年处理25万吨苯的列管式换热器设计

1、课 程 设 计 说 明 书 武 汉 工 程 大 学 化工与制药学院课程设计说明书课题名称 年处理25万吨苯的列管式换热器设计 专业班级 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 武汉工程大学化工与制药学院摘 要 我们先在老师的指导下统一选取了自己的课题，经过仔细考虑后选择了年处理25万吨苯的列管式换热器设计，首先制定设计方案，苯的进口温度70，出口温度30，循环水的进口温度20，出口温度25，然后对换热器进行设计计算，经过小组的共同努力，确定了设备的工艺参数和结构指数，并进行了多次核算。列管式换热器的设计，首先要确定设计的方案，选择合适的计算步骤。查得计算中用到的各种数据，对该换热

2、器的传热系数 传热面积 工艺结构尺寸等等要进行核算，与要设计的目标进行对照是否能满足要求，最终确定换热器的结构尺寸为设计图纸做好准备和参考，来完成本次课程设计。关键词：列管式换热器；化工原理；工艺结构Abstract Lets unity under the guidance of the teacher to choose your own topic, after careful consideration chose processing 250000 tons of benzene shell and tube heat exchanger design, design first,

3、benzene the inlet temperature of 70, 30, the outlet temperature of the circulating water inlet temperature of 20, the outlet temperature of 25, and then the design and calculation of heat exchanger, after the teams work together to determine the process parameters and the structure of equipment inde

4、x, and repeated calculation. The design of the shell and tube heat exchanger, first to determine the design scheme, choosing the appropriate calculation steps.Chad calculation used in a variety of data, the heat transfer coefficient of the heat exchanger heat transfer area of process structure size

5、and so on to conduct accounting, with the target to design control whether can meet the requirements, ultimately determine the structure of the heat exchanger size to be prepared for the design drawings and reference, to complete the course design.Key words : heat exchanger ; Principles of chemical

6、engineering ; structuresII目 录摘要.Abstract.第一章、设计方案的确定3第二章、列管式换热器形式及特点的简述32.1换热器概述32.2.表面式换热器42.3.管式换热器42.4.套管式换热器42.5.板式换热器42.5.1.固定管板式：52.5.2.浮头式换热器：62.5.3.U型管式换热器62.5.4.填料函式换热器7第三章、设备工艺流程图7第四章、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择74.1换热器形式的选择74.2流体流动空间的选择84.2.1宜于通入管内空间的流体84.2.2宜于通入管间的流体84.3流体流速的选取：换热器常用流速的范围如下表8

7、4.4换热管规格的选取9第五章、设计过程中的详细方案及公式9第六章、换热器的核算126.1物性数据的确定：126.2第一次核算136.3第二次核算166.4.第三次核算19第七章、主体设备参数及其说明217.1.工艺条件217.2.封头的选择227.3.管板尺寸确定227.4.换热管的选择23第八章、换热器设计结果一览表23第九章、化工原理课程设计的收获及感想28第十章、换热器中出现的问题及讨论30第十一章、参考文献331第一章、设计方案的确定1、生产能力：25104吨/年苯2、设备形式：列管式换热器3、设计条件：煤油：入口温度70oC，出口温度30oC冷却介质：自来水，入口温度20oC，出口

8、温度25 oC每年按300天计，每天24小时连续运行4、选择适宜的列管式换热器并进行核算5、要进行工艺计算6、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）7、编写设计任务书8、进行设备结构图的绘制第二章、列管式换热器形式及特点的简述2.1换热器概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。在化工

9、、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。换热器按照换热介质不同可分为水-水换热器和汽-水患热器；按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式和热管式换热器。2.2.表面式换热器又称间壁式换热器。是指通过传热表面间接加热的换热器。由于表面式换热器冷热流体传热时被固体壁面所隔开，热流体和冷流体通过壁面进行热量传递，所以与直接接触式换热器相比，换热效率较低，常用在

