换热器专业课程设计Word格式.docx

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设计地点成贤院315

设计时间：

09月02日至09月12日

完毕时间：

09月12日

前言…………………………………………………………………………………………3

1.管壳换热器设计书……………………………………………………………………6

2.设计方案拟定…………………………………………………………………………6

2.1.管壳换热器型式…………………………………………………………………6

2.2.流程选取…………………………………………………………………………6

3.拟定流体定性温度、物性数据并选取列管换热器型式……………………………6

3.1.定性温度……………………………………………………………………………7

3.2.物性参数……………………………………………………………………………7

4.换热器工艺计算…………………………………………………………………………7

4.1.估算总传热系数………………………………………………………………………7

4.1.1.热流量…………………………………………………………………………7

4.1.2平均传热温差…………………………………………………………………7

4.1.3．冷却剂水用量………………………………………………………………8

4.1.4.选用K值，估算总传热系数………………………………………………8

4.2估算传热面积…………………………………………………………………………8

5.换热器工艺构造尺寸设计………………………………………………………………8

6.5.1.管径和管内流速………………………………………………………………………8

5.2.管程数和传热管数……………………………………………………………………8

5.3.传热管排列和分程办法………………………………………………………………8

5.4.计算平均传热温差……………………………………………………………………9

5.5.壳体内径………………………………………………………………………………9

5.6.折流板…………………………………………………………………………………9

5.7.计算壳程流通面积及流速……………………………………………………………9

5.8.计算管程流通面积及流速…………………………………………………………10

6.换热器核算…………………………………………………………………………………10

6.1传热系数校核………………………………………………………………………10

6.1.1．传热面积………………………………………………………………………10

6.1.2.核算总传热系数…………………………………………………………………11

6.1.3.污垢热阻…………………………………………………………………………11

6.1.4对流传热系数……………………………………………………………………11

6.1.5壳体对流传热系数………………………………………………………………11

6.1．6.传热面积…………………………………………………………………………11

6.2．换热器内流体流动阻力………………………………………………………………12

6.2.1.管程流动阻力……………………………………………………………………12

6.2.2.壳程流动阻力……………………………………………………………………12

7.换热器重要构造尺寸和计算成果…………………………………………………………13

8.在ChemCAD中成果……………………………………………………………………………14

9.附图……………………………………………………………………………………………15

10.总结……………………………………………………………………………………………17

11.参照文献………………………………………………………………………………………17

前言

换热器是化工、炼油工业中普遍应用典型工艺设备。

在化工厂，换热器费用约占总费用10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。

换热器在其她部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛应用。

因而，设计和选取得到使用、高效换热器对减少设备造价和操作费用品有十分重要作用。

在不同温度流体间传递热能装置称为热互换器，即简称换热器，是将热流体某些热量传递给冷流体设备。

换热器类型按传热方式不同可分为：

混合式、蓄热式和间壁式。

其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。

表2-1传热器构造分类

类型

特点

间

壁

式

管

壳

列

固定管式

刚性构造

用于管壳温差较小状况（普通≤50℃），管间不能清洗

带膨胀节

有一定温度补偿能力，壳程只能承受低压力

浮头式

管内外均能承受高压，可用于高温高压场合

U型管式

管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难

填料函式

外填料函

管间容易泄露，不适当解决易挥发、易爆炸及压力较高介质

内填料函

密封性能差，只能用于压差较小场合

釜式

壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮

双套管式

构造比较复杂，重要用于高温高压场合和固定床反映器中

套管式

能逆流操作，用于传热面积较小冷却器、冷凝器或预热器

螺旋管式

沉浸式

用于管内流体冷却、冷凝或管外流体加热

喷淋式

只用于管内流体冷却或冷凝

板面式

板式

拆洗以便，传热面能调节，重要用于粘性较大液体间换热

螺旋板式

可进行严格逆流操作，有自洁作用，可用做回收低温热能

伞板式

构造紧凑，拆洗以便，通道较小、易堵，规定流体干净

板壳式

板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高

混合式

合用于容许换热流体之间直接接触

蓄热式

换热过程分阶段交替进行，合用于从高温炉气中回收热能场合

1.管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用原则换热设备，它具备构造简朴，结实耐用，造价低廉，用材广泛，清洗以便，适应性强等长处，应用最为广泛。

管壳式换热器依照构造特点分为如下几种：

（1）固定管板式换热器

固定管板式换热器两端管板与壳体连在一起，此类换热器构造简朴，价格低廉，但管外清洗困难，宜解决两流体温差不大于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢物料。

