化工原理课程设计说明书

1-目录目录 1一、设计方案简介 2（一）管壳式换热器草图 2（二）流程简介 21、概述 32、流体流经管程或壳程的选择原则 33、流体流速选择 34、换热管规格和排列方式 35、折流挡板 46、壳体有圆缺型折流挡板时对流传热系数的计算 47、材质的选择 48、管程结构 5二、工艺计算 5（一）热量衡算 5（二）平均温度差 6（三）估算传热面积 6（四）面积核算 6（五）压力核算 9三、设计概要 9四、评述 10参考文献 11设计说明书设计方案简介管壳式换热器草图A、管壳式（列管式）换热器工作示意图B、管壳式（列管式）换热器结构图流程简介（工艺简介）1、概述列管式换热器又称管壳式换热器，在化工生产中被广泛使用。它的结构简单、坚固、制造较容易，处理能力大，适应性能，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。其中，列管式换热器又分为三类：固定管板式换热器、浮头式换热器和U型管式换热器。流体流经管程或壳程的选择原则A、压力高的流体宜走管程，以避免制造较厚的壳体。B、两流体温差较大时，对于固定管板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走管程，以减小管壁和壳体的温差，减小热应力。C、需要冷却的的流体宜选管程，便于散热，以减少冷却剂用量。但温度很高的流体，其热能可以利用，宜选管程，以减少热损失。D、粘度大或流量较小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，在低Re下（Re>100）即可达到湍流。流体流速的选择流体在壳程或管程中的流速增大，不仅对流传热系数增大，也可减少杂质沉积或结垢，但流体阻力也相应增大。故应选择适宜的流速，通常根据经验选取。（详细数据见《化工原理第四版》王志魁、刘丽英、刘伟等，化学工业出版社（2010））换热管规格和排列方式对一定的传热面积而言，传热管径越小，换热器单位体积的传热面积越大。对于清洁的流体，管径可取小些，而对于粘度较大或易结垢的流体，考虑管束的清洗方便或避免管子的堵塞，管径可大些。折流挡板换热器内安装折流挡板是为了提高壳程流体的对流传热系数。为了获取良好效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对于常用的圆缺形挡板，弓形切口太大或太小都会产生流动‘死区’，不利于传热，且增加流体阻力。一般切口高度与直径之比为0.15—0.45，常见的是0.20和0.25两种。挡板间距过小，检修不方便，流体阻力也大；间距过大，不能保证流体垂直流过管束，使对流传热系数降低。一般挡板间距为壳体内径的0.2—1.0倍，通常的挡板间距为50mm的倍数，但不小于100mm。壳体有圆缺型折流挡板时对流传热系数的计算当Re=2*10^3—10^6之间时，用下式计算较为简便或7、材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前，常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。8、管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。(a)正方形直列

（b）正方形错列

(c)三角形直列

（d）三角形错列

（e）同心圆排列正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。

管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。工艺计算（一）热量衡算冷却水用量（二）平均温度差逆流按单壳程，偶数管程结构，温差校正系数查有关图表，可得ψ=0.98>0.8可行所以平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。（三）估算传热面积取K值为400W/(㎡.℃)计算由Q=KAΔtm得（四）面积核算为了减少热损失和充分利用煤油的热量，采用煤油走管程，水走壳程。取流速为u=1m/s，选用ф25mmX2.5mm传热管（碳钢）其中设所需单管程数为n则按单程计算，所需传热管长度为选用6m长的管，6管程。结合以上数据初选固定管板式换热器的主要参数项目数据项目数据壳径D(DN)600mm管尺寸¢25mmX2.5管程数Np（N）6管长l（L）6m管数n158管排列方式正方形排列中心排管数nc10管心距32mm管程流通面积Si0.0083m传热面积73.1m总管数为158根，每管程的管数为n=26根，管芯距t=32mm，正方形错列壳体内径D=600mm，折流挡板间距h=200mm，故折流挡板数传热面积管内油的流速管程：管程对流传热系数壳程流通截面积水流量正方形的当量直径不考虑污垢热阻，碳钢的热导率（五）压力核算设计概要了解传热任务，掌握工艺特点与基本数据冷、热流体的流量，进、出口温度，操作压力等。冷、热流体的公寓特点，如腐蚀性、悬浮物含量等。冷热流体的物性数据。选用计算内容和步骤计算热负荷。计算平均温差，先按单壳程多管程计算，如果温度系数Ψ<0.8,应增多壳程数。依据经验选取总传热系数，估算传热面积。确定两流体流经管程或壳程，选定管程流体流速；由流速和流量估算单管程的管子根数，由管子根数和估算的传热面积估算管子长度；再由系列标准选适当型号换热器。分别计算管程和壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，求出总传热系数，并与估算时选取的总传热系数比较。如果相差较多，应重新估算。根据计算的总传热系数和平均温度差计算传热面积。并与选定的换热器传热面积比较，应有10%~25%的裕量。评述经过历时两天的计算，终于做完了这个看似简单的小设计。就这两天的感受来说，要做好这样的一个设计，需要具备以下几点基本心理素质：首先得耐得住计算过程中的枯燥乏味，只有经得住这些，才能一心计算，心无旁骛；做设计之前，必须把相关知识扎扎实实的掌握好，否则容易不知所以，什么时候该做什么会搞不清楚；耐心选择适合自己数据的换热器相关参数，才能得到正确的数据；以上三点就是这两天的实践收获总结，凡事认认真真才会有回报，另外，从这两天里我还学到了课堂上不可能学到的东西，那就是我探到了这门课的深