10、两种流体不容渗混的场合。主要有管式、容积式、板式、螺旋板式等形式。2.3.管式换热器是指由圆筒形壳体和装配在壳体内的带有管板的管束所组成的管式换热器。结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢;但传热系数低、占地面积大。管壳式换热器有固定管板式汽-水换热器、带膨胀节管壳式汽-水换热器、浮头式汽-水换热器、u彩管壳式汽-水换热器、波节型管壳式汽-水换热器、分段式水-水换热器等儿种类型。2.4.套管式换热器是指由管子制成管套管等构件组成的管式换热器。2.5.板式换热器是指不同温度的流体交错在多层紧密排列的薄壁金属板间流动换热的表面式换热器。主要由传热板片、固定盖板、活动盖板、定位螺栓及压紧螺栓组

11、成，板片之间用垫片进行密封。由于板片表面的特殊结构，能使流体在低流速下发生强烈湍动，从而强化了传热过程。板式换热器结构紧凑，拆洗方便，传热系数高，适应性大，节省材料，但板片间流通截面狭窄，易形成水垢和沉积物，造成堵塞，密封垫片耐热性差时易渗漏。此种换热器常用于供暖系统。板式换热器计算时应考虑换热便面污垢的影响，传热系数计算时应考虑污垢修正系数。其中列管式换热器的应用已经有很悠久的历史。现在，它作为一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。同时，管板式换热器已成为高效、近臭的换热设备，大龄的应用于工业中。列管式

12、换热器的资料较为完善，已有系列化标准。列管式换热器有三种类型，分别为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器和填料函式换热器。 图1 固定管板式换热器 2.5.1.固定管板式： 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程

13、可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。固定管板式换热器的特点是：旁路渗流较小；造价低；无内漏。在相同的壳体直径内，排管较多，比较紧凑；壳侧层清洗困难，加上膨胀节的方法不能照到管子的相对移动。比较适合温差不大或温差大而壳层压力不高的场合。固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。 2.5.2.浮头式换热器：其两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端课相对

14、于壳体作某些移动，该图2. 浮头式换热器端称之为浮头。此种换热器的管束不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因为膨胀量的不同而产生热应力。而且在清洗和检修时，仅将管束从壳体中抽出即可。特点：该种换热器结构复杂、笨重，造价比固定管板式要高出约20，材料的消耗量较大，浮头的端盖在操作中无法检查，所以安装时要特别注意其密封，以免发生内漏，且管束和壳体间隙较大，设计时避免短路。该种换热器比较适合管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。2.5.3.U型管式换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。这类换热器的特点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程

15、，流程较长，流速较高，传热性能好；承压能力强；管束课从壳体内抽出，便于检修和清洗，造价便宜。但是管内清洗不变，管束中间分布的管子难以更换，管板中心部分布管不紧凑，管子数目不能太多。仅适用于管壳壁温相差较大，或壳程截止易于结垢而管程介质不易结垢，高温高压腐蚀性强的情形。图3.U型管式换热器2.5.4.填料函式换热器此类换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。特点为它的管束也可以自由膨胀，所以管壳间不会产生热应力，且管程与壳程都能清洗。造价较低、加工制造简便，材料消耗较少。填料密封处于泄露，故壳程压力不能过高，也不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒的场合。第三章、设备工艺流程图第四章、

16、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择4.1换热器形式的选择本次任务中两流体的温度变化：煤油热流体进口温度为70，出口温度为30；冷却介质水的进口温度为20，出口温度为25。该换热器用自来水作冷却介质，受环境影响，进口温度会降低，由此可知该换热器的管壁温度和壳体壁温之差较大，有上一步骤中对换热器形式及特点的陈述，课选用固定管板式换热器。4.2流体流动空间的选择在管壳式换热器的计算中，首先要决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原则。4.2.1宜于通入管内空间的流体不清洁的流体：因为在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高，悬浮物不易沉积，且管内空间便于清洗；体积小的流体

17、：管内空间的流动截面往往要比管外空间的截面要小，流体易于获得理想的流速，而且也便于做成多程流动。有压力的流体：管子承压能力强，而且还简化了壳体密封要求。与外界温差大的流体：可以减少热量的逸散。4.2.2宜于通入管间的流体当两流体温度相差较大时，值大的流体走管间，这样可以减少管壁与壳壁间的温度差，因而也减少了管束与壳体间的相对伸长，故温差应力可以降低。若两流体给热性能相差较大时，值霄的流体走管间，此时可以用翅片管来平衡传热面两侧的给热条件，使之相互接近。黏度大的流体，管间的截面和方向都在不断变化，在低雷诺数下，管外给热系数比管内的大。泄漏后危险大的流体，可以减少泄露机会，以保安全。根据所查得的资

