换热器课程设计Word文件下载.docx

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姚刚

【

设计地点成贤院315

设计时间：

2013年09月02日至2013年09月12日

完成时间：

2013年09月12日

前言…………………………………………………………………………………………3

`

1.管壳换热器的设计书……………………………………………………………………6

2.设计方案的确定…………………………………………………………………………6

.管壳换热器的型式…………………………………………………………………6

.流程的选择…………………………………………………………………………6

3.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式……………………………6

.定性温度……………………………………………………………………………7

.物性参数……………………………………………………………………………7

4.换热器的工艺计算…………………………………………………………………………7

*

.估算总传热系数………………………………………………………………………7

热流量…………………………………………………………………………7

平均传热温差…………………………………………………………………7

冷却剂水用量………………………………………………………………8

选取K值，估算总传热系数………………………………………………8

估算传热面积…………………………………………………………………………8

5.换热器的工艺结构尺寸设计………………………………………………………………8

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

）

.管程数和传热管数……………………………………………………………………8

.传热管排列和分程方法………………………………………………………………8

.计算平均传热温差……………………………………………………………………9

.壳体内径………………………………………………………………………………9

.折流板…………………………………………………………………………………9

.计算壳程流通面积及流速……………………………………………………………9

.计算管程流通面积及流速…………………………………………………………10

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

（

传热系数的校核………………………………………………………………………10

传热面积………………………………………………………………………10

核算总传热系数…………………………………………………………………11

污垢热阻…………………………………………………………………………11

对流传热系数……………………………………………………………………11

壳体对流传热系数………………………………………………………………11

．6.传热面积…………………………………………………………………………11

．换热器内流体的流动阻力………………………………………………………………12

…

管程流动阻力……………………………………………………………………12

壳程流动阻力……………………………………………………………………12

7.换热器的主要结构尺寸和计算结果…………………………………………………………13

8.在ChemCAD中的结果……………………………………………………………………………14

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

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

11.参考文献………………………………………………………………………………………17

，

前言

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，如表2-1所示。

表2-1传热器的结构分类

类型

特点

间

壁

：

式

管

壳

{

列

/

固定管式

刚性结构

用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗

!

带膨胀节

有一定的温度补偿能力，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，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质

内填料函

密封性能差，只能用于压差较小的场合

釜式

壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮

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双套管式

结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中

套管式

能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器

~

螺旋管式

沉浸式

用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热

喷淋式

只用于管内流体的冷却或冷凝

板面式

板式

拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热

螺旋板式

可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能

伞板式

结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净

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

适用于允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，适用于从高温炉气中回收热能的场合

1.管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。

管壳式换热器根据结构特点分为以下几种：

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（1）固定管板式换热器

固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。

带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。

（2）浮头式换热器

浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。

浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，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，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。

2.蛇管式换热器

蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单，操作最方便的一种换热设备，通常按照换热方式不同，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的直管套在一起组成同心套管，其内管用U型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管内、外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流动，有利于传热。

此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热。

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

换热器材质的选择

在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。

流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。

当然，最后还要考虑材料的经济合理性。

一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。

在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。

至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。

一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。

（1）碳钢

价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。

（2）不锈钢

（3）奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。

正三角形排列结构紧凑；

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，结构更为紧凑。

我国换热器系列中，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。

我国换热器系列中，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：

水冷却氯苯换热器的设计

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允许压强降：

不大于100KPa

④每年按330天计，每天24小时连续运作

处理能力：

41万吨/年

设备型式：

管壳式换热器

设计要求：

1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程

:

2.管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计

3.设计结果概要或设计结果一览表

4.设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）

5.对本设计的评述及有关问题的讨论

2．设计方案的确定

.管壳换热器的型式：

用河水做冷却剂时，出口温度不宜超过40度，选定出口温度为30度。

两流体温的变化情况：

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，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，两侧的温差比较大。

而列管式换热器在生产中被广泛利用。

它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。

尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。

故因此初步确定选用列管式换热器。

$

流程的选择：

从两物流的操作压力看，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，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，氯苯走