化工单元操作 课程设计

课程设计说明书

题目名称：列管式换热器设计

系部：化学与环境工程系

专业班级：石化12-7（2）班

学生姓名：***

学号： ********** 指导教师：**

完成日期： 2014.1.14

新疆工程学院

课程设计评定意见

设计题目列管式换热器设计

系部化学与环境工程系专业班级石化12-7（2）班

学生姓名张剑锋学生学号 ********** 评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：年月日

（此页背书）

评定意见参考提纲：

1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院

化学与环境工程系(部)课程设计任务书

2013-2014学年上学期2014 年1月10 日

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）

摘要

换热器英语翻译heat exchanger是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备又称热交换器换热器是化工石油动力食品及其它许多工业部门的通用设备在生产中占有重要地位在化工生产中换热器可作为加热器冷却器冷凝器蒸发器和再沸器等应用更加广泛换热器种类很多但根据冷热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即间壁式混合式和蓄热式在三类换热器中间壁式换热器应用最多

关键词：传热系数，压降，传热面积，列管换热器

目录

1. 概述 (1)

1.1 换热器 (1)

1.2 换热器的选择 (1)

1.2.1固定管板式换热器 (2)

1.2.2.浮头式换热器 (2)

1.2.3 U型管换热器 (3)

1.3 流动空间的选择 (3)

1.4 流速的确定 (4)

1.5 管程结构 (4)

1.6 壳程结构 (5)

2.设计题目 (7)

3.确定设计方案 (7)

3.1 初选换热器的型号规格 (7)

3.2 选定流体的流动空间 (7)

4.估算换热面积 (8)

4.1计算热负荷 (8)

4.3计算逆流温度差 (8)

5.计算ψ值 (8)

6. 换热器核算 (9)

6.1 管程传热系数和压降核算 (9)

6.2壳程传热系数和压降核算 (10)

7.计算传热面积 (11)

8. 结束语 (11)

1.概述

1.1 换热器

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。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并无本质上的差别。

在食品、化工、石油、动力、制冷等行业中广泛使用各种换热器，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。

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，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

1.2 换热器的选择

换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式：坚壁式、直接接触式和蓄热式。

列管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。

同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量应用于工业中。

列管换热器主要特点：

(1) 耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100℃都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。

(2) 耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174℃，一般使用温度可达110-125℃。

(3) 无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。

(4) 重量轻：对设备安装维修极为方便。

列管式换热器主要分为以下四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换

热器、填料函式换热器。

1.2.1固定管板式换热器

结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的

壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，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，会使管子

于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。

适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。

固定管板式换热器

1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母

1.2.2.浮头式换热器

结构特点：两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则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当换热管与壳体间有温差存在，壳体或换热

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。

缺点：结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生

泄漏，造成两种介质的混合。