18、料，不洁净或易于结垢的物料应流经易于清洗的一侧，对于直管一般走管内；温度较高的物料宜走管内一减少热损失，但要求被冷却的流体走壳程、黏度大的走壳程，且循环水易于结垢，所以使水走管程，苯走壳程。4.3流体流速的选取：换热器常用流速的范围如下表表一 换热器常用流速的范围 介质流速循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油管程流速，m/s1.0-2.00.8-1.50.5-31.00.8-1.80.5-1.5壳程流速，m/s0.5-1.50.5-1.50.2-1.50.50.4-1.00.3-0.8由上表可得管内循环水流速范围为1m/s-2m/s，现取管内流速1.0m/s。4.4换热管规格的选取换

19、热管规格及排列形式如下表所示表二 换热管规格及排列形式选用252.5碳钢管。第五章、设计过程中的详细方案及公式设计步骤目前，我国已经制订了管壳式换热器系列标准，设计中应尽可能选用系列化的标准产品，这样可简化设计和加工。但是实际生产条件千变万化，当系列化产品不能满足需要时，仍应根据生产的具体要求而自行设计非系列标准的换热器。两者的设计计算步骤如下：1.非系列标准换热器的一般设计步骤了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。决定立体通入的空间。计算流体的定性温度，一确定流体的物性数据。初算有效平均温差。一般先按照逆流计算，然后再校核。选取管径和管内

20、流速。计算传热系数K值，包括管程对流传热系数和壳程对流传热系数的计算。由于壳程对流传热系数与壳颈、管束等结构有关，因此一般先假定一个壳程对流传热系数，以计算K值，然后再校核。初估传热面积。考虑安全系数和初估性质，因而常取实际传热面积是计算值的1.15-1.25倍。择管长L。计算管数N并校核管内流速，确定管程数。Xi校核对流传热系数及有效平均温差；校核传热面积，应有一定安全系数，否则需要重新设计。Xii计算流体流动阻力。如果阻力超过允许范围，需要调整设计，直至满意为止。2.系列标准换热器选用的设计步骤至与1相同。选取经验的传热系数K值。计算传热面积。由系列标准选取换热器的基本参数。校核传热系数，

21、包括管程、壳程对流传热系数的计算。假如核算的K值与原选择的经验值相差不大，就不再进行校核；如果相差较大，则需重新假设K值并重复上述一下步骤。校核有效平均温差。校核传热面积，使其有一定的安全系数，一般安全系数取1.1-1.25，否则需要重新设计。计算流体流动阻力，如果超过允许范围，需重新选换热器的基本参数再行计算。由此可知，换热器的传热设计，实际上是一个反复试算的过程，有时需要反复试算2-3次。所以换热器设计计算带有试差性质。传热计算的主要公式传热速率方程式 Q=KStm式中Q传热速率（热负荷）,W；K总传热系数，W/（m2）；S与K值对应的传热面积，m2；tm平均温度差，。1.传热速率（热负荷

22、）Q传热的冷热流体均没有相变化，且忽略热损失，则式中 W-流体的质量流量，kg/h；-定压比热容，kJ/（kg）；T热流体的温度，；t冷流体的温度，；流体有相变化时，则式中 W饱和蒸汽的冷凝速率，kg/h； r饱和蒸汽的汽化热，/kg/kJ。平均温度差tm恒传热时的平均温度差tm=T-t变温传热的温度差逆流和并流式中t1、t2换热器两端热冷流体的温度差，。错流和折流设计过程中的具体计算：式中按逆流计算的平均温度差，-温差校正系数，无量纲，总传热系数K式中K总传热系数，W/（m2）；-传热管内、外侧流体的对流传热系数，W/（m2）；-传热管内外侧表面上的污垢热阻，m2/W；-传热管内径、外径及平

