全面换热器课程设计【创意版】.docx

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1、以债东南大老鼠贤学院化工原理偏福被花设计题目：管壳式换热器的设计姓爸董佳琦专业：化学工程与工艺班级：11化工2班学号：06111201指导教师：姚刚设计地点成贤院315设计时间：2023年09月02日至2023年年月至日完成时间：完21年09月12日目录前言31 .管壳换热器的设计书62 .设计方案确实定62. 1.管壳换热器的型式663.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式63. 1.定性温度73. 2.物性参数74.换热器的工艺计算7777水用量884. 2估算传热面积85. 换热器的工艺构造尺寸设计86. 8889999106.换热器核算106.1 传热系数的校核1010-

2、111111116.1.6.传热面积116.2.换热器内流体的流动阻力1212127 .换热器的主要构造尺寸和计算结果138 .在ChemCAD中的结果149 .附图1510 .总结1711 .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，是将热流体的局部热量传递给冷流体的设

3、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2T所示。表2-1传热器的构造分类类型特点间壁式管壳式列管式固定管式刚性构造用于管壳温差较小的情况(一般W5(C),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、蒸煮双套管式构造比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反响器中套管式能逆流操作，用于传热面积较

4、小的冷却器、冷凝器或预热舞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展严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能伞板式构造紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净板亮式板束类似于管束，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展，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，它具有构造简单，稳固耐用，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

5、换热器根据构造特点分为以下几种：(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起，这类换热器构造简单，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70C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，但构造复杂，造价高。(3)填料涵式换热器填料涵

6、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构造最简单，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，其优点是构造简单，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。12345678916,17181

7、920212223IO11363540393831301平盖图26AES、BES浮头式热交换器2平盖管箱(部件)3接收法兰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加强图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接收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

8、板换热器材质的选择在进展换热器设计时，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,是比较容易到达的，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，而且也大大提富设备的本钱。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体构造有着密切关系。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

9、应用是合理的。（2）不锈钢奥氏体系不锈钢以1Cr18Ni9Ti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。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式那么以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。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。我国换热器系列中，固定管板式多采正三角形排列；浮头式那么以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。1 .化工原理课程设计任务书设计题目：水冷却

10、氯苯换热器的设计设计任务书.操作条件：氯苯：入口温度12（C,出口温度21冷却介质：河水，入口温度20C允许压强降：不大于IOOKPa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1要求按比例画出主要构造及尺寸）5 .对本设计的评述及有关问题的讨论2 .设计方案确实定2. 1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

11、进口温度20C,出口温度为30C,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。它的构造简单、稳固、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。3. 2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，假设其流速太低，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，氯苯走壳程。3,确定流体的定性温度、物性数据并选择管壳换热器的型

12、式定性温度：可取流体进出口温度的平均值。氯苯的定性温度为:型拦=25。C水的定性温度为:2管程冷却水的定性温度为t=25(C)壳程氯苯的定性温度为T=70.5(C)4. 2.物性参数根据在定性温度，分别查询壳程和管程流体的有关物性数据。氯苯在70.5C下的有关物性数据如下，密度P0=1053kgm3定压比热容CpO=I.47kJ/(kg.k)导热系数0=0.118(W/m.k)粘度H0=0.00045(Pa.s)循环冷却水在25C下的有关物性数据如下：密度Pi=995.6kgm3定压比热容cpi=4.18kJ(kg.k)导热系数i=0.613(Wm,k)粘度ni=0.000801(Pa.s)4

13、,换热器的工艺计算5. 1估算总传热系数6. 11热流量(忽略热损失)Q=w0cr0=410000000x1.47x(120-21)=7.50x106(A：J/2)=2.085x106()330X247. 1.2平均传热温差(忽略热损失)包_(120-90)-(21-20)1n(120-90)0(21-20)=19.8C4.1.3冷却水用量7.50IO6Cpr4.18(30-20)=179426(z)4.1.4估算总传热系数选取K值=489W(m1C)4. 2估算传热面积由Q=KAtm得5.换热器的工艺构造尺寸设计5.1 管径和管内流速选用。25X2.5加加的碳钢管，管内流速取=1.0ms.5

14、. 2管程数和传热管数依据传热管内径流速确定单程传热管数：179426%_=_x99?.7/O根-d2u7850.0221.04i按单程管计算，所需的传热管的管长度为：由上面的计算结果可知，按单程管设计的话，传热管过长，应该采用多管程构造。现取传热管长1=9m,那么该换热器管程数为：传热管数量为：V=1602=320（根）5.3传热管排列和分程方法采用组合排列方法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.254,那么1=1.25X25232mm横过管束中心线的管数：nc=1.1320=19.6820(根)5.4.计算平均传热温差计算逆流平均温差R=ZZ1=992-r130-20由R和P查“查化工原理课程设计指导图2-6(a)”得然=0.95因两流体的平均温差为：Zm=1=0.95x19.8=195.5.壳体内径壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接收，供壳程流体进入和排出之用。采用多管程构造，取管的利用率n=0.7,那么壳体的内径为：D=1.O5rF7=1.050.032X