最新董化工原理换热器设计1

1、2022-4-30 过程工程原理课程设计过程工程原理课程设计 换热器设计换热器设计2022-4-30n意义意义:化工原理课程设计是一个具有总结性的实践教学环节。化工原理课程设计是一个具有总结性的实践教学环节。是综合应用本课程和相关课程知识，完成以某单元操作为主是综合应用本课程和相关课程知识，完成以某单元操作为主的一次设计实践。为毕业设计和今后从事技术工作打下一定的一次设计实践。为毕业设计和今后从事技术工作打下一定的基础。的基础。n1.巩固和掌握本课程的主要知识；巩固和掌握本课程的主要知识；n2.培养综合运用所学知识去解决生产实际问题的能力；培养综合运用所学知识去解决生产实际问题的能力；n3.掌

2、握化工设备的工艺设计程序、方法和有关的设计原则。掌握化工设备的工艺设计程序、方法和有关的设计原则。包括查阅技术资料、正确选择工艺参数、搜集有关公式和使包括查阅技术资料、正确选择工艺参数、搜集有关公式和使用图表手册的能力，以及正确进行工程计算的能力；用图表手册的能力，以及正确进行工程计算的能力；n4.树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内容。使理树立正确的设计思想，用工程观念来考虑设计内容。使理论正确、技术可行、操作安全、经济合理。论正确、技术可行、操作安全、经济合理。 一、设计的目的及要求一、设计的目的及要求2022-4-30n5.熟悉有关的国家标准和部颁标准及技术规范。熟悉有关的国家标准

3、和部颁标准及技术规范。n6.具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己设计思想与具有用简洁的文字和正确的图表来表达自己设计思想与设计成果的能力。设计成果的能力。2022-4-30n题目题目:*吨吨/时时*油换热油换热(冷却冷却)器设计器设计n(一一) 设计任务与工艺条件设计任务与工艺条件 见任务书见任务书 二、课程设计任务二、课程设计任务2022-4-30n(二二) 设计项目设计项目n1.确定换热器的类型、结构、型式确定换热器的类型、结构、型式;n2.计算换热流体的耗量计算换热流体的耗量;n3.计算冷却器的传热面积计算冷却器的传热面积,确定管子的规确定管子的规格、管数、程数等格、管数、程数等;n4

4、.换热器结构设计计算及选择换热器结构设计计算及选择;n5.校核液体流经校核液体流经换热换热器的阻力器的阻力;2022-4-30n(三三) 绘图和说明书绘图和说明书n1.绘制列管式换热器的装配图绘制列管式换热器的装配图.n2.撰写设计说明书一份撰写设计说明书一份.2022-4-30三、设计说明书内容 n（1 1）标题页（封面）；）标题页（封面）；n（2 2）设计任务书；）设计任务书；n（3 3）目录；）目录；n（4 4）设计方案说明与简介；）设计方案说明与简介；n（5 5）传热过程传热过程工艺计算；工艺计算；n（6 6）设备结构设计；）设备结构设计；n（7 7）主要附件选定）主要附件选定n（8

5、8）设计结果概要或设计一览表；）设计结果概要或设计一览表；n（9 9）对本设计的评述；）对本设计的评述；n（1010）附图）附图( (设备装备图）；设备装备图）；n（1111）参考文献；）参考文献；2022-4-30n凡设计计算所用公式及数据均须注明来源；n设备各结构件形状与尺寸的确定及材料的选择应尽量标准化；n主要部件的结构应在说明书中用图示出；n说明书中应详细书写设计计算的步骤。四、设计说明书要求 2022-4-30n图纸按国标要求绘制。n绘图的主要内容：换热器轴向截面图、管板布置图。n图面：A1不少于一张，可根据需要附带其他规格图。n对于标准零部件(螺栓、螺母等)采用简化画法表示，但在零

6、件明细表中应详细列出其名称、规格、数量、材料和标准号。n换热器中的管束，通常只画出一根或几根管子，其余的管子用点划线表示。五、绘图要求 2022-4-30 过程原理课程设计过程原理课程设计 说明书说明书设计题目：分院：专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师：分院： 设计日期： 2022-4-30设计方案的确定设计方案的确定1工艺设计计算工艺设计计算2结构设计及选型结构设计及选型3绘制装置图绘制装置图4撰写说明书撰写说明书52022-4-30一、设计方案的确定一、设计方案的确定1、换热器类型、型式的选择、换热器类型、型式的选择 换热器简介换热器简介2022-4-30（一）壁式换热器的类