23、均直径，m；-传热管比导热系数，W/（m2）；b管壁厚度，m。第六章、换热器的核算6.1物性数据的确定：定性度取流体进口温度平均值壳程苯的定性温度：T=50管程流体的定性温度：t=12.5根据定性温度，可以查取管程和壳程流体的有关物性数据。苯在50下的物性数据：密度：0=877kg/m3定压比热容：cp0=1.80kJ/（kgK）导热系数：0=0.1348W/（m2K）粘度：0=0.000332Pas循环冷却水在50下的物性数据：密度：i=997.6kg/m3定压比热容：cpi=4.18kJ/（kgK）导热系数：i=0.6028W/(m2K)粘度：i=0.000943Pas6.2第一次核算1.

24、热流量：m0=25107/300/24=3.47104(kg/h)Q0= m0Coto=3.471041.78（70-30）=686.8kw2.平均传热系数:=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(70-30)-(25-20)/ln(70-30)/(25-20)=23.27(C)3.冷却水用量：Wi =Q/(C p2tm)= 2.471106/4.18(25-20)=1.183105kg/h4.总传热系数K管程传热系数=5865W/（m2）壳程传热系数0=300W/（m2）污垢热阻表二 流体的污垢热阻由上表可得：Rsi=0.00017197m2/WRs0=0.00034394 m2/W管壁的导

25、热系数=45W/（m）=S丿=124.26（m2）又需要考虑15的面积裕度S=1.15124.26=142.9 （m2）1.选用的是252.5的传热管（碳钢），取管内流速ui=1.0m/s管程数和传热管数2.由传热管内径和流速确定单程传热管数ns=105（根）按单程关计算所需传热管的长度L=17.318（m）单程管计算，传热管过长，采用多管程结构。取l=9m，则换热器的程数为2传热管总根数N=1052=230(根)3.平均传热温差及校正壳程数平均传热温差校正系数R=8P=0.1按单壳程，四管程结构，温差校正系数查有关图表可得t=0.925平均传热温差tm=t=0.92523.27=21.52（

26、）4.传热管的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。取管心距t=1.25d0，则t=1.2525=31.2532（mm）横过管束中心线的管数nc=1.19=1.1915(根)5.壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为D=1.05t=519.6（mm）,取D为5506.折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去圆缺高度h=0.25550=137.5（mm）取折流板间距B=0.7D,则B=0.7550=385（mm），可以取B为380mm。折流板数NB=22.37623（块）折流板圆缺面水平装配。1.壳程对流传热系数 对圆缺型折流板，

27、课采用克恩公式 当量直径，有正三角形排列的壳程流通截面积0.160.55（1-0.025/0.032）=0.01985mm壳程流体流速及其雷诺数分别为=0.554m/s=29268.6普兰特准数=4.43粘度校正W/（m2*c）3.传热系数 =549.070W/（m2*c） 4.传热面积该换热器的实际传热面积(9-0.06)(230-15)=150.8取管长l为9m时，查国标得换热器实际传热面积应为150.8m2，则该换热器的面积裕度为=55.68不合适6.3第二次核算1 假设课程传热系数1=325W/（m2*c）水流速度1.2m/s =252.93 计算传热面积 S=1.15116.69=1

28、34.19传热管数N=88（根）所需传热管长度为L=20m取L=9mNp=L/l=20/93传热管总根数N=883=264根传热管排列和方程方法同上壳体内径（利用率取0.7）D=1.05t=1.0532=652.51 圆整后650mm折流板B=0.7650mm=455mm故可取460mm折流板数Nb=19（块）传热管换算壳程流体截面积S1=BD（1-d/t）=0.650.46（1-0.025/0.032）=0.0654（m2） 壳程流体流速及其雷诺数分别为=0.554m/s=29268.6普兰特准数=4.43粘度校正W/（m2*c） 管程流体流速 U2= 普兰特准数 =0.0230.6028/

