列管式换热器设计步骤
列管式换热器设计步骤
列管式换热器设计步骤1.确定换热要求：首先确定需要处理的流体类型、温度、流量和所需的换热效率。
这些参数将指导后续设计过程。
2.选择适当的管壳材料：根据流体的特性和工作温度范围，选择合适的材料来制造管壳，确保其耐腐蚀性和耐高温性。
3.确定热负荷和传热系数：计算需要传递的热负荷，并根据传热系数的公式计算出换热器所需的传热面积。
4.确定流体模式和换热方式：根据流体的性质和流量，确定流体在换热器中的流动模式（并行流、逆流或交叉流）。
此外，还需要确定热量传递的方式（对流、辐射或对流辐射耦合）。
5.确定管束布局：根据热负荷和流体流量，确定管束的布局和排列方式。
典型的布局包括单排管束、多排管束、螺旋管束等。
6.计算管壳侧传热系数：根据流体模式和管壳的几何形状，通过经验公式或计算方法计算出管壳侧的传热系数。
7.设计管束：根据换热器的尺寸和传热面积，设计合适的管束。
这涉及到确定管道的直径、长度和布局，以及管板的尺寸和孔眼的布置。
8.选择适当的传热介质：根据流体类型和工况要求，选择合适的传热介质，例如水、蒸汽、空气或其他流体。
根据传热介质的性质，确定其流速和温度范围。
9.设计支承和固定方式：确定适当的支承和固定方式，以确保换热器的稳定性和可靠性。
这包括支架的设计、支柱的安装和管束的固定方法。
10.进行热力学分析：通过进行热力学分析，确定换热过程中的压力损失和流体流速。
这将有助于确定流体的流动行为和整个热交换系统的性能。
11.进行结构强度分析：进行结构强度分析，确保换热器能够承受压力和温度的影响，并满足相关的安全标准和规范。
12.完善设计并制作图纸：根据上述步骤和计算结果，对列管式换热器的设计进行改进和完善，并制作相应的图纸和技术文件。
13.进行设备加工和制造：根据设计图纸，进行设备的加工和制造。
这包括制作管子、管板、支管、支撑件等组件，并对其进行加工和组装。
14.进行设备安装与调试：将制造好的换热器安装到系统中，并进行相关的调试和测试，以确保其正常运行。
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算设计步骤如下：第一步：确定换热器的需求首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。
这些参数将在后续的计算中使用。
第二步：选择合适的换热器型号根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。
常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。
第三步：计算表面积根据流体的热传导计算表面积。
换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。
根据这个公式，可以计算出所需的表面积。
第四步：确定管子数量和尺寸根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。
根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。
第五步：确定管板和管夹的尺寸根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。
管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。
第六步：确定换热器的材质和厚度根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。
常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。
通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。
第七步：校核换热器的强度对换热器的强度进行校核。
根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。
第八步：制定施工方案和图纸根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。
包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。
上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。
首先，需要计算流体的传热系数。
传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。
对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。
对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。
其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。
