换热器课程设计

1、 1.化工原理课程设计设计任务某厂用冷却水冷却从反应器出来的循环使用的有机液。操作条件及物性如下：物料温度质量流量比热密度导热系数粘度入口出口有机液6550400002.2619000.1720.742水25200004.18710000.6211试选用一台适当型号的列管式换热器。2.换热器概述2.1换热器换热器是化工、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

2、。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式列管式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

3、沸、蒸煮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2.2固定管板式因设计需要，下面简单介绍一下固定管板式换热器。固

4、定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。1-挡板 2-补偿圈 3-放气嘴图2.2.1.固定管板式换热器的示意图2.3换热器的排列方式2.4设计要求完善的换热器在设计和选型

5、时应满足以下各项基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：增大传热系数提高平均温差妥善布置传热面等三个方面具体着手。（2）安全可靠换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国钢制石油化工压力容器设计规定和钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。（3）有利于安装操作与维修直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与拆卸，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。（4）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修

6、费）等的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。3.热量计算.3.1计算热负荷，有机液给出的热量：由热量衡算式：3.2计算逆流平均温度差有机液：6550水： 4125=初步决定选用单壳程、偶数管程的列管式换热器，查得符合0.8的要求。得到：为求得传热面积A,需先求出传热系数K，而K值又与给热系数、污垢热阻有关。在换热器的直径、流苏等参数均为确定时，给热系数也无法计算，所以只能进行试算。按表查得，有机溶剂和水间进行换热时的K值大致为: 340910w/().先取K值为800 w/()。则传热面积为：3.3初步选定换热器的型号对于温差较小的流体，宜

7、采用固定管板式列管换热器。对于流体流动空间的选择，有机液为热流体，宜走壳程，便于散热，而水是冷流体，根据经验性选择，宜走管程。根据附录中换热器系列标准，初步选定G450-0.6-20.1-2/25-1型固定管板式换热器。有关参数见下列附表：公称直径DN/mm450管子根数NT135公称压力/MPa0.6中心排管数13管程数NP1换热面积/20.1管子尺寸/mm管中心距/mm32管长/m2管子排列方式正三角形排列3.4计算管、壳程的对流传热系数和压降3.4.1管程管程流通面积：管内水的流速：管程水被加热：故 管内压降为：取管粗糙度，查图可得摩擦系数所以，3.4.2壳程取折流挡板间距h=100mm

8、，故折流板数目壳程流道面积：壳程中有机液的流速：三角形排列的当量直径为：=9.754壳程中的有机液被冷却，取,所以壳程压降3.5计算传热面积传热系数则=870W/()与原估值相符，由附表知该型号换热器的面积为20.1，故即传热面有11.3%的裕度。核算表明所选换热器的规格是可用的。4.量和单位的使用：折流板间距，m；管径，m；换热器外壳内径，m；摩擦系数；总传热系数，W/(m2)；管长，m；N管数；NB折流板数；Pr普兰特准数；Q热通量，W/；雷诺数；S传热面积，；t冷流体温度，；管心距，m；T热流体温度，；u流速，m/s；W质量流量，kg/s，希腊字母对流传热系数，W/()；有限差值；导热系

9、数，W/(m)；粘度，PaS；密度，kg/；校正系数。下标c冷流体；h热流体；i管内； m平均；o管外；s污垢。5.参考文献：化工原理谭天恩、窦梅、周明华第三版（上册）北京，化学工业出版社，2007化工原理周涛（主编）、王晖（副主编）北京，科学出版社，2010化工原理陆美娟，张浩勤（主编）朱士亮（主审）北京，化学工业出版社，2011化工原理课程设计，贾绍义，柴诚敬主编，天津大学出版社，2002；化工AutoCAD,周军，张秋利主编，化学工业出版社，2008 。结束语化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 在换热器的设计过程中,我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点： (1)掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2)树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； (3)培养了迅速准确的进行工程计算的能力； (4)学会了用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。从设计结果可看出，若要保持总传热系