化工原理课程设计

化工原理课程设计

课程名称：化工原理课程设计

课题：列管式换热器设计

学院：化学与生物工程学院

专业：过程装备与控制工程

班级： 2013级 1班

姓名：刘威

学号： 201307719

指导老师：雷洋

目录

摘要 (2)

概述 (3)

化工原理课程设计任务书 (5)

一、设计题目 (5)

二、设计条件 (5)

三、设计步骤 (6)

四、设计要求 (6)

五、设计成果 (6)

六、设计考核 (7)

1.1变换器水冷器设计 (8)

1.1.1确定设计方案 (8)

1.1.2确定物性数据 (8)

1.1.3估算传热面积 (8)

1.1.4 工艺结构尺寸 (9)

1.1.5 换热器核算 (11)

2.1换热器主要尺寸和计算结果 (15)

3.1流程图 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

附图 (21)

摘要

换热器是进行热量传递的通用工艺设备，它在炼油、化工及其他工业中广泛应用。按用途可分为加热器、冷却器、冷凝器和蒸发器等。由于生产的规模，传热的要求各不相同，换热器的类型也是多种多样的。换热器按照其传热特征可分为直接接触式，蓄热式和间壁式三大类。在换热器中至少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。传热过程是化工、石油、动力、食品、国防等各工业部门重要的单元操作之一。在建设费方面，换热设备在化工炼油装置中所占的比例，一般可达20%——50%。因此，无论从能源的利用，还是从工厂的投资来看，合理的选择和设计换热器，都具有重要的意义。

【关键词】换热器；固定板式换热器；传热面积；核算；校正；

概述

传热设备也简称换热器，是化工、石油、动力、轻工等许多工业部门中应用最为广泛的设备之一。按用途可分为加热器、冷却器、冷凝器和蒸发器等。由于生产的规模，传热的要求各不相同，换热器的类型也是多种多样的。换热器按照其传热特征可分为直接接触式，蓄热式和间壁式三大类。

（1）直接接触式直接接触式换热器中，冷、热两流体通过直接混合而实现热量交换，在工艺上允许两种流体相互混合的情况下，这是比较方便和有效的，其结构也比较简单。这类换热器常用于气体的冷却和水蒸气的冷凝。

（2）蓄热式蓄热式换热器简称蓄热器，它主要由热容量大的蓄热室构成，室中可充填耐火砖或金属带等作为填料，如图所示。当冷，热两种流体交替的通过同一蓄热室时，即可通过填料将得自热流体的热量，传递给冷流体达到，换热的目的。为适应连续操作，至少需要两个蓄热器交替使用。这类换热器的结构较为简单，且可耐高温，常用于气体的余热或冷量的利用。给缺点是设备体积较大，而且两种流体交换时难免有一定程度的混合。

腐蚀且导热性较好的非金属壁)隔开，以便两种流体在互不接触情况下进行热量传递。

下面简单介绍一下固定管板式换热器。

如图所示的管板式换热器是列管式换热器中结构较简单、使用较广泛的一种。该类型换热器是通过胀接、焊接法等将管束的两端固定在壳体两端的固定板上构成的，由于管板与外壳固定在一起，所以称为固定管板式列管换热器。这类换热器的结构比较简单、质地较轻，造价便宜，在相同的壳程情况下，可较其他类型的列管式换热器多一些换热管，但管外不能机械清洗。

当壳体和管束之间的温差较大（大于50℃）而壳体承受压力不太高时，仍可采用固定管板式，但需在壳体上加上热补偿结构以消除过大的热应力。可以采用具有温差补偿圈的固定管板式换热器，它依靠膨胀节的弹性变形减少温差应力，但这种装置只能用在壳壁与管壁温差低及管程和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6MPa时，由于补偿圈过厚难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。

列管式换热器的标准介绍

列管式换热器的设计、制造、检验预验收必须遵循中华人民共和国国家标准《钢制管壳式（即列管式）换热器》(GB151—1999)执行。按照此标准，对换热器的参数作如下规定。

①公称直径（mm）：卷制圆筒，一圆筒内径作为换热器的公称直径，mm；钢管制圆筒，以钢管外径作为换热器的公称直径。

②换热器的传热面积（m2）;计算传热面积是以换热管外径为基准，扣除深入

管板内的换热管长度后，计算所得到的管束外表面积的总和；公称传热面积指经过圆整后的计算传热面积。

③换热器的公称长度（m）：以换热管长度作为换热器的公称长度。换热管为直管时取直管长度；换热管为U型管时，取U型管得直管段长度。

该标准还将列管式换热器的主要组合部件分为前端管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。该标准将换热器分为Ⅰ、Ⅱ两级，Ⅰ级采用较高级冷拔换热管，适用于无相变和易产生震动的场合。Ⅱ级采用普通冷拔换热管，适用于再沸、冷凝和无震动的一般场合。

化工原理课程设计任务书

一、设计题目：

设计中型氮肥厂用变换气水冷立式列管换热器

二、设计条件

1.热流体：变换气，工作压力为1.4MPa，进口温度为65℃，要求降

到38℃，变换气流量为95780 kg/h。

2.冷流体：水，进口温度为32℃，出口温度为42℃，操作压力为

0.3MPa。

3.已知变换气及冷却水在定性温度下的物性数据：

密度（kg/m3）

黏度

(mPa·s)

比热容

(kJ/kg·℃)

导热系数

（W/(m·℃)）

变换气12.83 0.0158 2.495 0.0806 冷却水993 0.718 4.178 0.622

4.两流体均无相变。

5.建厂地址：兰州地区

6.要求管程和壳程的阻力都不大于50kPa

三、设计步骤

1.掌握换热器设计概况、设计原则（以概论综述形式体现在说明书中）

2.确定设计方案

（1）选择列管换热器的类型

（2）确定冷热流体流动空间及流速

（3）确定冷热流体的定性温度及相关物性数据

3.初步估算换热器的传热面积。

4.初选换热器的规格

5.校核

（1）核算换热器的传热能力及传热面积，要求设计裕度不小于10%，不大于20%。（2）核算管程和壳程的流体阻力损失。

如果不符合上述要求重新进行以上计算。

5.将换热器主要结构尺寸和计算结果列表。

6.总结设计过程，绘制列管式换热器设计流程图。

四、设计要求

1.说明书采用统一封面和纸张；

2.方案和流程的选择要阐明理由；

3．设计过程思路清晰，内容完全；

五、设计成果

1.设计说明书（A4纸，不少于20页）

（1）内容包括封面、摘要、目录及页码、任务书、正文、小结、参考文献、附录或符号说明。