管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。
然后，根据热传导定律，计算换热器的传热量。
化工原理课程设计 列管式换热器
化工原理课程设计列管式换热器设计要求：设计一个列管式换热器，实现两种不同温度的流体之间的热量传递。
设计要求如下：1. 列管式换热器采用直管式结构，热传导介质为水和油；2. 设计流量分别为水流量 Q1 = 500 L/h，油流量 Q2 = 300 L/h；3. 设计温度分别为水的进口温度 T1i = 80℃，油的进口温度T2i = 120℃；4. 确定水的出口温度 T1o 和油的出口温度 T2o；5. 选择合适的换热器材料，确保换热效果良好；6. 根据设计参数计算所需的换热面积 A 和换热效率η。
设计方案：1. 确定管径和管长：首先根据水和油的流量和温度差，计算所需的换热面积。
然后确定换热器的尺寸，其中包括管径和管长。
2. 选择换热器材料：根据换热介质的性质和工作条件，选择合适的换热器材料，例如不锈钢。
3. 计算出口温度：根据热平衡原理，计算水和油的出口温度。
假设换热器满足热平衡条件，即水的热量损失等于油的热量增加。
4. 计算换热面积：根据换热器的尺寸和热传导方程，计算所需的换热面积。
5. 计算换热效率：根据热平衡原理和换热器的热传导性能，计算换热效率。
实施步骤：1. 根据设计流量和温度差，计算所需的换热面积。
假设水和油的传热系数均为常数，可以使用换热传导方程进行计算。
2. 根据所需的换热面积和理论计算值，选择合适的换热器尺寸。
3. 根据所选换热器材料，计算换热器的尺寸和管径。
假设管壁温度近似等于流体温度。
4. 根据热平衡原理，计算出口温度。
假设热平衡条件满足，即水的热量损失等于油的热量增加。
5. 根据所选材料和尺寸，计算换热效率。
假设换热器的热传导系数为常数，使用换热效率计算公式进行计算。
总结：本课程设计主要针对列管式换热器的设计，通过选择合适的换热器材料和计算换热器的尺寸，实现了水和油之间的热量传递。
根据设计要求，通过计算出口温度和换热效率，验证了设计方案的合理性。
设计过程需要考虑多方面的因素，如流体性质、流量和温度差等。
机械设计课件-列管换热器结构设计
2.标准法兰的选用 标准法兰有： JB4701 甲型平焊法兰 JB4702 乙型平焊法兰 JB4703 长颈对焊法兰
法兰标准有：GB9112~9125。 新的（容器）提出压力容器应优先推荐采 HG20592~ 20614以及HG20615~ 20635 换热器的接管法兰一般应选用管法兰，至于选 用哪一种标准，根据布管要求来选定
1、分程隔板结构 分程隔板应采用与封头、管箱短节同等材 料、除密封面外，应满焊于管箱上。设计时要 求 管箱隔板的密封面与管箱法兰密封面，管板 密封 面与分程槽面必须处于同一几基面。结构 如图4-1 。 2、分程隔板厚度及有关尺寸 当承受脉动流体或隔板压差很大时，隔板 的 厚度应适当增厚，当厚度大于10mm的分程隔 板， 在距端部15mm处开始削成楔形，使端部保 持10mm 。
5.接管法兰的要求：
1
凹凸或榫槽密封面的法兰，密封面
向下，一般应设计成凸面或榫面，其他朝向
，则设计成凹面或榫面。
2
接管法兰螺栓通孔不应和壳程主轴
中心线相重合。
6.排气、排液管
排液的换热器应在壳程的 最高，最低点，分别设置 排气、排液接管 排气、排液接管的端部必须
与壳体或管结构箱壳体内壁 齐 其结构如图4-18、4-19。
ρv2>740kg/m.s2
防冲板的安装形式（图4-15）
五、接管
1.接管的一般要求：
1)接管不应凸出壳体内表面。 2)接管应尽量沿径向或轴向布置。 3)设计温度在3000C以上时，用整体法兰。 4)对利用接管仍不能放气和排液，应设置放气口 。 5)操作允许时，接管与外部管线的连接也可采用 焊接。 6)必要时可设置温度计接口、压力表及液面计接 口。
管板与隔板的连接形式 如图 (a)为隔板与管板焊接， (b)是隔板用螺栓联接在焊于管板的角铁上的
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流，通过管壁的传导传热作用，使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件：包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积：根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料：根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式：根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式，一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸：根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸，包