7、型（一）壁式换热器的类型(type)(type)1、夹套换热器夹套换热器 Jacketed type heat exchanger2022-4-30（二）、蛇管换热器（二）、蛇管换热器1. 沉浸式强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。Immersed heat exchanger2022-4-302. 喷淋式 sprinkle heat exchange 2022-4-30 优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外 比沉浸式大。 缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。2022-4-30（三）、（三）、套管换热器套管换热器 double-tube heat e

8、xchanger冷流体t1t2热流体T1T22022-4-30（四）列管式换热器（四）列管式换热器n封头n壳体n内部结构（包括管束等）单管程固定管板换热器单管程固定管板换热器管程管程壳程壳程2022-4-30列列管管式式换换热热器器2022-4-30列列管管式式换换热热器器2022-4-30列列管管式式换换热热器器2022-4-302022-4-301. 固定管板式 heat exchanger with expansion compensator特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。2022-4-3024/311. 固定管板式换热器（管板与壳体连成一体）料。且清洁又不易结垢的物适用于温差小于

9、C C502022-4-30CtC oo带有补偿圈的固定管板式换热器带有补偿圈的固定管板式换热器当温差在当温差在50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置（如膨胀节）或考虑其他结构（如膨胀节）或考虑其他结构2022-4-30膨胀节结构膨胀节结构2022-4-30（2）浮头式换热器浮头式换热器 结构特点结构特点：管束的一端管板和壳体固定连：管束的一端管板和壳体固定连接，另一端管板与壳体不连，受热或受冷接，另一端管板与壳体不连，受热或受冷时，可以沿管长方向自由伸缩，称为浮头。时，可以沿管长方向自由伸缩，称为浮头。2022-4-3028/31 浮头式换热

10、器（一端不与外壳连接，称之为浮头）应用极为普遍。的各种物料的换热适用于两流体温差较大, ,2022-4-30（ 3） U型管式换热器型管式换热器结构特点结构特点：换热器中的每根管子都弯制成：换热器中的每根管子都弯制成U形，进口、出口分别安装在同一管板的两形，进口、出口分别安装在同一管板的两侧，由于仅一块管板，管子在受热或冷却侧，由于仅一块管板，管子在受热或冷却时可以自由伸缩。时可以自由伸缩。2022-4-303. U型管式 U-bend heat exchanger特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。2022-4-3031/31 U型管式换热器（管子可自由伸缩）流体必须清洁的场合适用于高温高

11、压且管内2022-4-30 不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便 腐蚀性流体宜在管内-避免壳体和管子同时腐蚀，便于清洗 压强高的流体宜在管内-免壳体受压，节省壳程金属消耗量 饱和蒸汽宜走管间-便于及时排除冷凝液及不凝性气体 有毒流体宜走管内，使泄露机会较少 被冷却的流体宜走管间-可利用外壳向外的散热作用 粘度大的液体，宜走管间-提高对流传热系数 若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走管间-减少热应力2.流体流动空间的选择流体流动空间的选择上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。上述各点若不能同时兼顾，应视具体情况抓主要矛盾。先流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，再校核对流传热系数

12、和压强降。先流体的压强、防腐蚀和清洗等要求，再校核对流传热系数和压强降。2022-4-30n增加流速对流传热系数 ，污垢热阻总传热系数 传热面积流动阻力和动力消耗还需考虑结构上： 高流速管子数目较长管子或增加程数 管子太长不易清洗，且管长都有一定标准；程数增加使平均温度差下降3、流体流速的选择、流体流速的选择一定传热面积一定传热面积2022-4-3034/31列管式换热器中常用的流速范围列管式换热器中常用的流速范围流体的种类流体的种类一般液体一般液体易结垢液体易结垢液体气体气体m/s管程管程0.531530壳程壳程0.21.50.5315列管式换热器中不同粘度液体的最大流速列管式换热器中不同粘

13、度液体的最大流速液体粘度，液体粘度，mPas15001500500500100100353511最大流速，最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.4列管式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度列管式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度液体名称液体名称乙醚、乙醚、CS2、苯、苯甲醇、乙醇、汽油甲醇、乙醇、汽油丙酮丙酮安全允许速度，安全允许速度，m/s123102022-4-304. 流体出口温度的确定进口温度一般由加热剂和冷却剂的来源而定，出口温度则需由设计者根据经济衡算后确定。对于采用冷却水换热，其两端温差不应低于5，对严重缺水地区，尤其是采用河水时，其出口温度不应超过50。2022