带有膨胀节固定管板式换热器，其膨胀节弹性变形可减小温差应力，这种补偿办法合用于两流体温差不大于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa状况。

（2）浮头式换热器

浮头式换热器管板有一种不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳膨胀无关。

浮头式换热器管束可以拉出，便于清洗和检修，合用于两流体温差较大各种物料换热，应用极为普遍，但构造复杂，造价高。

（3）填料涵式换热器

填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，构造简朴，造价低，但壳程流体有外漏也许性，因而壳程不能解决易燃，易爆流体。

2.蛇管式换热器

蛇管式换热器是管式换热器中构造最简朴，操作最以便一种换热设备，普通按照换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。

3.套管式换热器

套管式换热器是由两种不同直径直管套在一起构成同心套管，其内管用U型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其长处是构造简朴，能耐高压，传热面积可依照需要增减，恰本地选取管内、外径，可使流体流速增大，两种流体呈逆流流动，有助于传热。

此换热器合用于高温，高压及小流量流体间换热。

1平盖2平盖管箱（部件）3接管法兰4管箱法兰5固定管板6壳体法兰7防冲板8仪表接口9加强圈10壳体（部件）11折流板12旁路挡板13拉杆14定距管15支持板16双头螺柱或螺栓17螺母18外头盖垫片19外头盖侧法兰20外头盖法兰21吊耳22放气口23凸形封头24浮头法兰25浮头垫片26球冠形封头27浮动管板28浮头盖（部件）29外头盖（部件）30排液口31钩圈32接管33活动鞍座（部件）34换热管35挡管36管束（部件）37固定鞍座（部件）38滑道39管箱垫片40管箱圆筒（短节）41封头管箱（部件）42分程隔板

换热器材质选取

在进行换热器设计时，换热器各种零、部件材料，应依照设备操作压力、操作温度。

流体腐蚀性能以及对材料制造工艺性能等规定来选用。

固然，最后还要考虑材料经济合理性。

普通为了满足设备操作压力和操作温度，即从设备强度或刚度角度来考虑，是比较容易达到，但材料耐腐蚀性能，有时往往成为一种复杂问题。

在这方面考虑不周，选材不当，不但会影响换热器使用寿命，并且也大大提高设备成本。

至于材料制造工艺性能，是与换热器详细构造有着密切关系。

普通换热器惯用材料，有碳钢和不锈钢。

（1）碳钢

价格低，强度较高，对碱性介质化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性规定环境中应用是合理。

（2）不锈钢

奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是原则18-8奥氏体不锈钢，有稳定奥氏体组织，具备良好耐腐蚀性和冷加工性能。

正三角形排列构造紧凑；

正方形排列便于机械清洗；

同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，构造更为紧凑。

国内换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；

浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。

国内换热器系列中，固定管板式多采正三角形排列；

1．化工原理课程设计任务书

设计题目：

水冷却氯苯换热器设计

设计任务书：

操作条件：

①氯苯：

入口温度120℃，出口温度21℃

②冷却介质：

河水，入口温度20℃

③容许压强降：

不不不大于100KPa

每年按330天计，每天24小时持续运作

解决能力：

41万吨/年

设备型式：

管壳式换热器

设计规定：

1.选定管壳式换热器种类和工艺流程

2.管壳式换热器工艺计算和重要工艺尺寸设计

3.设计成果概要或设计成果一览表

4.设备简图（规定按比例画出重要构造及尺寸）

5.对本设计评述及关于问题讨论

2．设计方案拟定

2.1.管壳换热器型式：

用河水做冷却剂时，出口温度不适当超过40度，选定出口温度为30度。

两流体温变化状况：

热流体进口温度120℃，出口温度21℃；

冷流体进口温度20℃，出口温度为30℃，该换热器用循环河水冷却，冬季操作时，其进口温度会减少，考虑到这一因素，预计该换热器管壁温度和壳体温度之差较大，两侧温差比较大。

而列管式换热器在生产中被广泛运用。

它构造简朴、结实、制造较容易、解决能力大、适应性大、操作弹性较大。

特别在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。

故因而初步拟定选用列管式换热器。

2.2流程选取：

从两物流操作压力看，应使氯苯走管程，循环冷却水走壳程。

但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器热流量下降，因此从总体考虑，应使循环水走管程，氯苯走壳程。

3.拟定流体定性温度、物性数据并选取管壳换热器型式

3.1.定性温度

定性温度：

可取流体进出口温