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数：根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降：根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算：包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷：根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择：根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料，包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差：根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降：根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降，并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护：考虑到换热器的清洗和维护，要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述，列管式换热器的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时，还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
化工原理课程设计_列管式换热器
iii 列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结
设有流量为mh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
Q KAtm
当Q和△tm已知时，要求取传热面积A必须知K，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。
冷流体 水 水 水 水 水 气体 水 水 水沸腾 轻油沸腾 重油沸腾
传热系数 K/(W· m² · K-1)
850～1700 340～910 60～280 17～280 1420～4250 30～300 455～1140 60～170 2000～4250 455～1020 140～425
2、平均温度差
Ps ——壳程总阻力损失，
P0
——流过管束的阻力损失，
——流过折流板缺口的阻力损失， Fs-壳程阻力结垢校正系数，对液体可取Fs=1.15， 对气体或可凝蒸汽取Fs=1.0；
Ns-壳程数；
管束阻力损失 折流板缺口阻力损失
NB —— 折流板数目；
NTc——横过管束中心的管子数
对于三角形排列的管束，
③接管尺寸
换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算
Vs--流体的体积流量，m3/s； u --接管中流体的流速，m/s。
流速u的经验值为: 对液体：u=1.5～2 m/s； 对蒸汽：u=20～50 m/s； 对气体：u=(15～20)p/ρ； 式中p为压强，单位为atm ； ρ为气体密度，单位为kg/m3
5、流体出口温度的确定
若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在 确定流体两端温度的问题。若其中一流体仅已知进口温度，则
列管式换热器设计步骤
3、换热器长径比
确定长径比的取值范围
室化 工 原 理 教 研
L 4~6 D
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五、校核计算
1、校核总传热系数K值 2、校核壁温TW 3、校核传热面积A
室化 工 原 理 教 研
30 March 2019
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山东轻工业学院
1、校核总传热系数K值
校 核
30 March 2019
ΔPt < 3.0×104Pa
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参数说明
di l
Ft Ns
室化 工 原 理 教 研
Np
30 March 2019
—— 管内径; —— 管长 —— 管程结垢校正系数， 三角形为1.5， 正方形为1.4； —— 壳程数，1； —— 一壳程的管程数，2 。
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2、壳程设计数据
壳体内径
室化 工 原 理 教 研
D＝t（NTb－1）+ 2 b’ t －管间距 NTb －最外层六角形对角线上管数 b’ －六角形最外层管中心到壳体内 壁距离，取b’＝（1～1.5）d0 壳体内径标准圆整到ΦD×δmm
30 March 2019 第18页