14、-4-305、管程和壳程数的确定、管程和壳程数的确定 当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，对流系数较小。有时会使管内流速较低，对流系数较小。 为提高管内流速，可采用多管程。为提高管内流速，可采用多管程。1.管程数管程数列管式换热器标准系列中有1、2、4、6等四种管程，采用多管程时，合理的管长为1.5、2、3、6m。管长与壳体直径之比L/D为46，水平放置时可大一些。2022-4-30当温差校正系数当温差校正系数 低于低于0.8，可采用壳方多程。，可采用壳方多程。t 如：在壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体如：

15、在壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体内流经两次，称为两壳程。内流经两次，称为两壳程。 但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一但由于隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一般不采用壳方多程的换热器，而是几个换热器串联使用般不采用壳方多程的换热器，而是几个换热器串联使用2.壳程数壳程数2022-4-302022-4-302022-4-3040/311.管子在管板上的固定（胀接与焊接两种，高温高压时亦采用胀焊结合）2.管子的排列（管子有两种规格，排列有正三角形、正方形正列与错列）。3.管子的分程（每程管数大致相等，四程有平行和工字形两种）（一）管程结构（一）管程结构二、列管式换热

16、器的结构管外径mm管心距mm各程相邻管的管心距，mm192538253244324052384860常用管心距常用管心距mm/mm.626251 tsddtoo管中心的距离隔板中心到最近一排管心距最小不能小于：管心距的计算公式：2022-4-301.管径 应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面的流速范围目前列管式换热器系列标准中管径仅有： 25mm 2.5mm、 19mm 2mm 小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体；稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体； 大直径管子用于粘性大或易结垢的

17、流体。大直径管子用于粘性大或易结垢的流体。二、列管式换热器的结构（一）管程结构（一）管程结构2022-4-302.管长管长 以清洗方便及合理使用管材为原则以清洗方便及合理使用管材为原则合理的换热器管长：合理的换热器管长：1.5m、2m、3m、6m等等 管子长度与公称直径之比，一般为管子长度与公称直径之比，一般为l/d46 ，对直，对直径小的换热器可取大些。径小的换热器可取大些。2022-4-303.排列方式：正三角形正方形直列正方形错列2022-4-304. 管间距管间距t : :两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑两相邻换热管中心的距离。其值的确定需要考虑以下几个因素：以下几个因素：

18、管板强度；管板强度； 清洗管子外表面时所需要的空隙；清洗管子外表面时所需要的空隙； 换热管在管板上的固定方法。换热管在管板上的固定方法。通常，胀管法取通常，胀管法取t =（1.31.5）d0，且相邻两管外壁间距不，且相邻两管外壁间距不应小于应小于6mm，即，即t6+d0 焊接法取焊接法取t =1.25d0。2022-4-30要求：要求：壳体内径等于或稍大于管板的直径。壳体内径等于或稍大于管板的直径。单程管壳体内径：单程管壳体内径：(1)2cDt nb式中式中: : t t管心距，管心距，m m；n nc c 横过管束中心线的管数；横过管束中心线的管数； b b管束中心线上最外层管的中心至壳体内

19、壁的距离管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离. .0(11.5)bd1.11.19ccnn正三角形排列：n正方形排列：nD400mm,钢管卷焊而成钢管卷焊而成缓冲板缓冲板（二）壳程结构（二）壳程结构1. 壳体壳体2022-4-301.05NDt管板利用率管板利用率多管程壳体内径多管程壳体内径：N 排列管子数目；排列管子数目；t t管心距管心距正三角形排列正三角形排列 2管程：管程：0.7-0.85； 4管程：管程：0.6-0.8正方形排列正方形排列 2管程：管程：0.55-0.7 ; 4管程：管程：0.45-0.652022-4-30计算得到的壳内径应圆整。计算得到的壳内径应圆整。壳体标准尺寸壳体标准尺寸2022-4-302.折流挡板折流挡板形式形式：作用：作用： 提高壳程内流体的流速；提高壳程内流体的流速； 加强湍流强度；加强湍流强度； 提高传热效率；提高传热效率； 支撑换热管。支撑换热管。圆缺形圆缺形盘环形盘环形2022-4-302022-4-30 最常用的为最常用的为圆缺形挡板圆缺形挡板，切去的切