)

设计概述 (3)

试算并初选换热器规格 (6)

1. 流体流动途径的确定 (6)

2. 物性参数及其选型 (6)

3. 计算热负荷及冷却水流量 (7)

4. 计算两流体的平均温度差 (7)

5. 初选换热器的规格 (7)

工艺计算 (10)

1. 核算总传热系数 (10)

2. 核算压强降 (13)

设计结果一览表 (16)

经验公式 (16)

设备及工艺流程图 (17)

设计评述 (17)

参考文献 (18)

化工原理课程设计任务书 一、设计题目：

设计一台换热器

二、操作条件： 1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度32.5℃。

3、允许压强降：不大于50kPa 。

4、每年按300天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 109000吨/年苯 五、设计要求：

1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。

2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。

3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸）

5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

六、附表：

1.设

计概述

1.1

热量传递

出口温度

40.5℃ 壳体内部空间利用率 70% 选定管程流速u （m/s ） 1 壳程流体进出口接管流体流速u1（m/s ） 1

的概念与意义

1.1.1热量传递的概念

热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，

因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。

1.1.2化学工业与热传递的关系

化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为

了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸

馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备

的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的

问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作

用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部

门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。

应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态

变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可

以认为传热学是热力学的扩展。

1.1.3传热的基本方式

根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式：

1.1.3.1热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分

子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热

传导的条件是系统两部分之间存在温度差。

1.1.3.2热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的热

传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流体

中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流；

二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。

此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面（或反之）的过程，通常称为对流传热。

1.1.3.3热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。

热辐射的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量的转移。

1.2换热器的概念、意义及基本设计要求

1.2.1换热器的概念及意义：

在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备

统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同

的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递

过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低

的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工

业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产

来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设

备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十

分广泛的。任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导

地位。

1.2.2换热器设计要求：

序号特别要求

1 对事故工况的校核

2 对管箱隔板强度的校核

3 各部件吊耳安装位置的校核

4 浮头式和U形管束固定管板外径延伸，使管板兼作试压法兰时的强度校核

5 管板的刚度校核

6 风载荷和地震载荷的校核

7 进出口接管承受管线载荷的校核

8 叠装换热器中，底下那台换热器的校核

9 鞍式支座的校核

10 外表油漆干膜厚度的检测

11 封头热压成形时，终压温度的检测

12 壳体直线度的检测

13 氢工况的判别及材料要求