1 d1 d1 bd1 1 RS 2 RS1 K 2d2 d 2 d m 1
管内对流传热系数α2
室化 工 原 理 教 研
管外对流传热系数α1
污垢热阻及管壁热阻
30 March 2019 第22页
山东轻工业学院
（1）管内对流传热系数α2
2 0.023 Re Pr
山东轻工业学院
列管式换热器的设计
列管式换热器的设计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，尤其在化工、石油、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。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。
为此本章对这两类换热器的工艺设计进行介绍。
列管式换热器的设计资料较完善，已有系列化标准。
目前我国列管式换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式(即列管式)换热器”(GB151)标准执行。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以热力设计最为重要。
不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投人使用的换热器在检验它是否满足使用要求对，均需进行这方面的工作。
热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备——例如泵的选择做准备。
当然，热力设计和流动设计两者是密切关联的，特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数。
结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸，等等。
在某些情况下还需对换热器的主要零部件——特别是受压部件做应力计算，并校核其强度。
对于在高温高压下工作的换热器，更不能忽视这方面的工作。
这是保证安全生产的前提。
在做强度计算时，应尽量采用国产的标准材料和部件，根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算，此处从略)。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：①根据换热任务和有关要求确定设计方案；②初步确定换热器的结构和尺寸；③核算换热器的传热面积和流体阻力；④确定换热器的工艺结构。
1.1设计方案的确定1.1.1换热器类型的选择（1）固定管板式换热器这类换热器如图2-1(a)所示。
列管式换热器设计方案计算过程参考
列管式换热器设计方案计算过程参考一、引言换热器是工业生产过程中常用的设备之一，而列管式换热器是其中一种常见的换热器类型。
本文旨在介绍列管式换热器设计方案的计算过程，并提供参考。
换热器设计的过程是复杂的，需要考虑多个因素，包括流体特性、传热和流体力学等方面。
因此，本文将重点讨论设计过程中的计算方法，以供读者参考。
二、设计要求在进行列管式换热器设计方案的计算之前，首先需要了解设计要求。
设计要求通常包括换热量、流体温度和流量等方面的参数。
根据设计要求，我们可以选择合适的换热器类型和规格。
三、换热面积计算换热面积是换热器设计过程中的一个重要参数，它直接关系到换热效率的高低。
换热面积的计算方法通常根据传热方程来确定。
传热方程可以根据流体的特性和传热过程的需求来确定，对于不同的流体和传热方式，传热方程也会有所变化。
四、估算传热系数传热系数是换热器设计中另一个重要的参数，它直接影响到换热器的性能。
传热系数的估算可以使用经验公式或者理论计算的方法。
经验公式通常是基于实验数据得出的，适用于一定范围内的换热器设计。
而理论计算方法通常基于传热理论，结合流体的性质和传热过程的需求来计算传热系数。
五、管程设计管程设计是列管式换热器中的关键环节。
在进行管程设计时，需要考虑到多个因素，包括流体流量、压降和流速等。
正确的管程设计可以确保流体在换热器中的均匀分布和充分接触，从而提高换热效率。
在进行管程设计时，可以使用一些经验公式或者计算方法来优化设计。
六、换热器的选型在进行换热器选型时，需要综合考虑多个因素，包括换热器类型、规格和材料等。
根据设计要求和计算结果，可以选择合适的换热器进行使用。
七、结论通过以上的设计过程计算，我们可以得到列管式换热器的设计方案。
当然，在实际的设计过程中，还需要进行更加详细和精确的计算，并结合实际情况进行调整。
然而，本文提供的参考计算过程可以作为设计者进行列管式换热器设计时的初始参考，有助于提高换热器的设计效果。
用冷却剂冷却苯的列管式换热器的设计
用冷却剂冷却苯的列管式换热器的设计
简介
本文档旨在设计一种用冷却剂冷却苯的列管式换热器。
换热器的目标是将苯的温度降低到所需的目标温度。
设计要求
1. 温度降低目标：将苯的温度降低到指定的目标温度。
2. 冷却剂选择：选择一种合适的冷却剂来降低苯的温度。
