换热器课程设计

课 程 设 计 说 明 书1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： 学 号： 指导老师： 课 程 设 计 说 明 书2摘 要 .3【关键词】 .4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 .5四、设计要求 .6五、设计成果 .6六、设计考核 .7七、参考资料 .7列管式换热器工艺设计 .81.1 简介 .81.2 工作原理 .81.3 换热器的分类、主要特点及结构组成 .81.3.1 固定管板式换热器 .91.3.2 浮头式换热器 .91.3.3“U”型管式换热器 .91.4 设计要求 .92.1 设计内容 .112.2 设计方案 .112.2.1 选择换热器的类型 .112.2.2 流程安排 .112.3 确定物性数据 .122.4 列管式换热器标准简介 .122.5 估算传热面积 .132.6 工艺结构尺寸 .13压力容器的公称直径 .142.7 换热器核算 .15换热器的主要尺寸和计算结果 .19参考文献 .20附录 .21课 程 设 计 说 明 书3摘 要课 程 设 计 说 明 书4【关键词】 课 程 设 计 说 明 书5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0.3MPa3.已知变换气及冷却水在定性温度下的物性数据：密度（kg/m 3）黏度(mPas)比热容(kJ/kgK)导热系数（W/(mK)）变换气 12.83 0.0158 2.495 0.0806冷却水 993 0.718 4.178 0.6224.两流体均无相变。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课 程 设 计 说 明 书6（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。（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计要求打印。2. 变换气水冷立式列管换热器装配图（A1 图纸手绘）课 程 设 计 说 明 书7六、设计考核1.设计是否独立完成，是否存在抄袭行为；2.设计说明书的编写是否规范；3.结构尺寸计算与图纸是否规范和正确；4.答辩七、参考资料1.化工原理及设备课程设计李芳 化学工业出版社2.化工原理谭天恩（第四版） 化学工业出版社3. 化工原理课程设计贾绍义 天津大学出版社课 程 设 计 说 明 书8列管式换热器工艺设计1.1 简介在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。它是进行热量传递的通用工艺设备。1.2 工作原理 板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起, 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动, 在板片波纹的作用下形成激烈的湍流, 犹如用筷子搅动杯中的热水, 加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触, 通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割, 或者通过大量的焊缝来保证, 在换热板片不开裂穿孔的情况下, 冷热介质不会发生混淆。1.3 换热器的分类、主要特点及结构组成列管式换热器又称管壳式换热器，已有较长的使用历史，至今仍是应用最广泛的一种换热设备，与其他的几种间壁式换热器相比，单位体积的设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也比较好。由于结构紧凑、坚固，材料较省、且能选用多种材料来制造，故适应性较强，尤其是在大型装置和高温、高压中得到普遍应用。课 程 设 计 说 明 书9列管式换热器的种类很多，目前广泛使用的类型主要有以下几种。1.3.1 固定管板式换热器固定管板式换热器是将两端管板直接与壳体焊接在一起。主要由外壳、管板、管束、封头等主要部件组成。壳体中设置有管束,管束两端采用焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上,管板外周围和封头法兰用螺栓紧固。固定管板式换热器的结构简单、造价低廉、制造容易、管程清洗检修方便,但壳程清洗困难,管束制造后有温差应力存在。当换热管与壳体有较大温差时,壳体上还应设有膨胀节 。1.3.2 浮头式换热器浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,也就是壳体和管束热膨胀可自由。故管束和壳体之间没有温差应力。一般浮头可拆卸,管束可以自由地抽出和装入。浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。管束和壳体的清洗和检修较为方便,但它的结构相对比较复杂,对密封的要求也比较高。1.3.3“U”型管式换热器U 形管式换热器是将换热管炜成 U 形,两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。U 形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简单。管束可以自由的抽出和装入,方便清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的 U 形弯,最外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。同时,它与固定管板式换热器相比,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙,流体很容易走短路,影响了传热效果。1.4 设计要求随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很