化工原理课程研发设计(余志伟).doc

化工原理课程设计题目 120万吨冷却器的工艺设计 换热器的设计 学 院：化学化工学院 专 业：化学工程与工艺 姓 名：学 号：指导教师：日 期：年月日 1.1.换热器的应用 - 3- 1.2换热器的常见类型 - 3 - 1.3新型的换热器 - 6- 2工艺计算及结构设计 2.1设计任务及设计条件 - 8- 2.2设计方案的确定 - 8- 2.2.1换热器类型的选择 - 8- 2.2.2流程安排 - 8 - 2.3确定物性数据 - 9 - 2.4估算传热面积 - 10 - 2.4.1热流量 - 10 - 2.4.2平均传热温差 - 10 - 2.4.3.传热面积 - 12 - 2.4.4.冷却水用量 - 12 - 2.5换热器的选择 - 12 - 2.5.1管径和管内流体流速 - 12 - 2.5.2壳程流体流速的选择 - 12 - 2.5.3管长及管程数 - 12 - 2.5.4标准换热器的选择 - 13 - 2.5.5主要参数的核算 - 13 - 2.6结构设计 - 14 - 2.6.1壳体 - 14 - 2.6.2管箱封头 - 15 - 2.6.3接管 - 16 - 2.6.4管箱分程隔板 - 17 - 2.6.5折流板 - 17 - 2.6.6其他附件 - 18- 2.7换热器核算 - 18- 2.7.1传热面积核算 - 18 - 2.7.2壁温计算 -19- 2.7.3．换热器内流体的流动阻力 - 20- 3结论 4设计过程的评述和有关问题的讨论 换热器的设计 1 概述 1.1.换热器的应用 换热器是化学、石油化学及石油冶炼工业中以及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，通常在化工的建设中换热器投资比例为11%，在炼油厂中高达40%。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。 蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。 工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。 紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。 管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。 使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。 1.2换热器的常见类型 根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。 传热器的结构分类 类　 型 特　 点 间 壁 式 管 壳 式 列管式 固定管板式 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 管间容易泄漏，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，用于传热面较小的冷却器、冷凝器