3. 材料选择：根据冷却剂的性质选择适合的材料用于制造换热器，以确保其可靠性和耐腐蚀性。
设计步骤
以下是设计步骤的简要概述：
1. 确定苯的流量和温度
- 确定苯的流量以及所需的目标温度。
这将是设计的基础。
2. 选择冷却剂
- 根据苯的温度和流量，选择一种合适的冷却剂。
冷却剂应具有较高的热传导能力和合适的温度范围。
3. 计算冷却剂的流量
- 根据苯的流量和所选冷却剂的性质，计算所需的冷却剂流量以实现苯的目标温度降低。
4. 设计列管式换热器
- 根据所选的冷却剂和苯的性质，设计列管式换热器的结构。
考虑到苯和冷却剂之间的热交换需求以及材料的可行性。
5. 优化设计
- 通过模拟和计算，优化设计以提高热效率和可靠性。
考虑到换热器的尺寸、流体的速度和压降等参数。
6. 确定制造和安装要求
- 根据最终设计确定制造和安装换热器所需的要求。
考虑到工程实施和安全方面的因素。
结论
通过以上设计步骤，可以得到一种用冷却剂冷却苯的列管式换热器的设计方案。
该设计方案应能满足苯的温度降低目标，并考虑了冷却剂的选择、材料的耐腐蚀性和换热器的热效率等因素。
在实际制造和安装过程中，必须严格按照设计要求进行操作，确保换热器的性能和安全性。
列管式换热器-课程设计
列管式换热器-课程设计一、概述列管式换热器是一种将多个平行管道嵌入到圆柱形壳体中、同时将流体分别流过内、外两侧实现热量传递的设备。
本次课程设计将要探讨的是该设备的设计过程。
二、设计过程1. 确定设计参数设计前需要先确定所需的设计参数，如换热器的设计热负荷、流量、压力等，这些参数将决定换热器的尺寸和布局，为后续设计提供基础。
2. 换热器类型选择根据设计参数、使用场景、材料成本等因素选择适合的换热器类型，如单相流、双相流、冷凝器、蒸发器等。
3. 确定材料和尺寸选择适合的材料和尺寸以满足设计参数，同时考虑生产和运输的成本和实际情况。
4. 确定管束参数确定管束长度、管束密度、管道直径和布局等参数，保证管束的压力和流速符合设计要求，并达到最佳热传导效果。
5. 热传导计算进行热传导计算，以确定管束长度和直径，根据流动状态和温度场计算出换热系数、平均温差和热效率等参数。
6. 设计壳体结构设计壳体的结构和尺寸，确定支撑方式和绝热方式，同时考虑安全和易于维护的因素。
7. 流体力学分析进行流体力学分析，确定流体在管道中的流动状态，以保证衬里的材料和厚度设计得足够坚固，以避免漏泄和磨损。
8. 设计精度分析进行精度分析和优化，以确定设备的运行效率和稳定性，并满足设计和生产的要求。
9. 制造和安装根据设计图纸制造和安装换热器，并进行预试运行和调试，最终达到设计要求。
三、总结以上是列管式换热器的设计过程，该过程需要深入掌握流体力学、热传导学、结构力学等知识，同时也需要掌握计算机辅助设计软件的使用，以提高效率和质量。
设计合理的列管式换热器能够提高生产效率，降低能耗，并为工业生产的可持续发展提供支持。
列管式换热器的设计和选用的计算步骤
表4-18设计条件数据
物料 流量 kg/h 组成（含乙醇量）mol% 温度 ℃ 操作压力MPa
进口 出口
釜液 109779 3.3 145 0.9
原料液 102680 7 95 128 0.53
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
选用 规格钢管，设管内的流速 ，则：
单管程所需管子根数n：
设单台换热器的传热面积为 ，则单台传热面积为：
选取管束长l＝6m，则管程数 为
故应选取管程数 为2。根据以上确定的条件，按列管换热器标准系列，初步选取型号为G800-II-16-225固定管板式换热器两台，其主要性能参数如下：
解：
a. 设管内的表面传热系数为
则管内
由以上条件可采用以下公式计算空气表面传热系数 ：
所以
判断合用否？
又 ℃
热流量
所需换热面积为
则
换热管的实际面积为 ，则
所以该换热器合用。
b. 若将苯的流量提高20%，则管内表面传热系数将增大，设为
则
0.686
0.578 678.0
935.6
908.0
2.617
4.267
4.135
由热流量衡算得：
＝113.1℃
（2） 换热器壳程数及流程
a. 换热器的课程数
对于无相变的多管程的换热器壳程数 的确定，是由工艺条件，即冷、热物流进出口温度，按逆流流动给出传热温差分布图如图4-71所示，采用图解方法确定壳程数 。
◎ 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△tm，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AP大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为：
列管式换热器课程设计说明书
