列管式换热器的设计

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1、化工原理课程设计学院:化学化工学院班级：姓名学号：指导教师：23目录§一.列管式换热器1.1.列管式换热器简介1.2设计任务1.3.列管式换热器设计内容1.4.操作条件1.5.主要设备结构图§二.概述及设计要求2.1.换热器概述2.2.设计要求§三.设计条件及主要物理参数3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4壳程结构与相关计算公式3.5管程安排(流动空间的选择)及流速确定3.6计算传热系数k3.7计算传热面积§四.工艺设计计算§五.换热器核算§六.设计结果汇总§七.设计评述§八.工艺流程图§九.主要符号说明§十

2、.参考资料23§一.列管式换热器1.1.列管式换热器简介列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路

3、径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。1.2设计任务1.任务处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行）设备形式：列管式换热器2．操作条件(1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃(2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃(3)允许压强降：不大于一个大气压。备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15

4、日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。1.3.列管式换热器设计内容1.3.1、确定设计方案（1）选择换热器的类型；（2）流程安排1.3.2、确定物性参数（1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数1.3.3、估算传热面积（1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量1.3.4、工艺结构尺寸（1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程方法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管1.3.5、换热器核算（1）传热能力核算；（2）壁温核算；（

5、3）换热器内流体的流动阻力1.4.操作条件23某厂用井水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井水进、出口温度分别为20℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于35kPa，试选择合适型号的列管式换热器。定性温度下有机液的物性参数列于附表中。附表项目密度，kg/m3比热，KJ/(kg·℃)粘度，Pa·s热导率，kJ/(m·℃)植物油9502.2610.7420.1721.5.主要设备结构图（示例）根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。1-挡板2-补偿圈3-放气嘴固定管板式换热器的示意图§二

6、.概述及设计要求2.1.换热器概述换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，（1）固定管板式换热器23这类换热器

7、如图1-1所示。固定管办事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

8、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