29、0.0225389.6086.5660.4=4914.92W/（m2*c） 传热系数 = =370.74 传热面积 S2=1.1572.88=83.81 实际传热面积 （9-0.06）（264-15）=174.74 面积裕度 51.72 不合适6.4.第三次核算 假设课程传热系数1=350W/（m2*c）水流速度1.1m/s =267.81W/（m2*c） 计算传热面积 S=1.15109.73=126.20传热管数N=96（根）所需传热管长度为L=17m取L=9mNp=L/l=17/92传热管总根数N=962=192根传热管排列和方程方法同上壳体内径（利用率取0.7）D=1.05t=1.05

30、32=556.46 圆整后600mm折流板B=0.7650mm=420mm故可取460mm折流板数Nb=21（块）传热管换算壳程流体截面积S1=BD（1-d/t）=0.650.46（1-0.025/0.032）=0.0551（m2） 壳程流体流速及其雷诺数分别为=0.1995m/s=10539.8普兰特准数=4.43粘度校正=616.2W/（m2*c） 管程流体流速 U2= 普兰特准数 =0.0230.6028/0.0225389.6086.5660.4=4584.430W/（m2*c） 传热系数 = =390.7 传热面积 =81.62（m2） S2=1.1581.62=93.86（m2）

31、实际传热面积 （9-0.06）（264-15）=124.21 面积裕度 24.4 合适第七章、主体设备参数及其说明7.1.工艺条件名称管程壳程物料名称自来水苯工作压力0.1Mpa0.1Mpa定性温度12.550换热面积124.21管长17m7.2.封头的选择上下两封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4737-2002标准，封头为：。如图所示，材料选用20R钢。下封头常与裙座焊接，h2=50mm，材料选用20R钢。7.3.管板尺寸确定管板结构如下：由于固定管板式换热器管板计算十分复杂，需要综合考虑多种因素，考虑到本次设计时间并不太充裕，故计算从略，仅采用下表选取。7.4.换热管的选择选用的是2

32、52.5的碳钢管，通过上述计算定为四管程结构，且公称直径D=800mm。换热管排列图如下：我们计算所用换热管数为192根第八章、换热器设计结果一览表表八 换热器主要结构尺寸及计算结构换热器型式：带热补偿非标准的固定管板式管子规格252.5管数192根管长9m换热面积：124.21m2管间距,mm32排列方式正三角形工艺参数折流板型式上下间距，300mm切口25%设备名称管程壳程壳体内径600mm保温层厚度无需保温物料名称循环水苯接管表操作压力，MPa0.10.1序号尺寸用途连接型式操作温度，20/2570/301DN200循环水入口平面2DN200循环水出口平面密度，kg/m3997.6877

33、3DN100苯入口凹凸面流速，m/s1.10.05514DN100苯出口凹凸面5DN20排气口凹凸面6DN50放净口凹凸面对流传热系数，W/m2K390.7267.81推荐使用材料碳钢碳钢表九 列管式换热器传热系数经验值热流体冷流体传热系数W/（m2）水水850-1700轻油水340-910重油水60-280气体水17-280水蒸汽冷凝水1420-4250水蒸汽冷凝气体30-300低沸点烃类蒸汽冷凝水455-1140高沸点烃类蒸汽冷凝水60-170水蒸汽冷凝水沸腾2000-4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455-1020水蒸汽冷凝重油沸腾140-425表十 常见流体污垢热阻流体Rsm2/kW流体Rs

34、m2/kW水（50）水蒸气蒸馏水0.09优质不含油0.052海水0.09劣质不含油0.09清净的河水0.21液体未处理的凉水0.58盐水0.172已处理的凉水0.26有机物0.172已处理的锅炉0.26熔盐0.086硬水、井水0.58植物油0.52气体燃料油0.172-0.52空气0.26-0.53重油0.86溶剂蒸汽0.172焦油0.172主要符号说明P压力，Pa R热阻，/W；S传热面积，；T热流体温度，；实际传热面积， V体积流量N管数D壳体内径d管径Q传热速率，W；Re雷诺准数；t冷流体温度，；u流速，m/s;m质量流速，/h;对流传热系数W/();校正系数;导热系数，W/(m)粘度，

35、Pas； 密度，/m3;Pr普郎特系数；n板数，块；K总传热系数，第九章、化工原理课程设计的收获及感想在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是 这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类