课程设计说明书学院：机电工程学院专业：自动化班级：⑴班目：列管式换热器的设计指导教师：________ 职称: ______目录、设计的目的、要求及任务 21.1设计目的 21.2设计要求 21.3设计任务 21. 3. 1列管式换热器的简介 21. 3. 2设计的工艺流程 31.3.3有关数据和已知条件 4 二控制方案的选择、52. 1主回路设计 52. 2副回路选择 62.3主、副调节器规律选择 62.4主、副调节器正反作用方式确定 62. 5工艺流程图7 三调节阀的选择、73. 1阀的类型选择73. 2确定起开与气关8仪表类型的选择四、84. 1流量变送器的选择84. 2温度变送器94. 3安全栅的选择10 五总结、11参考文献_____________________________________________________ 12一、设计的目的、要求及任务1.1设计目的本设计是学生第一次进行的综合性专业训练，是自动化专业的一个重要教学环节，其设计目的是进一步巩固和加深对所学理论知识的理解，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力, 使学生对自控设计有较完整的概念, 培养学生综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程等知识进行工程设计的能力，进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。
1.2设计要求在设计内容选择上要结合具体的生产实际，题目要有一定的实际意义，做到理论联系实际。
自控设备设计要求采用计算机控制系统(如 DCS PLG FCS等)。
本设计应当在教师指导下，由学生独立完成下面内容：(1)设计说明书：包括设计指导思想和设计依据，自动化水平和控制方案的确定，设计计算，仪表选型，以及采用新技术新产品的依据，安全技术措施，重要的复杂调节系统的说明，设计中存在的问题等等；(2)填写表格：如自控设备汇总表、调节阀计算数据表、综合材料表等。
设计要求方案合理、计算数据准确、图面图形和标注符合国家标准和有关技术规范要求，说明书编写符合指导书规定要求。
列管式换热器的设计步棸
列管式换热器的设计步棸1.试算并初选设备规格(1）确定流体在换热器中的流动途径。
(2）根据传热任务计算热负荷Q 。
(3）确定流体在换热器两端的温度，选择列管式换热器的型式；计算定性温度，并确定在定性温度下流体的性质。
(4）计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数。
(5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值。
(6）由总传热速率方程Q=KS△tm ，初步算出传热面积S ，并确定换热器的基本尺寸（如d、 L、n 及管子在管板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。
2.计算管、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压强降。
检查计算结果是否合理或满足工艺要求。
若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。
3.核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数ai和ao,确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K'，比较K的初始值和计算值，若K'/K =1.15~1.25，则初选的设备合适。
否则需另设K值，重复以上计算步骤。
通常，进行换热器的选择或设计时，应在满足传热要求的前提下，再考虑其他各项的问题。
它们之间往往是互相矛盾的。
例如，若设计的换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换器的表面积，可能使总传热系数和压强降低，但却又要受到安装换热器所能允许的尺寸的限制，且换热器的造价也提高了。
此外，其它因素（如加热和冷却介质的用量，换热器的检修和操作）也不可忽视。
设计者应综合分析考虑上述诸因素，给予判断，以便作出一个适宜的设计。
4、换热器的计算1.给定的条件(1）热流体的入口温度t1'、出口温度t1";(2）冷流体的入口温度t2'、出口温度t2";2.流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程,哪一种种流体流经壳程,下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为为例)(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内,以便于清洗管子。
列管式换热器设计
第一章 列管式换热器的设计1.1概述列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。
列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大 ，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。
目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。
例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。
1.2列管换热器型式的选择列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。
通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。
同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。
因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。
为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
（2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，造价高。
（3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。
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。
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选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ219×6mm，长200mm）
2016年1月13日星期三 第32页
山东轻工业学院
3、冷凝水排出口
选用水煤气管
化 工 原 理 教 研 室
1 1 " 2
Φ42.25×3.25mm，长100mm
2016年1月13日星期三
第33页
山东轻工业学院
七、校核流体压力降
0.25
化 工 原 理 教 研 室
n为水平管束垂直列上的管数 弓形排管n＝8，弓形不排管n＝7 假设管外壁温TW（115.6℃）
t TS TW
2016年1月13日星期三 第24页
山东轻工业学院
（3）污垢热阻及管壁热阻
苯侧污垢热阻RS2＝1.76×10-4m2· ℃/W
化 工 原 理 教 研 室
管程总压力降
化 工 原 理 教 研 室
壳程压力降
壳程是饱和水蒸汽冷凝， 阻力很小，不校核其压力降。
2016年1月13日星期三
第34页
山东轻工业学院
管程总压力降 （P272）
总压力降计算公式
Pt Pi Pr Ft N s N p
l u2 Pi di 2
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8. 管程进出口接管直径：选用无缝热
化 工 原 理 教 研 室
轧钢管（YB231-64）Φ152×4.5mm 长200mm。 9. 支座的公称直径Dg600mm，每个支 座承受的载荷为36.8吨，材料采用 A3F碳素钢；采用鞍形安装。（尺寸 见讲义P117图4－28b，表4－28） 10. 整个换热器采用卧式安装，安装图 见图纸2－1。
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（1）管内对流传热系数α2
2 0.023 Re Pr
0 .8
d
0.4
被加热
化 工 原 理 教 研 室
Re
du
CP Pr
第23页
2016年1月13日星期三
山东轻工业学院
（2）管外对流传热系数α1
2 3 r g 1 0.725 2 3 n d 0 t
2016年1月13日星期三
第21页
山东轻工业学院
1、校核总传热系数K值
1 d1 d1 bd1 1 RS 2 RS1 K 2d2 d 2 d m 1
管内对流传热系数α2
化 工 原 理 教 研 室
管外对流传热系数α1
污垢热阻及管壁热阻
2016年1月13日星期三 第22页
蒸汽冷凝污垢热阻相对比较小，
水蒸汽侧污垢热阻可以忽略不计， 碳钢钢管的导热系数λ＝45 W/m2· ℃
2016年1月13日星期三
第25页
山东轻工业学院
（4）校核K值 以外表面计算：
化 工 原 理 教 研 室
d1 bd1 d1 1 1 RS K 2 d 2 d m d 2 1
A A' 20 % A
2016年1月13日星期三
第29页
山东轻工业学院
六、进出口管径
苯进口管、出口管
化 工 原 理 教 研 室
水蒸汽进口管径 冷凝水排出口
2016年1月13日星期三
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1、苯进口管、出口管
取进口流速u0＝1m/s
进口直径
化 工 原 理 教 研 室
2 2
化 工 原 理 教 研 室
每程直管压力降
每程局部阻力引起的压降
Pr u 2 3u 2
校 核
2016年1月13日星期三
ΔPt < 3.0×104Pa
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山东轻工业学院
参数说明
di l
化 工 原 理 教 研 室
Ft Ns
Np