36、型。 由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若

37、干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；饱和蒸汽宜走壳程，因蒸

38、汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。本次化工原理课程设计，老师并不是像以往一样给精馏塔的设计题目，而是换热器的设计。全班共有两组数据，分别为15104吨/年和25104吨/年。我们组的设计任务是25104吨/年。确定任务后，组员进行分工合作来确定实验方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。在设计过程中，往往会遇到很多问题。设计过程中所涉及到得一些知识来源于我们平时所学，联系最紧密的应该就是化工原理和工程制

39、图。开始根本不知道从何下手，在第一天老师来辅导后，大概知道了设计步骤。了解到整个计算过程后，我开始选择公式。最先假设管程自来水的流速，有余有一个范围，先前没有经验，只能随便设定一个值进行计算，再核算。刚开始选取的数据并不好，但后来算过一遍后，有了点技巧，最终取管程流速为1.0m/s。在进行工艺计算过程中，因为有很多复杂的公式，所以我使用了MathType公式编辑器来输入，很方便快捷。如今工业发展迅速，网上有很多管业换热器计算的信息及应用软件，我们在设计过程中也应该有选择的充分利用这些资源。在进行结构设计时，需要查阅各种零件的尺寸及规定的标准，必须按照国家标准规定来进行设计。此外，整个设计过程中

40、，制图占很大比例。由于我的工程制图基础不好，所以在画图这一块我花费了很长时间，同学也帮助了我很多，画图的技巧也学习了一些。通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。对化工原理设计的有关步骤及相关内容有一定的了解。通过本次设计熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。通过本次课程设计，我还认识到，组员之间一定要多沟通，多交流意见，要不然，

41、一个人的能力再怎么强，在团体工作中也是不能够出色完成设计任务。但由于本课程设计属第一次设计，而且时间比较仓促，查阅文献有限，本课程设计还不够完善，不能够进行有效可靠的计算。最后，非常感谢我的同组人员，正是有他们在一起讨论，有了他们的帮助，才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计。第十章、换热器中出现的问题及讨论在设计换热器时，设计人员是按照GB 151和GB150进行设计的。但有些问题常常被忽视，需要设计者去注意。有关换热器的管板材料、换热管受压失稳长度的取值、隔板槽面积、U型管、液(气)压试验曾在相关书籍和文献中大量讲解、讨论过。在本文，笔者从多年设计和审核图纸经验中发现，除上述问题以外有关

42、结构要注意的其它问题，特提出，望引起注意。10.1 换热器介质的流向(1)粘度高的介质走壳程，可获得较高的传热系数;(2)腐蚀介质、高温介质、高压气体走管程，可少用不锈钢、合金钢;(3)易生污垢的介质走管程，可提高管内流速，减少污垢，便于清理。10.2 换热管的排列形式换热管的排列形式有正三角形排列、转角三角形排列、正方形排列、转角正方形排列。(1)正三角形排列：介质流经折流板缺口时垂直正对换热管，冲刷换热管外表面，介质流动时形成湍流，对传热有利。因此，对无相变的换热器，因其传热与介质流动状态关系不大，宜采用正三角形排列。正三角形排列用于壳程介质较清洁、换热管外不需清洗的场合。(2)转角三角形

43、排列：介质流经折流板缺口时平行于三角形的一边，介质流动时有一部分是层流，对传热有不利影响。对有相变的换热器，宜采用转角三角形排列。(3)正方形排列：介质流经折流板缺口时平行于正方形，介质流动是层流，对传热有不利影响。正方形排列用于壳程介质较脏、换热管外需清洗的场合。(4)转角正方形排列：介质流经折流板缺口时垂直正对换热管，冲刷换热管外表面，直接流动时形成湍流，对传热有利。转角正方形排列用于壳程介质较脏、换热管外需清洗的场合。10.3 布管限定圆布管限定圆是指换热管外壁所限定圆直径。布管限定圆使换热管不要太靠近壳体，当换热管和壳体距离太近，液体流过此处阻力很大，使液体不经过此处，从而减少传热面积。固定管板换热器和U型管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离为0.25d(d为换热管外径)，且不宜小于8mm。浮头式换热器要