—— 管内径; —— 管长 —— 管程结垢校正系数， 三角形为1.5， 正方形为1.4； —— 壳程数，1； —— 一壳程的管程数，2 。
化 工 原 理 教 研 室
2016年1月13日星期三
第4 页
山东轻工业学院
化 工 原 理 教 研 室
六、进出口管径 七、校核流体压力降 八、换热器尺寸及附属部件 九、参考资料 十、对一些问题的说明
2016年1月13日星期三
第5 页
山东轻工业学院
一、确定定性温度、物性数据
1. 苯的物性数据
化 工 原 理 教 研 室
2016年1月13日星期三
第36页
山东轻工业学院
λ 计算
取ε＝0.2mm，ε/d = 0.01
化 工 原 理 教 研 室
Re
du
查图可知λ （化工原理上册P43图1－28）
2016年1月13日星期三 第37页
山东轻工业学院
八、换热器尺寸及附属部件
1. 管间距： t＝32.5mm 2. 壳体直径：Φ600×10mm，内径D＝
山东轻工业学院
化工原理课程设计
指 导 陈 教 振 师
列管式换热器设计
2016年1月13日星期三
第1 页
山东轻工业学院
设计题目
拟用 200Kpa 的饱和水蒸气将常压下 20℃的苯加热到80℃， ①苯的质量流量为50t/h—单号 ②苯的质量流量为40t/h－双号 试设计一列管式换热器。 已 知 仓 库 中 现 有 Φ25×2.5mm， 长 6m的碳钢钢管
Q mS 2cP 2 t2 t1 mS1cP1 T1 T2
Q ms1r
2016年1月13日星期三 第9 页
山东轻工业学院
2、平均温度差Δtm
由于水蒸汽侧的温度不变，因此可以把
两流体的平均温度差看作是逆流来计算 （双管程）
化 工 原 理 教 研 室
t1 t 2 t m t1 ln t 2
第13页
山东轻工业学院
（1）管子规格
库存Φ25×2.5mm，L＝3.0m的光滑碳
化 工 原 理 教 研 室
钢钢管 取管内苯的流速为u’2 （0.60 m/s） ——苯系易燃易爆物 流速一般低于1 m/s
2016年1月13日星期三
第14页
山东轻工业学院
（2）初步设计总管数
n'
化 工 原 理 教 研 室
不需要加折流挡板
－－P269-271
2016年1月13日星期三
第7 页
山东轻工业学院
三、工艺计算
1、热负荷即传热速率Q 2、平均温度差Δtm 3、选K值，估算传热面积A初
化 工 原 理 教 研 室
2016年1月13日星期三
第8 页
山东轻工业学院
1、热负荷即传热速率Q
Q KAtm
化 工 原 理 教 研 室
计算K值与原设值K初比较 使相对误差<5%
2016年1月13日星期三 第26页
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2、校核壁温TW
Q 1 AT TW
化 工 原 理 教 研 室
Q TW T 1 A
结果与原假设值TW校核
——（TW＝115.6℃）
2016年1月13日星期三 第27页
3、校核传热面积A
2016年1月13日星期三 第10页
山东轻工业学院
3、选K值，估算传热面积A初
根据条件K值在580～1160
W/m2· ℃ （K＝ 680W/m2· ℃）
化 工 原 理 教 研 室
Q A' K 初 t m
选用安全系数Φ＝1.15～1.25 A初＝ΦA’
2016年1月13日星期三 第11页
指 导 陈 教 振 师
2016年1月13日星期三
第2 页
山东轻工业学院
设计内容
设计说明书
化 工 原 理 教 研 室
布管图 装配图
187 187
169 169
114
2016年1月13日星期三
第3 页
山东轻工业学院
设计步骤
一、确定定性温度、物性数据 二、换热器的类型及流体走向 三、工艺计算 四、换热器尺寸的初步确定 五、校核计算
化 工 原 理 教 研 室
580mm 3. 壳体材料：碳素钢A3F，钢板卷焊 4. 管子尺寸：Φ25×2.5mm，L＝3.0m， n＝164根，双管程 5. 布管图 见图纸2-2。
2016年1月13日星期三 第38页
山东轻工业学院
6、管板
(1)管板材料：选用碳素钢A4。 (2)管子在管板上的固定方法：焊接 (3)管板尺寸：Pg＝16kgf/cm2， （见讲义P66表4-8） (4)管板与壳体的连接： 采用法兰连接，拆开顶板可检修或清 理管内污垢，法兰尺寸见讲义 P111－ 115图4－63及表4－27。
山东轻工业学院
四、换热器尺寸的初步确定
确定管程结构尺寸
化 工 原 理 教 研 室
壳程设计数据
换热器长径比
2016年1月13日星期三
第12页
山东轻工业学院
1、确定管程结构尺寸
管子规格
化 工 原 理 教 研 室
初步设计总管数
校核流速、确定管程
管间距及排列方式
2016年1月13日星期三
封头与管箱位于壳体的两端。
化 工 原 理 教 研 室
（1）封头的选择：选用椭圆形封头， Dg600×10mm GB1154－73 （2）封头尺寸：曲面高度 150mm，直边高 度40mm。（讲义P142附表1－2） 管程接口管与封头为焊接，封头与壳体 为法兰连接，法兰尺寸与上同。
2016年1月13日星期三 第41页
A初
dL
圆整n”
n’’ 根———三角形排列管数，
3a2+3a+1